Способы оптимальной обработки сигналов в импульсно-доплеровской РЛС

 

В режиме ВЧП обнаружение сигналов от целей ведется на фоне шума приемника. Отраженный сигнал от цели представляет пачку радиоимпульсов с неизвестной доплеровской частотой, которая подвергается когерентной обработке. Чтобы учесть доплеровский сдвиг частоты, широко используются гребенчатые фильтры, представляющие набор узкополосных фильтров, осуществляющих когерентное накопление.

Ожидаемую пачку импульсов (копию сигнала) u(t) можно представить в виде произведения двух колебаний: последовательности видеоимпульсов u₁(t) и высокочастотного колебания u₂(t) несущей частоты f₀, модулированного огибающей пачки, т.е.

u(t)= u₁(t) u₂(t),

 

которое соответствует ожидаемому сигналу. Если аддитивную смесь сигнала с шумом на входе приемника обозначить y(t), то отклик согласованного фильтра даёт на выходе корреляционный интеграл R:

 

Откуда вытекает следующий оптимальный алгоритм обработки пачки радиоимпульсов: принимаемая реализация колебаний y(t) стробируется. При этом получается колебание u(t)=u₁(t)u₂(t). Стробирование необходимо осуществлять в соответствии со временем запаздывания сигналов. При неизвестном времени запаздывания необходима многоканальная схема. Каждый временной канал относительно соседнего стробируется импульсной последовательностью, задержанной на длительность одного импульса пачки τ_и. Тогда число временных каналов m в одном периоде повторения Т определяется m=T/τ_и и соответствует величине скважности. В каждом канале дальности необходимо осуществить накопление сигналов пачки, т.е. вычислить интеграл. Интегрирование осуществляется узкополосным фильтром.

При неизвестной доплеровской частоте цели в каждом стробируемом канале число доплеровских фильтров должно быть таково, чтобы перекрывать весь диапазон доплеровских частот, который в импульсных системах. благодаря периодичности спектра, можно принять равным F_п.

Таким образом, согласованный фильтр обработки имеет структуру, представленную на рис. 22.

 

Согласованные фильтры одиночного радиоимпульса (СФОИ) стробируются по дальности с числом временных сигналов m. В каждом канале ставятся узкополосные доплеровские фильтры, перекрывающие доплеровский диапазон целей, где производится накопление сигнала. Детектирование огибающей сигнала осуществляется в блоке последетекторной обработки, на выходе которого в пороговом устройстве (ПУ) происходит сравнение с пороговым уровнем с целью обнаружения сигнала. В блоке определения параметра сигнала (БОПС) определяются параметры цели, такие как скорость, дальность и т.д.

При обнаружении цели определяется доплеровская частота цели по номеру доплеровского фильтра и рассчитывается скорость цели:

 

 

Практически вместо СФОИ лучше использовать усилитель промежуточной частоты (УПЧ), параметры которого согласованны с параметрами сигнала, а узкополосные доплеровские фильтры выполнить в виде блока цифровой обработки, включающего память на всю пачку и обработку на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ). Тогда согласованный фильтр имеет структуру, представленную на рис. 23.

 

Стробирование по дальности выполняется в стробирующих каскадах, подключенных к выходу УПЧ, на которые подаются временные стробы длительностью τ_и. Количество стробирующих каскадов равно m.

Обработка по частоте Доплера в каждом временном канале производится на видеочастоте, в двух квадратурных каналах, где с помощью фазовых детекторов (ФД) полезная информация из фазы переходит в амплитуду. Для цифровой обработки необходимо информацию с выхода ФД преобразовать в цифровые коды, что выполняется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

Блок, обозначенный как БПФ, включает память на всю пачку отраженных импульсов и обработку в виде БПФ.

На выходе БПФ образуется n частотных каналов, где n - число импульсов в пачке, отраженной от цели. Полоса пропускания каждого доплеровского фильтра в этом случае будет:

 

 

В БПФ производится когерентное накопление сигнала y(t). Объединение квадратурных каналов производится в блоке объединения квадратур (БОК), причем объединение производится для каждого частотного канала. Обнаружение полезного сигнала происходит на выходах многоканального (n каналов) порогового устройства (ПУ). Дальнейшая обработка в виде фиксации обнаружения и измерения параметров цели производится в блоке определения параметров сигнала (БОПС).

Величина порогового сигнала q на выходе когерентного накопителя:

 

Где q_вх – отношение напряжения полезного сигнала (u_свх) к среднеквадратическому значению шума (σ_швх) на входе устройства обработки.

Структура фильтра, представленного на рис. 23, реально в цифровом виде выполняется на одном АЦП и спецпроцессоре с одним БПФ. Многоканальность по времени реализуется за счет разбиения по временным тактам работы АЦП и БПФ.

На рис. 24 приведены спектры соседних гармоник, отраженных от пассивных помех, от цели и с учетом частотной характеристики согласованного фильтра, выполненного в виде многоканального доплеровского фильтра, показанного на рис. 22 для режима ВЧП.

 

 

Аналогичный спектр на рис. 25 представлен при выполнении многоканального доплеровского фильтра в виде БПФ, структурная схема которого показана на рис. 23.

 

 

Особенность обработки, показанной на рис. 24, состоит в том, что доплеровские фильтры расположены в зоне спектра, свободного от пассивной помехи. При изменении скорости носителя РЛС меняется положение точек f₀±F _дmах, что приводит к изменению зоны спектра, свободного от пассивных помех. В этом случае для перекрытия всей зоны спектра, где может находиться полезный сигнал, следует производить адаптивную привязку начала гребенки доплеровских фильтров к скорости носителя РЛС (к точке f₀±F _дmах).

В случае использования БПФ (рис. 25) по ширине спектра пассивных помех F _дmах рассчитывают количество частотных каналов БПФ, в которых находится помеха, и эти каналы в обнаружении полезного сигнала не участвуют. Из всего анализа можно сделать вывод, что схема рис. 23 хоть и сложнее схемы рис. 22, но обеспечивает лучшие результаты, так как учитывает изменение скорости носителя РЛС (для избавления от пассивной помехи выберу эту схему).

В техническом задании также указана активная помеха (АП) – уводящая по скорости. Такой тип помех используется для обеспечения срыва автосопровождения цели по координатам (дальности, скорости). В отличие от помех типа ложная цель, уводящие помехи динамически изменяют свои параметры, т.е. принимая сигнал от РЛС, они преднамеренно изменяют в нем какой-либо параметр (вносят дополнительную задержку, изменяют фазу и др.), после чего переизлучают его в направлении станции, тем самым, обеспечивается автозахват ложной цели и ее сопровождение. Бороться с такой помехой можно, с помощью следующего алгоритма:

скоростно-пороговый алгоритм заключается в следующем:

 

 

Если равенство выполняется, то параметры дальности R и скорости V согласованы и идет сопровождение цели. Если не выполняется, то это уводящая помеха. Иначе говоря, зная, что скорость есть первая производная от дальности, сравнивая оценку с вычисленной скоростью можно сделать вывод о наличии или отсутствии помехи.

 ,где

 

Если ΔV=10км/ч – это ложная цель и нужно снять ее с сопровождения. Реализация данного метода будет показана на структурной схеме БРЛС ниже.