Цифровая обработка радиолокационных сигналов

Цифровая обработка радиолокационных сигналов

Дж. X. Макклелан, Р, Дж. Пурди

5.1. введение

За несколько последних десятилетий радиолокация превратилась в самостоятельное и развитое техническое направление. Поэтому довольно неожиданной оказалась наблюдавшаяся в последние годы значительная активность в создании новых радиолокационных систем и модернизации существующего оборудования. В немалой степени это связано с широким внедрением в радиолокационные системы быстродействующей цифровой техники, что вызвано рядом причин. Во-первых, цифровая техника оказалась весьма универсальной — используя ограниченный набор микросхем, можно реализовать множество различных функций. Во-вторых, с ее помощью оказалось возможным достичь очень высоких точностей радиолокационных станций путем простого увеличения разрядности чисел. В-третьих, быстродействие современных цифровых микросхем способно удовлетворить жестким требованиям, предъявляемым к ним радиолокационными системами. Наконец, в-четвертых, цифровые системы становятся экономически все более выгодными. В настоящей главе сначала приводятся общие сведения об устройствах обработка радиолокационных сигналов, а затем рассматриваются некоторые современные специализированные цифровые системы.

Общая структурная схема большой радиолокационной системы представлена на рис. 5.1. Она включает систему обработки данных (СОД), обеспечивающую управление радиолокационной системой в целом и принятие решения, устройство управления, предназначенное для декодирования команд и общей синхронизации работы радиолокатора, генератор сигналов, антенны для излучения и приема радиосигналов, а также устройство обработки сигналов, в котором производится согласованная фильтрация принятых сигналов, вычисляются все необходимые характеристики цели и, как правило, уменьшаются объем данных и скорость их поступления до величин, приемлемых для СОД.

(кликните для просмотра скана)

В первых радиолокаторах все устройства строились только на базе аналоговой аппаратуры (функции СОД выполнял оператор индикатора). Однако по мере увеличения размеров и усложнения радиолокационных систем возникла необходимость ввести в их состав большую универсальную вычислительную машину, осуществляющую общее управление и контроль. Таким образом, на некотором этапе обработки сигналов в радиолокационной системе аналоговую информацию пришлось преобразовать в цифровую. Гибкость и универсальность цифровой техники в первую очередь позволили применить ее на завершающих этапах обработки, где необходимость в быстродействии наименее ощутима, поскольку операции по сокращению объема данных в основном выполняются на предыдущих этапах. Однако в дальнейшем по мере усложнения как самих радиолокационных сигналов, так и методов их обработки необходимость в универсальности, присущей цифровой технике, стала все сильнее ощущаться на всех этапах обработки сигналов. В то же время в радиолокаторах начали использоваться более широкоплосные сигналы, что существенно усложнило устройства обработки сигналов, которые должны были обладать и высоким быстродействием, и достаточной универсальностью. Однако с появлением высокоскоростных и постоянно удешевляющихся цифровых микросхем становится вполне реальным создание устройств обработки сигналов, полностью удовлетворяющих обоим требованиям на всех этапах обработки. Таким образом, в современной радиолокационной системе аналого-цифровое преобразование выполняется между приемником и устройством обработки сигналов.

5.1.1. Краткая историческая справка

Физический принцип, на котором основана работа радиолокационной системы, впервые был продемонстрирован Герцем в 80-х годах прошлого века. В своих экспериментах он показал, что электромагнитные волны отражаются от металлических предметов точно так же, как свет отражается от зеркал. Однако, несмотря на то что первое практическое устройство, предназначенное для предотвращения столкновений судов, было продемонстрировано и запатентовано немецким инженером Кристианом Халсмейером еще в 1904 г., к созданию действующих радиолокационных установок по-настоящему приступили лишь в 30-х годах, когда для военных целей стало особенно важным обнаружение самолетов в условиях ограниченной видимости. Работы велись в Германии, Франции, Великобритании и США, причем наибольшую известность приобрели английские разработки. Цепочка расположенных вдоль английского побережья Ла-Манша радиолокационных станций обнаружения, работавших в режиме непрерывного излучения, идею которых предложил Роберт Уотсон — Уатт в 1935 г.,

Читайте также:  При открытии ворда запускается установка

использовалась для обеспечения обороны Британских островов во время воздушных налетов в 1940 г. Развернувшиеся во время войны во многих странах интенсивные исследования привели к созданию новой микроволновой техники и новых методов обработки сигналов.

В 50-х годах появились более сложные радиолокационные системы. Примером может служить система SAGE (полуавтоматическая наземная система ПВО США), в которой впервые в качестве электронного «мозга» радиолокационной системы были использованы большие универсальные вычислительные машины, заменившие человека. Необходимость такого усложнения была обусловлена высокими тактико-техническими характеристиками самолетов и ракет, поскольку человек-оператор в отличие от заменившей его машины был не в состоянии достаточно быстро и точно реагировать на изменяющуюся обстановку.

В 50-е годы методы обработки сигналов в радиолокационных системах были усовершенствованы. Так, фирмой Bell Laboratories была разработана методика сжатия импульсов [22], позволившая за счет увеличения продолжительности излучаемого импульса обеспечить большую энергию сигнала, а за счет укорочения импульса после сжатия получить высокую разрешающую способность радиолокатора по дальности. Исследование функции неопределенности, проведенное Вудвордом, раскрыло сущность общей проблекы выбора радиолокационного сигнала и стимулировало большое количество работ в этой области.

В последние годы радиолокация нашла применение в многочисленных системах военного назначения, а также в таких областях, как управление полетами самолетов, морская навигация, метеослужба и служба контроля скорости движения на автострадах.

1 Принципы построения устройств преобразования радиолокационных сигналов в цифровую форму

Известно, что при цифровой обработке радиолокационных сигналов выборки сигнала, подлежащего обработке, преобразуются в цифровую форму − в числа, представленные в виде определенного кода. Чаще всего для этих целей используется двоичный код.

После преобразования аналог-код дальнейшая обработка сигналов (фильтрация и измерение координат) производится путем выполнения операций над числами с помощью цифровых устройств подобно тому, как это осуществляется в цифровой ЭВМ.

Система цифровой обработки по существу представляет собой комбинацию аналого-цифрового преобразователя (АЦП) со специализированной цифровой ЭВМ, выполняющей операции в реальном масштабе времени.

Устройства цифровой обработки, реализованные на базе современной дискретной микроэлектроники, имеют целый ряд преимуществ перед аналоговыми:

большой динамический диапазон;

возможность гибкой и оперативной перестройки параметров фильтров, обеспечивающей более высокую адаптивность РЛС;

Читайте также:  Смартфон асус зенфон мах

высокую стабильность характеристик фильтра;

возможность длительного накопления слабых сигналов;

большую точность выполнения арифметических операций;

высокую надежность, малую массу и габариты;

возможность сопряжения систем обработки с цифровыми устройствами управления, что особенно важно в РЛС с ФАР.

Для реализации этих достоинств необходимо знать принципы построения основных устройств, используемых при цифровой обработке информации.

Устройства дискретизации аналоговых сигналов

Для обеспечения работы цифровых устройств обработки необходимо, как отмечалось выше, преобразовать аналоговый сигнал в цифровую форму. Эта процедура в большинстве случаев включает три самостоятельных операции: дискретизацию, квантование и кодирование.

Дискретизация аналогового сигнала U(t) состоит в измерении (отсчете) его значений в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал ТД, называемый периодом дискретизации. В результате сигнал U(t) преобразуется в последовательность значений <U(tп)> в моменты времени tп = nTД, n = 0, 1, 2.

Квантование − это преобразование аналоговых значений сигнала в дискретную форму Uкв(tп) путем дискретизации сигналов по амплитуде (по фазе).

После квантования сигнал кодируется. Чаще всего операции квантования и кодирования совмещаются и выполняются в АЦП.

Устройство дискретизации в простейшем случае представляет собой стробируемый каскад (ключ), открывающийся на время τд с периодом ТД, удовлетворяющим условию

(5.1)

где fмакс − максимальная (граничная) частота в спектре входного сигнала.

Максимальный интервал временной дискретизации определяется в соответствии с теоремой Котельникова.

При внутрипериодной цифровой обработке (фильтрации) сигнала дискретизацию целесообразно выполнять на видеочастоте, искомый интервал должен быть обратнопропорционален ширине спектра модуляции зондирующего сигнала

Это условие выполняется при tд 1/ (2fмакс), то имеет место наложение спектров, что вызывает искажение сигналов. Для уменьшения этого эффекта перед дискретизатором устанавливается полосовой фильтр (или ФНЧ) с полосой пропускания ПфFД.

Период (частота) дискретизации является важнейшим параметром цифровых устройств обработки. Чем меньше ТД, тем меньше вероятность пропуска цели, но тем на большее число участков делится диапазон дальностей, что требует увеличение числа каналов обработки. Кроме того, при ТД τи, то вероятность обнаружения целей уменьшается. Ухудшается также разрешающая способность по дальности и увеличивается ошибка измерения дальности.

Наиболее приемлемым считается значение ТД ≈ τи полезного сигнала (но несколько меньше).

Величину τд обычно выбирают так, чтобы за время τд изменение входного сигнала не превышало допустимой величины ΔU, т.е.

(5.2)

Таким образом, принцип работы устройств дискретизации заключается в измерении (отсчете) значений аналогового сигнала U(t) в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал ТД, называемый периодом дискретизации. В простейшем случае такие устройства представляет собой стробируемый каскад (ключ), открывающийся на время τд с периодом ТД, удовлетворяющим условию ТД ≤ 1/(2fмакс). Максимальный интервал временной дискретизации определяется в соответствии с теоремой Котельникова и возможностью реализации таких устройств.

Читайте также:  Тонометры с определением аритмии

Разработка методов построения аппаратуры цифровой обработки сигналов для радиолокационных станций (РЛС) обзорного типа. Получение стабильных характеристик РЛС в широком диапазоне условий эксплуатации. Переход к программируемым цифровым устройствам.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 26.04.2014
Размер файла 657,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Анализ основных видов сложных сигналов, анализ широкополосных систем связи. Классификация радиолокационных систем, их тактических и технических характеристик. Разработка и обоснование основных путей развития радиолокационных систем со сложными сигналами.

курсовая работа [470,3 K], добавлен 18.07.2014

Характеристика и область применения сигналов в системах цифровой обработки. Специализированный процессор цифровой обработки сигналов СПФ СМ: разработчики и история, структура и характеристики, область применения, алгоритмы и программное обеспечение.

курсовая работа [224,9 K], добавлен 06.12.2010

Теоретический обзор и систематизация методов построения многопозиционных радиолокационных систем. Обоснование практической необходимости использования РЛС. Определение общих технических преимуществ и недостатков многопозиционных радиолокационных систем.

курсовая работа [702,1 K], добавлен 18.07.2014

Исследование принципов разработки генератора аналоговых сигналов. Анализ способов перебора адресов памяти генератора аналоговых сигналов. Цифровая генерация аналоговых сигналов. Проектирование накапливающего сумматора для генератора аналоговых сигналов.

курсовая работа [513,0 K], добавлен 18.06.2013

Общее понятие и классификация сигналов. Цифровая обработка сигналов и виды цифровых фильтров. Сравнение аналогового и цифрового фильтров. Передача сигнала по каналу связи. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой для передачи по каналу.

контрольная работа [24,6 K], добавлен 19.04.2016

История развития научного направления цифровой обработки сигналов, биография ее основателя В.А. Котельникова. Основы теории потенциальной помехоустойчивости. Достижения В.А. Котельникова в развитии теории оптимального приема многопозиционных сигналов.

реферат [28,3 K], добавлен 14.01.2011

Исследование теоретических основ математического аппарата теории цифровой обработки сигналов. Расчет параметров рекурсивных цифровых фильтров с использованием средств вычислительной техники. Методы проектирования алгоритмов цифровой обработки сигналов.

контрольная работа [572,7 K], добавлен 04.11.2014

Общая характеристика узла системы ТУ-ТС, отвечающего за сбор и обработку сигналов, поступающих с отдельных узлов наземных радиолокационных станций. Описание принципа работы, разработка аппаратной и программной части. Расчет параметров устройства.

дипломная работа [1,6 M], добавлен 13.09.2014

Сущность цифровой обработки аналоговых сигналов, их преобразование и оценка необходимой скорости. Построение веерного растра на экране монитора, применение интерполяции для устранения искажения. Принцип работы каналов интерполятора и схема его блока.

контрольная работа [441,1 K], добавлен 14.01.2011

Понятие о разделении целей радиолокационной системы. Совместная разрешающая способность по дальности. Принцип неопределенности сигналов в радиолокации. Тело неопределенности и его эквивалент. Разрешающая способность по скорости распространения радиоволн.

реферат [605,2 K], добавлен 13.10.2013

Ссылка на основную публикацию
Хрипит динамик на телефоне при прослушивании
Одной из самых распространенных поломок мобильных аппаратов является выход из строя динамика. Любой пользователь мобильных телефонов знает, что сейчас производители...
Установить программу для сканирования документов бесплатно
Загрузите бесплатно пробную полнофункциональную версию программы для сканирования Scanitto Pro. Данная версия работает без каких-либо ограничений в течение 30 дней....
Установить протокол mtp media transfer protocol
Описание Компания Microsoft содержит под своим крылом множество драйверов, среди этой коллекции находится и Media Transfer Protocol, тот самый драйвер,...
Хэнкок из какой вселенной комиксов
Хэнкок Общая информацияЖанр Научная фантастика Драма Комедия Страна производстваСШАКиностудия Columbia Pictures РежиссёрПитер БергАвтор сценария Винс Джиллиган Винсент Нго Когда вышел2008...
Adblock detector