Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой.

В случае, если случайна не только начальная фаза, но и амплитуда, структура оптимального обнаружителя аналогична предыдущей (рис.4.12). Однако следует иметь в виду то, что в рассматриваемом случае корреляторы управляются квадратурными колебаниями с усредненной огибающей сигнала.

Сигнальные компоненты на выходе корреляторов в данном случае определяются следующим образом:

Z₁= U_ср А cos φ,

Z₂ = U_ср A sin φ,

где U_ср – постоянная средняя при нулевой начальной фазе;

A – случайная относительная амплитуда;

φ – случайная начальная фаза.

Из статистической радиотехники известно, что мгновенные значения колебаний Z₁= U_ср А cos φ и Z₂ = U_ср A sin φ, амплитуда А которых распределена по закону Релея, а начальная фаза φ по равномерному закону, имеют гауссовское распределение. Поэтому сигнальные компоненты являются нормальными, независимыми, случайными величинами. Таким образом, сигнал со случайными амплитудой и начальной фазой можно рассматривать как результат искажения точно известного сигнала гауссовской шумовой помой, а обнаружение такого сигнала можно полагать как обнаружение точно известного сигнала при совместном действии шумов.

Для обнаружения сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой требуется значительно большее пороговое отношение сигнал–шум, чем при обнаружении сигнала с известной амплитудой. Это иллюстрирует тот факт, что незнание параметров сигнала требует увеличение энергии сигнала для обеспечения заданных показателей качества обнаружения.

Оптимальное обнаружение когерентной пачки радиоимпульсов

Различают когерентную и некогерентную пачки радиоимпульсов. Если начальные фазы высокочастотного заполнения радиоимпульсов связаны между собой детерминированной зависимостью, то пачка называется когерентной; если же начальные фазы от импульса к импульсу меняются случайным образом – некогерентной.

Когерентность излучаемых радиоимпульсов обеспечивается соответствующим построением передатчика, например, по схеме: высокостабильный генератор – импульсный модулятор – усилитель мощности. Однако когерентность излучаемых колебаний ещё не является достаточным условием когерентности принимаемых радиоимпульсов. Для её сохранения требуется, чтобы при отражении сигнала от объекта и при распространении радиоволн в среде сдвиг фаз был одинаковый для всех радиоимпульсов, при этом должно выполняться условие τ_{к фл} >τ_п, где τ_{к фл} – интервал корреляции флуктуации принимаемых радиоимпульсов.

Если в РЛС используется передатчик на магнетроне, то каждый зондирующий радиоимпульс имеет «свою» начальную фазу, независящую от начальных фаз других импульсов, при этом излучаемая пачка радиоимпульсов некогерентна. Однако и при таком передатчике, вообще говоря, можно получить в приемном такте когерентную пачку, если использовать когерентный гетеродин, фазируемый радиоимпульсами магнетрона.

Когерентная пачка радиоимпульсов может относиться к классу детерминированных либо квазидетерминированных сигналов, при этом возможны модели когерентной пачки с полностью известными параметрами, со случайной начальной фазой, со случайными начальными фазами и амплитудой, а так же со случайным временем и смещением частоты.

На рис. 4.13 изображены различные пачки радиоимпульсов.

Согласованный фильтр для пачки когерентных радиоимпульсов можно представить в виде последовательного соединения согласованного фильтра для одиночного радиоимпульса СФ₁ синхронного накопителя СН (рис.4.14, а). Последний выполняется в виде линии задержки с отводами (рис. 4.15). Весовые коэффициенты x_i пропорциональны амплитудам импульсов пачки. Если огибающая пачки прямоугольная, то весовые коэффициенты одинаковы и их вводить не нужно.

Техническая реализация синхронного накопителя на радиочастоте довольно сложна из-за жестких требований к стабильности параметров линии задержки и точности расположения отводов.

Более приемлема схема обнаружителя с двумя квадратурными каналами (рис.4.14, б), в которой синхронное накопление осуществляется на видеочастоте благодаря синхронному детектированию радиосигнала в квадратурных каналах с помощью фазовых детекторов (ФД). При этом потери информации не происходит. Частота ω₀ опорных колебаний совпадает с частотой заполнения радиоимпульсов на выходе СФ₁, а фаза φ₁ должна изменяться от одного периода следования импульсов к другому в соответствии с набегом фазы принимаемых импульсов на время Т_п.

В схеме на рисунке 4.14, б осуществляется фильтровая и затем корреляционная (по начальной фазе) обработки сигнала. Возможно иное сочетание корреляционной и фильтровой обработки.

В корреляционно-фильтровой схеме (рис. 4.16) накопление происходит не на видеочастоте, а на радиочастоте. При этом отпадает надобность в квадратурных каналах и в довольно сложных накопителях с многоотводными линиями задержки.

Выход схемы на рис. 4.16 подключается через амплитудный детектор к пороговому устройству. Однако в этой схеме без потерь обрабатываются лишь импульсы, совпадающие по времени со стробирующими S_стр(t), т.е. корреляционно-фильтровой обработке в отличие от фильтровой не свойственна инвариантность ко времени запаздывания сигнала. Поэтому при корреляционно-фильтровой обработке пачки с неизвестным временем запаздывания потребуется многоканальная система. В то же время в фильтровом обнаружителе (рис. 4.14, а), а также в фильтрационно-корреляционном (рис. 4.14, б) можно ограничиться одним каналом дальности.