Радиолокационные измерители дальности и скорости by Саблин В. Н. (z-lib.org) (852905), страница 30
Текст из файла (страница 30)
При постояннойполосе пропускания ФНЧ, рассчитанной на согласованный приемсамого короткого импульса, с увеличением длительности импульсавозрастает число когерентно накапливаемых импульсов ПС, чтоулучшает отношение сигнал/пгум. Таким образом, по конечномуэффекту, накопление импульсов в ПС эквивалентно сужению полосы пропускания ФНЧ, т.е. согласованной фильтрации, при изменении длительности принимаемого импульса.Второе назначение предварительного сумматора обусловленотем, что гребенка импульсов начала суммирования связана с моментом формирования импульсов запуска передатчика ТиЗП.
Поэтому импульсы начала суммирования можно трактовать как границы некоторых виртуальных (математических) стробов. Сдвигвременной задержки отраженного от цели импульса приведет кизменению величины просуммированных отсчетов АЦП, оказавшихся в этом стробе. Следовательно, ПС преобразует временнуюзадержку принятого сигнала в величину числового отсчета, записываемого в память программируемого процессора сигналов.
Чтобы лучше представить ситуацию, поставим мысленный эксперимент. Примем для упрощения задачи ф0жО, т.е. числовые отсчетыпоступают только с АЦП1в Эти отсчеты условно представим в видеимпульсов единичной амплитуды, приходящих с тактовым периодом Тт работы АЦП (левая часть рис. 3.3.2,а). По мере поступления данных, эти импульсы «продвигаются» и попадают в строб,ограниченный ИНС К( 1 ) и ИНС К(2), а результаты суммированияв этом стробе записываются в Память 1 ППС (рис. 3.3.2,б). Послетого, как отсчеты перейдут границу ИНС К(2) и часть их окажетсяво втором стробе, суммы этой части будут записываться в Память2 ППС (рис.
3.3.2,б).1Si1ИНС вд>ИНС Щ)ИНС Щ)ИНСтИНС К(5)а)Память 1 23 4 5 6 5 4 3 21Память 0 0 0 0 0 0 11 |о0 0 0 0 0 0 0 ДхЮi23 4 !б 6 5 4 3 2 10 0 Д2(1 )2б)В)Рис. 3.3.2.Обозначим содержимое Памяти 1 и Памяти 2 как Дх(1 ) и Д2(1)соответственно. Тогда простейший алгоритм программируемоговременного дискриминатора может быть записан как(3.3.1)В отличие от аналоговых временных дискриминаторов, в которых формируется лишь разность сигналов, характеризующихстепень перекрытия стробов и принимаемых импульсов, алгоритм(3.3.1) даёт нормированную характеристику, представленную нарис.
3.3.2,в. Она содержит линейный участок и две плоские части,которые возникают за счет нормировки (3.3.1), так как при некотором рассогласовании в числителе и знаменателе (3.3.1) остаетсявсего один ненулевой отсчет. Поэтому, независимо от его величины, частное всегда будет равно единице.
Отметим еще одну особенность, которую дает, примененная в (3.3.1), нормировка. Приполучении дискриминационной характеристики (ДХ) предполагалось, что дискреты входного сигнала равны единице. Бели отказаться от этого условия и положить, что указанные дискреты равны, например U, то результаты суммирования в ПС следует записать каки(3.3.2)Однако форма ДХ благодаря нормировке не изменится и будетпо-прежнему описываться соотношением (3.3.1).Бели снять ограничение <р0=0, то начнут поступать данные сАЦПз, которые будут записываться в еще одну пару ячеек памятиППС. По традиции первую часть полученного массива чисел называют вещественной частью комплексного числа, а вторую - мнимой.
Сами комплексные числа, как таковые, не фигурируют приобработке сигналов в ППС. Там они представлены лишь своимисоставляющими. Финальная операция обработки сводится к вычислению модуля комплексного числа или квадрата модуля. Процедуру вычисления модуля для краткости называют линейным детектором, а вычисление квадрата модуля - квадратичным детектором. Эти параметры, как вещественные числа, обрабатываются вЦВМ средней производительности (рис.
3.3.1).В реальных условиях работы далъномерного канала БРЛС,при попадании сигнала цели на первые два строба (рис. 3.3.2,а)для k-го зондирования, вычисляются два числа Дк(1 )(к) и ДК(2)00 >на основе которых формула (3.3.1) дает один отсчет сигнала рассогласования ивд(к).Анализ таблиц памяти на рис. 3.3.2,б и содержание решаемой задачи указывают, что базовая операция, при разработке алгоритмов временного дискриминатора, состоит в вычислении временной свертки, а отклик временной свертки будет основным элементом, при построении дискриминационной характеристики ВД.Временная свертка косинусной составляющей сигнала Sc встробе с номером Ki ( i= l, 2 ) для относительного (безразмерного) текущего времени к запишется какSCK(i)(k) = I 1U£Mk)Sc(k - Q,(3.3.3)1=0где- отклик временной свертки в косинусном канале об-работки, N =тТх+1 - число накопленных отсчетов АЦП на дли-тельности строба т^р, Тт - тактовый период съема цифрового сигнала с АЦП, I - переменная суммирования.Для синусного канала обработки получим схожее выражениеS3K(i)(k) = Y U?K,(k)S8(k - 1) .(3.3.4)/=оКомплексный отклик будет определён соотношением:Д^„(к) = s ;,n(b) + js ;(1)(k),(3.3.5)а его модуль равенитДК(0(к) = X U^i(k)S(k - 1) .(3.3.6)/=0Здесь ДК(1)(к) - модуль отклика при единичной амплитуде цифрового сигнала, а множители UT и S соответственно равныит= |и ^)2 +(и ?)2 и S = t|(s °)2 +(s 6)2 , Т.к.
сое2(ф0) + а±п2(ф0) = 1.3.3.2. А лгоритм ыврем енного ди скри м и н атора с расш иреннойАПЕРТУРОЙ ДИСКРИМИНАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИНедостатком полученного в п. 3.3.1 простейшего алгоритмавременного дискриминатора является ограниченность размераапертуры его ДХ.
Он не пригоден, если, например, дальномердолжен определять расстояние до протяженной цели. Кроме того,при сопровождении воздушной цели возникает опасность выходасигнала рассогласования за пределы ДХ при её резком манёвре.Поэтому актуальной становится задача расширения апертуры дискриминационной характеристики. Она решается путем наращивания числа стробов в структуре временного дискриминатора. Дляопределенности будем считать, что дальномер работает с НЧПИ.Впоследствии это ограничение будет снято.
После каждого зондирования в ячейках памяти программируемого процессора сигналов, которые будем отождествлять со стробами, записываются результаты суммирования в ПС АЦП в виде действительной и мнимой частей комплексного числа. Количество ячеек может достигать Q-1, где Q - скважность сигнала. На практике их число задается максимально необходимой дальностью до цели. После вычисления модуля или квадрата модуля записанных чисел результатымогут использоваться в алгоритмах дискриминатора дальности.В массиве указанных чисел выделяют зону дискриминации,содержащую Рд стробов (ячеек памяти).
Число Рд выбирается наоснове анализа совокупности решаемых задач. Однако, при всехусловиях Рд должно быть больше числа стробов п, данные которых используются в алгоритмах ВД.В приводимых далее формулах принято, что число Рд всегдачетное, а п может быть как четным, так и нечетным числом.Введем нумерацию стробов в зоне дискриминации.
Номерстроба K(i) определяется какк ( | ) . р» - Н" - :1) + 1 .(3.3.7)где i = l,n текущий номер строба в их гребенке, состоящей из пстробов, a ev - переменная, принимающая значение 1 , если п четное, и нуль - при нечетном п.Применим формулу (3.3.7) к рассмотренному ранее алгоритмуВД (3.3.1). Там, для формирования отсчета ивд на выходе дискриминатора, потребовались отсчеты из двух стробов, т.е.
n= 2 , ev=l.Примем РД*Ю . Тогда из(3.3.7)получимК(1)=5,Щ2>=6. На рис. 3.3.3 условноРис. 3.3.3.показана зонадискриминации.Стробы изображеныв виде прямоугольников, а цифры внутри их обозначают номерастробов, вычисленных по формуле (3.3.7). В принятой нумерацииотносительное рассогласование запишется так:11 I 2 |8 U МиВ Д_ Де ~~ДбДб+ Дб7 | 8 1 9 110(3.3.8)Введение нормировки за счет суммарного сигнала, как и ранее, устраняет влияние амплитуды входного сигнала на формуДХ.Так называемая переходная задержка т0, при которой ДХравна нулю,(3.3.9)гДе Тстр ~ длительность строба.
Нетрудно видеть, что для рассмотренного примера Т о= 5 тстр.Простейший способ расширения апертуры ДХ состоит в наращивании числа дискретов в соотношении (3.3.8). Так при п=4, этовыражение переходит в(3.3.10)Недостаток способа состоит в том, что дискриминационныехарактеристики (3.3.8) и (3.3.10) имеют одинаковые линейныеучастки вблизи т0, а апертура ДХ расширяется лишь за счет еёплоских частей.Можно увеличить линейный участок ДХ используя метод весового суммирования, когда весовые коэффициенты при Диф увеличиваются с ростом номера K(i). Адекватным соотношением реализации этой идеи будет формула вычисления центра инерциисистемы материальных точек. В принятых обозначениях для линейного детектора она имеет вид(3.3.11)При квадратичном детекторе величины Д^^ заменяются на Д2,^ .Алгоритм ВД записывается как разность междуи центромдискриминационной характеристики иц, определяемым через переходную задержку т0 посредством выражения(3.3.12)В результате для алгоритма ВД получим21К(1)Дк(1)ивд = 2(ици - иц) =------------ (Рл + 2 - ev).(3.3.13)Ё Д к(1)i=lV'Множитель 2 нормирует крутизну ДХ к единице.
Нетрудно убедиться, что, при Рд=10 и п=2, формула (3.3.13) переходит в(3.3.8). Асимметричная форма алгоритма (3.3.13) лишена наглядности симметричной формы, получаемой путем перехода от(3.3.13) к12К(1)Дц))-| ;(Р д + 2 - ет)Д>(,)ивд_ i=l________i=l_______________ _(3.3.14)ХД«(|)i=lПосле преобразования числителя в (3.3.14) получимt ( 2 i-( n + l))fl>(1)(3.3.15)uивд =1Д к(1)1=1' ’В качестве примеров возьмем Рд=10, п=7 и п= 6 . Тогдаи._ 5Да + ЗД7 + Да - (Д5 + ЗД4 + 5Д3) ^(3.3.16)Е Д ц !)i=l_ 6Да + 4Д7 + 2Дв + 0 •Д5 - (2Д4 + 4Д3 + 6Д2) /0 0 1и вд(7)----------------------------------- е■ЕДк(з)Соотношения (3.3.15)-(3.3.17) позволяют установить общуюзакономерность формирования весовых коэффициентов для симметричной формы записи алгоритмов ВД: при п четном коэффициенты составляют последовательности положительных и отрицательных нечётных чисел, а при п нечетном, соответственно, последовательность четных чисел (включая нуль).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
