79 ОБНАРУЖЕНИЕ-ИЗМЕРЕНИЕ МНОГОЧАСТОТНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ - Страница 3

Структурная схема оптимального многоканального обнаружителя многочастотных сигналов на основе алгоритма (2.13) для одного частотного канала приведена на рис. 2.2. При этом каждый частотный канал содержит N доплеровских каналов, в каждом из которых на основе поступающих входных отсчетов Uj(l) согласно алгоритму (2.13) производятся вычисления значений , а в каждом частотном канале осуществляется раздельное обнаружение отраженного от цели сигнала.

 

 

Рис. 2.2

 

Весовые коэффициенты (элементы матриц обработки ) зависят от корреляционных свойств сигнала. Для случая медленных или совместных флюктуаций сигнала, соответствующих rl=1, можно показать [10], что элементы матриц обработки в алгоритме оптимальной обработки многочастотного сигнала на основе выражения (2.11) с точностью до постоянного множителя имеют вид .

Тогда оптимальный алгоритм обработки многочастотного сигнала для случая медленных флюктуаций в l-м частотном канале принимает вид [10]:

.

Основой рассматриваемого алгоритма является когерентное накопление поступающих входных отсчетов Uj(l). Реализация такого алгоритма обработки также предполагает N-канальное построение в каждом частотном канале, что приводит к необходимости производить раздельное обнаружение, сравнивая с пороговым уровнем величины

, , .

Использование свойств многочастотных сигналов при раздельной обработке сигналов, соответствующих различным несущим частотам, позволяет осуществлять в многоканальном устройстве обработки (рис. 2.2) однозначное измерение доплеровской частоты сигнала. В когерентно-импульсных РЛС, работающих в режиме высокой скважности, интервал однозначного измерения доплеровской частоты сигнала (±1/2Т) оказывается существенно меньше доплеровской частоты отраженного сигнала. При использовании многочастотного зондирующего сигнала для расширения интервала однозначно измеряемых радиальных скоростей используем разностную доплеровскую частоту:

.

Разнос несущих частот fр выбирается с учетом однозначного измерения максимально возможной радиальной скорости цели vrmax:

.

При этом разнос несущих частот оказывается достаточным для обеспечения статистической независимости отраженных сигналов, соответствующих различным несущим частотам.

Однозначное измерение радиальной скорости в рассматриваемой системе осуществляется при обнаружении в двух смежных частотных каналах. Тогда разностный доплеровский сдвиг фазы определяется по номерам соответствующих доплеровских каналов [9]:

, .

Таким образом, на основе метода статистического синтеза получен оптимальный алгоритм обработки многочастотного сигнала для двух случаев – известных и неизвестных доплеровских сдвигов фаз jl. Синтезированный алгоритм в частном случае для совместных флюктуаций приводится к известному виду на основе когерентного накопления поступающих отсчетов. В многоканальном варианте совместная обработка многочастотного сигнала позволяет осуществлять однозначное измерение во всем диапазоне реальных радиальных скоростей цели.

2.3. Квазиоптимальные обнаружители-измерители

многочастотных сигналов

В предыдущем разделе рассмотрен синтез оптимальных систем междупериодной обработки многочастотных сигналов, которые позволяют определить теоретический предел эффективности обнаружения многочастотных сигналов. При рассмотрении реальных ситуаций такие системы в силу возникающих принципиальных затруднений не реализуемы. Поэтому необходимо рассмотреть вопрос синтеза квазиоптимальных систем междупериодной обработки многочастотных сигналов, которые позволят технически реализовать преимущества многочастотных сигналов в вопросе повышения эффективности обнаружения и устранения проблемы совместного однозначного измерения дальности и радиальной скорости цели по сравнению с одночастотными сигналами.

При синтезе квазиоптимальных алгоритмов обработки многочастотных сигналов полагаем, что ql>>1. При этом элементы эрмитовых корреляционных матриц Rl с учетом (2.6) имеют вид:

.                                 (2.14)

Тогда с учетом выражения (2.14) можно найти обратные корреляционные матрицы Wl, которые при введенном ограничении являются ленточно-диагональными матрицами с элементами:

;

. (2.15)

С учетом полученных элементов матриц Wl можно определить элементы матриц обработки Ql, которые определяют конкретный вид соответствующего алгоритма обнаружения многочастотного сигнала. Учитывая выражения (2.15), устанавливаем, что матрицы обработки Ql также являются ленточно-диагональными матрицами с элементами:

;

.   (2.16)

Полученные выражения определяют весовые коэффициенты в оптимальном алгоритме обработки многочастотного сигнала на основе выражения (2.11). Подставляя полученные элементы матриц обработки Ql и не учитывая краевые эффекты при j=1 и N, выражение (2.11) представляем в виде [8]:

 

(2.17)

где ; .

Из выражения (2.17) следует, что для обнаружения многочастотных сигналов достаточно сравнить с пороговым уровнем величину:

,                          (2.18)

где ; .

Алгоритм (2.18) обнаружения многочастотных сигналов представляет собой взвешенную сумму двух типов алгоритмов междупериодной обработки. Основой первого слагаемого является некогерентное накопление, что соответствует центральной диагонали квадратичной формы. Второе слагаемое соответствует накоплению мультипликаций с номерами диагоналей квадратичной формы, равными . Поскольку накопление импульсов когерентной пачки для каждого частотного канала осуществляется с учетом значения доплеровского сдвига фазы jl, то в синтезированном устройстве имеется возможность измерения радиальной скорости цели.

 

 

Рис. 2.3

 

Структурная схема, реализующая алгоритм междупериодной обработки (2.18) многочастотных сигналов, при любых значениях коэффициентов междупериодной корреляции сигнала представлена на рис. 2.3. Вклад каждого алгоритма обработки K1l и K2l определяется весовыми коэффициентами C1l и C2l, которые зависят от корреляционных свойств отраженного многочастотного сигнала. Рассмотрим крайние случаи скорости флюктуаций сигнала.

 

2.3.1. Обнаружитель на основе некогерентного накопления. В случае быстро флюктуирующего сигнала коэффициенты междупериодной корреляции rl®0. Так как ql>>1, весовые коэффициенты в (2.17) также C1l®1, C2l®0. Тогда выражение (2.17) можно представить в виде:

,

что соответствует решающей статистике:

,              (2.19)

где Ql=I матрицы обработки для всех частотных каналов.

Алгоритм (2.19) обработки многочастотного сигнала реализует суммирование результатов некогерентного накопления входных отсчетов в каждом частотном канале. Таким образом, в частном случае при rl®0 (быстро флюктуирующий сигнал) синтезированный квазиоптимальный алгоритм обработки (2.18) многочастотного сигнала сводится к ранее известному алгоритму обработки многочастотного сигнала [3].

 

 

Рис. 2.4

 

Структурная схема, реализующая алгоритм междупериодной обработки (2.19) многочастотного сигнала, представлена на рис. 2.4, где БО – блок объединения, который вычисляет сумму квадратов проекций входных отсчетов Uj(l), а при аналоговой обработке блок объединения – это амплитудный детектор; Н – междупериодный накопитель, который может быть реализован по двум схемам [9]: при неизвестном начале пачки – это скользящий сумматор, а при дискретном сканировании антенного луча накопление можно осуществлять с помощью одного блока задержки на период повторения импульсов в коммутируемой цепи обратной связи.