216849 (588966), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

-насколько велик уровень сигнала и в скольких ХН он наблюдается.

Кроме того, на основании наблюдаемого значения ВИП (величина изменения пеленга) оператор может определить дополнительно:

-близко либо далеко находится цель;

-закономерно ли себя ведет пеленг на цель;

может ли цель идти так быстро или так медленно.

Структурная схема режима ШП типовой ГАС цифрового типа представлена на рисунке 2.

Рис 2. Структура режима ШП типовой ГАС цифрового типа

Тракт АСЦ (тракт автоматического сопровождения цели) содержит:

- блок формирования двух диаграмм направленности по половинам апертурного окна;

- Дискриминатор угла, вырабатывающий оценку рассогласования между углом наведения тракта АСЦ и углом прихода сигнала;

- Сглаживающий фильтр с поправками на крен и дифферент;

- блок формирования суммарного канала в частотной области.

Информация с выхода тракта АСЦ поступает в тракт прослушивания и в систему классификации.

В тракте одновременного секторного обзора для обнаружения широкополосных сигналов (ОСО – ШП) выполняется:

- формирование веера каналов наблюдения (пространственных каналов – ПК);

- квадратичное детектирование;

- формирование частотных диапазонов;

- накопления по времени;

- предындикаторная обработка.

Информация с одного из выходов системы формирования веера каналов наблюдения тракта ОСО-ШП также может поступать в тракт прослушивания.

Таким образом, оператор может выбирать, какой сигнал слушать: тракта АСЦ или тракта ОСО-ШП.

Общая структура обработки сигнала в тракте прослушивания представлена на рисунке 3

Рис. 3 Общая структура обработки сигнала в тракте прослушивания

-Аналого-цифровой преобразователь

-Быстрое преобразование Фурье

-Формирование Характеристик направленности

-Сдвиг полосы частот

-Обратное быстрое преобразование Фурье

-Стыковка реализаций

-Цифро-аналоговое преобразование

В реальном тракте структура дополняется блоками : предварительный усилитель , диапазонный фильтр и другие.

2 Формирование канала наблюдения в частотной области

Задачей формирования канала наблюдения является сбор энергии по большой апертуре, с компенсацией задержки, возникшей на элементах АР при прохождении сигнала в среде. Это формирование можно делать и во временной области, но для получения хороших характеристик такого формирования частота дискретизации входных выборок должна быть очень большой (fd>>fв). Поэтому чаще процедуру формирования пространственного канала выполняют в частотной области, где частота дискретизации fd может быть лишь в 2.5-3 раза выше верхней частоты полосы обработки.

Основана эта процедура на следующем свойстве преобразования Фурье.

Пусть сигнал имеет непрерывный спектр , тогда задержанный сигнал на время сигнал S₁(t)= имеет спектр , который на каждой частоте f отличается от спектра исходного сигнала лишь фазой, которая пропорциональна задержке и частоте f:

.

Таким образом, для компенсации временных задержек сигналов на элементах АР достаточно вычислить спектры сигналов и умножить их на каждой частоте на . Тогда для формирования ПК остается сложить их:

,

получив М-кратную копию спектра исходного сигнала.

Расчет задержек прихода фронта волны сигнала, приходящего с направления, определяемого углами (,) в сферической системе координат, на элементы АР возникающих проводим по формуле :

Рис. 4 Координаты элементов АР

Где – направляющая косинуса нормали к фронту волны.

Зависит от плоского фронта сигнала и координат приемных элементов АР.

По исходным данным мы строим плотный веер ХН для сигнала приходящего с известного нам направления.

Реализация алгоритма обнаружения широкополосного сигнала предполагает фазирование АР в широкой полосе частот. На практике ширина полосы обработки иногда составляет 2-3 октавы и более. Направление фазирования осей ХН принадлежат секторы обзора (α_–r, α_r) , в котором формируется 2R+1 пространственных канала с шагом по углу

Рис.5 Веер ХН на линейной АР

Алгоритм фазирования АР на направлении , , и алгоритм формирования ХН имеет вид :

В пространственно - частотной области:

где выходные величины вычисляются на всех частотах из полосы обработки .

Далее мы будем работать с одним направлением в секторе обзора, с которого у оператора может возникнуть желание прослушать сигнал.

3 Факторы влияющие на восстановление сигнала

3.1 Перекрытие входных выборок в тракте прослушивания

Процедура формирования в частотной области, описанная в предыдущем разделе, реализуется в режиме ШП с использованием алгоритма БПФ следующим образом. Поскольку режим ШП предназначен для обнаружения широкополосных непрерывных сигналов с неизвестным временем появления, то заранее указать временной интервал, в течение которого сигнал будет существовать, не представляется возможным. Поэтому вся входная информация – пространственно-временные выборки поля – нарезается на фрагменты фиксированной длительности и на этих фрагментах выполняются все процедуры первичной обработки (переход в частотную область, формирование ПК, диапазонная фильтрация и т.п.). Переход в частотную область выполняется с использованием процедуры БПФ, которая вычисляет дискретный спектр выборки конечной длины, циклически размноженной до бесконечности. Внесение задержек в частотной области эквивалентно сдвигу временной реализации, которая в случае использования БПФ означает циклический сдвиг реализаций.

Таким образом, при реализации ФХН в частотной области происходит циклический сдвиг реализаций на отдельных приемных элементах друг относительно друга. В результате после сдвига реализации на время τ_m и перевода сигнала во временную область в начале задержанного фрагмента появятся отсчеты из его конца или, наоборот, отсчеты из начала реализации окажутся в конце ее (в зависимости от знака вносимой задержки). Таким образом, как внутри задержанной реализации, так и на стыках соседних по времени фрагментов возникает разрыв фазы (восстановленного) сигнала. Поэтому в суммарном сигнале (на выходе процедуры ФХН) часть отчетов на краях реализации оказывается некорректной. Число этих отчетов напрямую зависит от максимальной временной задержки, вносимой при формировании ПК. Иллюстрация этого эффекта приведена на рис.6, где изображены реализации тонального сигнала (красная кривая), его задержанная во временной области на величину τ копия (черная линия) и она же, после внесения задержки τ в частотной области и перехода к временному представлению (зеленый пунктир).

Рис. 6 Иллюстрация эффекта, возникающего при восстановлении сигнала после ФХН в частотной области

Видно, что восстановленная реализация на краю не соответствует исходной. Величина τ в этом случае положительная, но при формировании ПК в частотной области происходит сдвиг реализаций как на положительные, так и отрицательные τ.

На рисунках 7а и 7б приведены: исходный сигнал во временной области и его спектр, на рисунках 8а и 8б: сигнал, полученный в результате стыковки фрагментов восстановленного сигнала после внесения задержек в частотной области, а также его спектр. Как видно из графиков, при внесении задержки на краях реализаций появляются нестыковки, что приводит к искажению спектра сигнала.

Очевидно, что из дальнейшей обработки необходимо убирать некорректные отсчеты как в начале реализации, так и в конце ее, чтобы не зависеть от величины задержки сигнала.

Следует отметить, что подобные дефекты связаны со способом формирования ПК, а именно цифровым формированием в частотной области. Поскольку для тракта прослушивания и операторской классификации необходимо, чтобы выходная информация была непрерывной и не имела искажений, привнесенных обработкой, необходимо ввести так называемое перекрытие входных выборок сигнала и исключение некорректных отсчетов.

Рис. 7а Исходный сигнал во временной области

Рис. 7б Спектр исходного сигнала

Рис. 8а Стыковка восстановленных во временную области фрагментов сигнала на выходе сформированного канала (без отбрасывания некорректных отсчетов)

Рис. 8б Спектр восстановленного сигнала (стыковка без исключения некорректных отсчетов)

Величина перекрытия входных выборок должна быть не меньше максимальной задержки между любыми 2-мя приемными элементами, возникающей при приходе сигнала с любого направления в заданном секторе обзора режима ШП.

Для линейной АР величина перекрытия может быть вычислена по формуле:

N = _мах*fd, где

N – Величина перекрытия

_мах=(М-1)*d*sin()/c – максимальная задержка,

fd – частота дискретизации,

М – число приемных элементов линейной АР,

d – Межэлементное расстояние,

- граница сектора обзора (от нормали к антенной решетке),

с – скорость звука в воде.

Для заданных в ТЗ на дипломную работу параметрах эта величина составляет: ~ 25%

3.2 Сужение полосы частот восстановленного сигнала

Приведенные в предыдущем разделе рисунки соответствует восстановлению сигнала во всей полосе (|ΔF|=f_d/2). Реальные сигналы на входе тракта ШП после усиления и фильтрации имеют ограниченную полосу, тракт прослушивания (по заданию) предназначен для прослушивания сигналов в трех частотных диапазонах (шириной 1.5, 3 и 4 кГц), что также влияет на качество восстановленного сигнала. На рисунке 9 изображены входной сигнал (черная пунктирная линия) и восстановленный после вырезания требуемой полосы прямоугольным окном в частотной области (синяя кривая).

Рис. 9 Иллюстрация эффекта, возникающего при вырезании полосы фильтром с прямоугольной ЧХ

Как видно из рисунков, вырезание полосы фильтром с прямоугольной частотной характеристикой искажает амплитуду восстановленного сигнала.

На рисунке 10 приведена импульсная переходная характеристика (ИПХ) фильтра с прямоугольной частотной характеристикой.

Рис. 10 ИПХ фильтра с прямоугольной частотной характеристикой

Как видим, ИПХ такого фильтра не является ограниченной по времени, так что даже далекие по времени отсчеты, часть из которых, как было показано ранее, является некорректной, оказывают влияние на результат фильтрации. При этом чем шире вырезаемая полоса, тем отклик будет уже, и, следовательно, меньше требуемая величина перекрытия; чем уже полоса, тем большее перекрытие входных выборок следует вводить.

Поэтому в тракте ШП необходимо предусмотреть фильтр с частотной характеристикой, отличной от прямоугольной. К импульсной переходной характеристике такого фильтра предъявляется следующее требование: ее уровень на далеких отчетах должен быть как можно меньше, чтобы уменьшить их влияние на восстановленный после вырезания полосы сигнал.

На следующем рисунке 11 приведены ИПХ некоторых фильтров (частотных окон): красная линия – окно Хана, черная – окно Хэмминга, зеленая – Кайзера.

На рисунке 12 представлены соответствующие амплитудно-частотные характеристики этих окон: красная линия – окно Хана, черная – окно Хэмминга, зеленая – Кайзера.

Характеристики

Список файлов ВКР