79 ОБНАРУЖЕНИЕ-ИЗМЕРЕНИЕ МНОГОЧАСТОТНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ - Страница 5

2.3.5. Синтез измерителей радиальной скорости цели. В алгоритмах обработки многочастотных сигналов (2.23) и (2.27) в l-м частотном канале результат перемножения соседних отсчетов Uj(l) зависит от доплеровской частоты сигнала Fд(l), поэтому в данных обнаружителях имеется возможность измерения радиальной скорости цели. В связи с этим, рассмотрим синтез алгоритмов однозначного измерения радиальной скорости цели в многочастотных когерентно-импульсных РЛС одновременного излучения, работающих в режиме высокой скважности.

Для синтеза алгоритма оценки используем метод максимального правдоподобия и рассмотрим частный случай системы уравнений максимального правдоподобия (2.24) при L=1 (одночастотный сигнал):

,

которую с учетом выражения (2.20) при L=1 и после соответствующих преобразований можно представить в виде:

.

После выполнения операций логарифмирования и дифференцирования можно записать:

,

решение данного уравнения имеет вид:

.

Однозначное измерение доплеровской фазы сигнала при этом осуществляется в интервале [-p/2, p/2]. Для расширения данного интервала до интервала   [-p, p] следует использовать известные логические операции [12]:

(2.28)

Как уже отмечалось, в когерентно-импульсных РЛС однозначное измерение доплеровской частоты сигнала можно осуществлять в интервале ±1/2Т, что в случае работы РЛС в режиме высокой скважности существенно меньше доплеровской частоты отраженного сигнала.

Применение многочастотного сигнала позволяет расширить интервал однозначного измерения радиальной скорости цели. Для этого необходимо на основе совместной обработки отраженных сигналов, соответствующих различным несущим частотам, определять разности доплеровских фаз соседних частотных каналов.

При L=2 (двухчастотный сигнал) система уравнений максимального правдоподобия (2.24) с учетом (2.25) имеет вид:

 

При совместном решении данной системы уравнений алгоритм оценки величины  имеет вид:

.

Тогда алгоритм оценки разности доплеровских фаз соседних частотных каналов при L=2:

.

При этом оценка разностной доплеровской частоты сигнала определяется из соотношения , что с учетом известного выражения  позволяет найти алгоритм однозначной оценки радиальной скорости цели:

,

где .

При соответствующем выборе величины разноса несущих частот  для обеспечения статистической независимости отраженных сигналов и однозначного измерения радиальной скорости цели применение двухчастотного сигнала в случае когерентно-импульсных РЛС, работающих в режиме высокой скважности, позволяет решить проблему однозначного измерения радиальной скорости цели, так как

.

При этом интервал однозначно измеряемых радиальных скоростей цели расширяется по сравнению с одночастотным сигналом в f1/Df раз и сохраняется однозначность измерения дальности, которая обеспечивается соответствующим выбором периода повторения импульсов Т.

При L>2 имеется возможность определять совокупность оценок разностей доплеровских сдвигов фаз  соответствующих соседних частотных каналов. Непосредственное усреднение данных оценок, с учетом цикличности фазовых отсчетов, приводит к ошибочным результатам. Исключить подобные ошибки можно, используя усреднение тригонометрических функций [13]. Тогда с учетом выражения (2.25) для соответствующих смежным частотным каналам величин  и  найдем:

.

Полагая эквидистантную расстановку несущих частот (), производим усреднение:

,

которое позволяет найти усредненное значение оценки доплеровского сдвига фазы отраженного сигнала:

.    (2.29)

Тогда алгоритм однозначной оценки радиальной скорости для случая многочастотного сигнала с числом несущих частот L>2 может быть представлен в виде:

,            (2.30)

где .

Таким образом, при использовании многочастотного зондирующего сигнала на основе метода максимального правдоподобия получен алгоритм (2.30) однозначной оценки радиальной скорости в необходимом диапазоне реальных скоростей радиолокационных целей, отличительной чертой которого является усреднение значений оценок доплеровских сдвигов фаз отраженного многочастотного сигнала.

 

2.4. Структурные схемы квазиоптимальных

обнаружителей-измерителей многочастотных сигналов

В предыдущем разделе на основе метода статистического синтеза и, в частности, метода максимального правдоподобия синтезированы алгоритмы междупериодной обработки многочастотных сигналов и новый алгоритм однозначного измерения радиальной скорости цели. Их совместное использование для решения задачи совместного однозначного измерения дальности и радиальной скорости приводит к новым структурным схемам квазиоптимальных обнаружителей-измерителей многочастотных сигналов.

Структурная схема адаптивного в каждом частотном канале к доплеровским сдвигам фаз обнаружителя-измерителя многочастотных сигналов, реализующая адаптивный алгоритм обработки многочастотного сигнала (2.23) совместно с (2.26) и алгоритм однозначного измерения радиальной скорости цели на основе выражений (2.28) – (2.30), представлена на рис. 2.8 [14].

Адаптивный обнаружитель-измеритель многочастотных сигналов осуществляет в каждом частотном канале одноканальное когерентное накопление произведений комплексно-сопряженных соседних входных отсчетов Uj(l). Далее на основе вычислителя модуля ВМ и делителей Д вычисляются оценки , использование которых в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

алгоритме обнаружения позволяет объединять результаты обработки частотных каналов на основе линейного суммирования. Совместная обработка оценок  в блоке измерения приводит к вычислению оценок . После соответствующего усреднения в вычислителе фазы, который реализует алгоритм (2.29) и логические операции (2.28), определяется усредненное значение оценки . При превышении порогового уровня обнаружения u0 сигнал с выхода порогового блока ПБ открывает ключ К, пропуская оценку vr, и используется для автосъема дальности.

Структурная схема обнаружителя-измерителя многочастотных сигналов, реализующая алгоритм обработки, инвариантный к доплеровским сдвигам фаз (2.27), и алгоритм однозначного измерения радиальной скорости цели на основе выражений (2.28) – (2.30), представлена на рис. 2.9 [15].

 

 

Рис. 2.9

 

Обнаружитель-измеритель многочастотных сигналов, инвариантный к доплеровским сдвигам фаз, работает следующим образом. Сумма произведений комплексно-сопряженных соседних отсчетов поступает на вычислитель модуля ВМ, результат вычислений которого суммируется с аналогичными результатами других частотных каналов и поступает на пороговый блок ПБ. На входы блока измерения, в отличие от адаптивного обнаружителя-измерителя многочастотных сигналов, подаются непосредственно результаты накоплений частотных каналов Xl. Вычислитель фазы ВФ помимо алгоритма (2.29) реализует логические операции (2.28). При превышении порогового уровня обнаружения u0 сигнал с выхода порогового блока ПБ открывает ключ К, пропуская оценку vr, и используется для автосъема дальности.

В состав адаптивного и инвариантного к доплеровским сдвигам фаз обнаружителей-измерителей многочастотных сигналов входят вычислитель модуля, который вычисляет модуль суммы произведений комплексно-сопряженных соседних входных отсчетов Uj(l), и вычислитель фазы. Структурная схема вычислителя фазы приведена на рис. 2.10.

Вычислитель фазы работает следующим образом. Значения величин  и  (в адаптивном обнаружителе-измерителе значения величин  и ) поступают на соответствующие входы вычислителя фазы, где на основе делителя Д и функционального преобразователя ФП определяется величина . Последующие преобразования оценки  зависят от знака величины a. При a³0 открыт ключ К2 и оценка  через сумматор непосредственно поступает на выход вычислителя фазы. При a<0 открыт ключ К1, а второй ключ закрыт. При этом в модульном блоке  образуется величина ê ê, которая вычитается из величины p. Далее величина b умножается на постоянный множитель К с целью масштабирования и дальнейшего ограничения в ограничителе (±1) по уровню ± 1. Таким образом, после ограничения величина на выходе ограничителя имеет смысл знака величины b, которая при поступлении на вход блока умножения, присваивается разности p - .

 

 

Рис. 2.10

 

Основными достоинствами предложенных структурных схем адаптивного обнаружителя-измерителя многочастотных сигналов (см. рис. 2.9) и обнаружителя-измерителя, инвариантного к доплеровским сдвигам фаз многочастотных (рис. 2.10) сигналов, являются:

–  возможность обнаружения цели по результатам совместной обработки отраженных сигналов, соответствующих различным несущим частотам;

–  одноканальное когерентное накопление, позволяющее существенно упростить техническую реализацию обнаружителя, по сравнению с традиционными многоканальными системами, и открывающее возможность измерения радиальной скорости цели;

–  возможность однозначного измерения радиальной скорости цели по результатам совместной обработки результатов вычислений частотных каналов в многочастотных когерентно-импульсных РЛС одновременного излучения, работающих в режиме высокой скважности.

При этом появление в настоящее время быстродействующих цифровых процессоров обработки сигналов делает возможным цифровую реализацию предлагаемых систем обнаружения-измерения многочастотных радиолокационных сигналов на основе микропроцессорных систем, применение которых позволяет свести к минимуму аппаратные затраты при реализации системы обработки отраженных сигналов, значительно увеличить ее надежность, существенно уменьшить массу и габариты системы в целом.