Лекция №9-10. Конспекты к слайдам (1186395)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ТЕОРИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РЛ СИГНАЛОВ.

ФУНКЦИИ РАССОГЛАСОВАНИЯ В РАДИОЛОКАЦИИ.

ЛЕКЦИЯ 9-10

ОБНАРУЖЕНИЕ РЛ СИГНАЛОВ

1. Последовательность обработки РЛ сигналов

Слайд 1

В радиолокации исторически выделяют следующие основные виды обработки радиолокационной информации:

- сигнальная и первичная обработка;

- вторичная (траекторная) обработка;

- третичная обработка и получение некоординатной информации.

В современных РЛС данные операции выполняются в цифровой части приемного тракта. Им предшествуют преобразования сигнала в антенной системе и в аналоговой части приемного тракта.

В антенной системе производится пространственная обработка сигнала, которая заключается в селекции сигнала, приходящего из определенной области пространства, и его усиление за счет направленных свойств антенны (диаграммы направленности).

Слайд 2

В аналоговой части приемника осуществляется аналоговая обработка сигнала: преселекция, фильтрация и усиление.

Как правило, аналоговый приемник строится по супергетеродинной схеме, которая предусматривает перевод сигнала на промежуточную частоту.

До промежуточной частоты производится усиление с малым коэффициентом усиления порядка 1-10 (поскольку получить высокий коэффициент усиления на высоких частотах технически сложно), основной целью которого является минимизация коэффициента шума всей системы, а также преселекция сигнала.

После переноса осуществляется основное усиление, при этом коэффициент усиления достигает 30-50 дБ, а также фильтрация сигнала.

Последним преобразованием аналоговой части приемника является квадратурное детектирование сигналов.

Квадратурный детектор осуществляет перенос спектра сигнала на нулевую частоту и выделение двух ортогональных составляющих сигнала I и Q. Его схема приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема квадратурного демодулятора

Слайд 3

Задачей квадратурного демодулятора является перенос сигнала с промежуточной частоты на нулевую, то есть формирование из действительного сигнала на промежуточной частоте комплексного сигнала на нулевой частоте.

Полученный сигнал называется квадратурным, а его компоненты – квадратурами.

Такой сигнал содержит информацию не только об амплитуде, но и о начальной фазе, а потому позволяет производить когерентную обработку.

Выход квадратурного демодулятора является входом для схемы сигнальной и первичной обработки сигнала.

Слайд 4

1. Рафинирование радиолокационной информации

Выделение данного вида обработки в отдельную составляющую является условным, однако с переходом к цифровой обработке сигналов является необходимым.

Рафинирование данных обусловлено несовершенством цифровой аппаратуры, в частности неидентичностью каналов квадратурного демодулятора и каналов АЦП.

Основными операциями рафинирования являются:

- преобразование шкалы АЦП к нулю, то есть устранение постоянной составляющей в спектре принимаемого сигнала, и

- выравнивание коэффициента усиления в квадратурных каналах.

Под шкалой АЦП будем понимать область значений цифровых кодов отсчетов, получаемых после аналого-цифрового преобразования.

Стоит отметить, что данные операции необходимо производить до начала работы РЛС, поэтому их можно отнести к калибровке станции.

Слайд 5

Алгоритм преобразования шкалы АЦП к нулю сводится вычислению математического ожидания записанных шумовых отсчетов:

, (1)

где M – математическое ожидание;

H^I – массив, содержащий шумовые отсчеты квадратуры I;

H^Q – массив, содержащий шумовые отсчеты квадратуры Q;

N – количество отсчетов, используемых для вычислений.

Полученное значение математического ожидания запоминается и далее вычитается из принимаемых сигналов:

, (2)

где А – массив, содержащий отсчеты комплексного сигнала приведенные к нулю шкалы АЦП.

Слайд 6

Оценка отношения коэффициентов усиления в квадратурных каналах цифровой части приемного тракта сводится к определению дисперсии в каждом из каналов. Оценку целесообразно проводить по сигналу синусоидальной формы. Определяется математическое ожидание амплитуды синусоиды по нескольким записанным выборкам.

(3)

где M^А – математическое ожидание выборки;

m – номер выборки;

n – номер отсчета в выборке;

N – размер выборки;

С_n+m·N – массив, состоящий из амплитудных значений.

Слайд 7

Далее вычисляется дисперсия:

(4)

и коэффициент отношения дисперсий:

(5)

Преобразование квадратурных каналов производится в этом случае согласно следующему выражению:

(6).

Слайд 8

1.2 Сигнальная и первичная обработка радиолокационной информации

Исторически к задачам первичной обработки относят:

1. обнаружение сигнала и формирование единичных отметок от цели;

2. измерение их параметров.

Однако для проведения процедуры обнаружения сигнала необходимо выполнить ряд операций, которые выделяют в отдельный вид обработки – сигнальную.

Данными операциями в сигнальной обработке являются:

- операции оптимальной фильтрации во временной области;

- операции частотной фильтрации в частотной области;

- операции когерентного накопления сигнала в соответствующих частотных или дальностных каналах.

Операцию некогерентного накопления можно отнести как к сигнальной обработке, так и к первичной.

Непосредственно к операциям первичной обработки будут относиться

1. пороговая обработка;

2. измерение параметров сигнала (что соответствует измерению координат цели)

Слайд 9

Оптимальная фильтрация осуществляется для расчета корреляционного интеграла сигнала.

Оптимальная фильтрация осуществляется путем подачи входного сигнала на согласованный фильтр.

Согласованный фильтр, как правило, реализуется в виде цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ фильтр, или как его еще называют нерекуррентный фильтр). Поскольку данная операция является вычислительно затратной, как правило, она реализуется на аппаратном уровне. Если полоса сигнала велика, то количество коэффициентов фильтра может оказаться слишком большим. В этом случае согласованный фильтр заменяют субоптимальным фильтром, у которого КЧХ (комплексная частотная характеристика) несильно отличается от КЧХ согласованного фильтра, но требует значительно меньшего количества коэффициентов для ее получения. Примером субоптимальной процедуры фильтрации может служить применение обычных низкочастотных ФНЧ фильтров для узкополосных сигналов.

Частотная фильтрация – представляет собой пропускание принятого сигнала в каждом канале по дальности через набор узкополосных полосовых фильтров, представляющих из себя, по сути, каналы по доплеровской частоте. В современных РЛС при использовании цифровой обработки применяется процедура быстрого преобразования Фурье (БПФ), которая может быть реализована как на программном, так и на аппаратном уровне.

Слайд 10

Когерентное накопление – это накопление сигнала из нескольких периодов зондирования РЛС, осуществляемое с учетом начальной фазы.

Целью когерентного накопление является увеличение отношения сигнал-шум для получения лучших показателей обнаружения и измерения параметров сигнала.

Когерентное накопление может осуществляться как во временной области, так и в частотной.

В последнем случае применяется дискретное преобразование Фурье

Некогерентное накопление – это накопление сигнала из нескольких периодов зондирования без учета начальной фазы.

Некогерентное накопление осуществляется после детектора огибающей (без учета информации о фазе сигнала).

Целью некогерентного накопления, так же как и когерентного, является увеличение отношения сигнал-шум.

При некогерентном накопление увеличение отношения сигнал-шум происходит медленнее, чем при когерентном.

Поэтому некогерентное накопление применяется тогда, когда нет возможности использования когерентного.

Как правило, это связано с физическими ограничениями на время когерентного накопления сигнала или возможностями аппаратуры.

Необходимо отметить, что некогерентное накопление не увеличивает разрешающую способность РЛС по координате, по которой производится накопление.

Слайд 11

Пороговая обработка – это сравнение полученных отсчетов с порогом. Если сигнал не превышает порог, то считается, что данный отсчет является шумовым.

В противном случае выносится решение об обнаружении отметки.

Порог рассчитывается согласно выбранному критерию обнаружения (например, порог для критерия Неймана-Пирсона рассчитывается исходя из желаемого уровня вероятности ложной тревоги).

Порог может быть:

- постоянным или

- адаптивным.

Адаптивный порог призван обеспечивать постоянство ложной тревоги.

После пороговой обработки отметки, не превысившие порог, отбрасываются.

На следующий блок обработки поступают только отметки, превысившие порог, что приводит к значительному сокращению объема данных, идущих на дальнейшую обработку.

Слайд 12

В блоке измерения параметров осуществляется измерение координат обнаруженных отметок. В РЛС, как правило, измеряется:

- дальность (которая на этапе первичной обработки может быть неоднозначной),

- радиальная скорость на основании частоты Доплера и

- угловые координаты.

Измерение координат осуществляется только в пределах диаграммы направленности антенны (ДНА).

Полные углы вычисляются с учетом информации о положении антенны.

Выходной информацией блока первичной обработки является набор обнаруженных отметок с измеренными координатами (дальность, скорость, угловые координаты), а также их среднеквадратические отклонения.

Все эти параметры необходимы для работы вторичной обработки сигнала.

Слайд 13

1.3 Вторичная (траекторная) обработка сигнала

Вторичная обработка РЛИ выполняется после первичной и применяется для решения задачи обнаружения траекторий целей в зоне ответственности РЛС. А также для оценки параметров обнаруженных траекторий.

В состав траекторной обработки включаются такие операции, как:

1. селекция отсчетов первичной обработки;

2. завязка траекторий, обнаружение траекторий;

3. сопровождение траекторий;

4. сброс траекторий с сопровождения.

Последовательность основных операций при траекторной обработке представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Основные операции вторичной обработки сигнала

Обнаруженные отметки с выхода первичной обработки поступают на вход блока траекторной обработки.

Слайд 14

Первой операцией вторичной обработки является селекция первичных отметок.

В ходе данной операции принимается решение, относится ли очередная отметка первичной обработки к одной из завязанных или сопровождаемых траекторий.

Если относится, то данная отметка поступает в блок завязки или соответственно сопровождения траекторий.

Если же принимается решение, что данная отметка не относится ни к одной из завязанных или сопровождаемых траекторий, то завязывается новая траектория.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций