1.4. Аналіз і класифікація радіолокаційних вимірників

Основні етапи первинної обробки. Змістом первинної обробки радіолокаційних сигналів є:

• внутріперіодная і межперіодная обробка сигналів, у тому числі з використанням СДЦ та інших засобів боротьби з перешкодами;

• автоматичне виявлення корисних сиг ¬ лів в суміші сигналів, шумів і перешкод, що надходять з ви ¬ ходу приймача;

• автоматичний з'їм координат цілі.

До складу приймача сучасної РЛС входять погодити ¬ ний фільтр (СФ) одиночних імпульсів, пристрій межперіодной обробки, накопичувач (смуговий гребенчатий фільтр - ПГФ) і пристрій оптимальної обробки сигналів рухомої цілі на тлі пасивних перешкод - подавитель у вигляді режекторного гребінчастого фільтру - РГФ . Додаткові пристрої захисту від перешкод, назване гідрометеообразованіямі, а також іншими радіозасобами (взаємні перешкоди) разом з автоматичним виявителем і пристроєм автоматичного знімання координат мети утворюють зазвичай єдину апаратуру обробки інформації (АПОІ).

Для первинної обробки застосовуються спеціалізовані, дискретно-аналогові і цифрові засоби. Якщо первинна обробка здійснюється в РЛС УВС зазвичай за один період огляду (один оборот антени РЛС кругового огляду), то при вторинній обробці використовує ¬ ся інформація від подальших періодів огляду, що забезпечує визначення параметрів траєкторій цілі. Для цього застосовується ЕОМ з гнучкою програмою.

Автоматичний виявитель  це пристрій для прийняття рішення про наявність чи відсутність корисного сигналу на виході радіолокаційного приймача після оптимальної обробки без участі людини-оператора. Найбільш широко поширені виявителі з фиксованим обсягом вибірки. Обсяг вибірки визначає число спостережень, рівне для РЛС кругового огляду числа імпульсів у пачці N. При n елементах дозволу цьому відповідає M інформаційних точок спостереження. Ізходячи з мінімуму середнього ризику, формулюється правило прийняття рішення по перевищенню відношення правдоподібності деякого порогового рівня у відповідно до критерію Неймана - Пірсона. Як правило, в радіолокації застосовуються Багатоальтернативність, що дає рішення про наявність чи відсутність мети для кожного елемента дозволу.

У автоматичних РЛС використовуються цифрові обчислювальні операції, в яких функції пристрою міжперіодной обробки і вирішального засобу переплетені. Тому часто міжперіодна обробка здійснюється двічі: на самому радіолокаційному приймачі, а потім у виявителі. Зауважимо, проте, що остання зазвичай є спрощеною.

Як правило, в таких цифрових виявителях застосовується квантування на два рівні (бінарні виявителі). При цьому лічильник підраховує кількість перевищень порога. Рішення про наявність сигналу приймається, коли кількість перевищень більше заданого числа (порога) при даному числе спостережень. Рішення про відсутність сигналу (наявності тільки шуму) приймається, якщо граничне число не досягається. При скануванні антени для кожного елемента дальності виділяється «вікно», захоплююче N періодів повторення, причому більш стара інформація «стирається» у міру надходження нової. Такий метод реалі ¬ зуется в виявителі типу «рухоме вікно».

Слід відзначити у розглянутих виявителях сильну залежність ймовірності помилкової тривоги від закону розподілу ймовірностей перешкоди. У зв'язку з необхідністю фіксації ймовірності помилкової тривоги (критерії Неймана - Пірсона) потрібна спеціальна стабілізації ймовірності помилкової тривоги. Це визначає клас параметричних виявителей. Виявителі, у яких ймовірність помилкової тривоги постійна в межах заданий класу розподілів ймовірностей, іменуються не ¬ параметричними. Виділяють також клас адаптивних виявителей, що змінюють свої параметри для підтримання будь-якої робочої характеристики. Найпростішим примером таких якраз і є засоби стабілізації ймовірності помилкової тривоги.

Якщо обсяг вибірки (число імпульсів у пачці) заздалегідь не фіксується, а змінюється випадково в залежності від даних спостереження, то Виявителі іменується послідовно. У цьому випадку використовується РЛС з мінливою швидкістю сканування.

Призначення і класифікація радіолокаційних вимірювателей [20 - 25]. Радіолокаційна інформація стає доступною для її отримувача лише після того, як параметри виявлених сигналів, в яких міститься ця інформація, перетворюються у відповідних величини (аналоги). Наприклад, оператор РЛС судить про координати і швидкості мети за відмітками на електронно-променевих індикаторах або за показаннями стрілочних приладів. Обчислювальна машина безперервної дії реагує на постійні коливання напруги, цифрова обчислювальна машина - на цифровий код і т. д. Радіолокаційні вимірювачі призначені для того, щоб перетворювать параметри виявлених сигналів саме в такі аналоги, які дозволяють виявити потрібну радіолокаційну інформацію, зашифровану в параметрах прийнятих сигналів.

Основні вимоги до радіолокаційним вимірювателям:

• висока точність вимірювань;

• темп вимірювань повинен відповідати ¬ вати кількістю одночасно побачити цілей та їх швидкостями;

• прийнятий метод вимірювань повинен задовольняти необхідної здатності РЛС;

• метод вимірювань повинен відповідати застосовуваної системі виявлення.

Остання вимога полегшується тим, що оптимальна фільтрація і кореляційна обробка сигналів сприяють не тільки виявлення слабких сигналів, а й підвищенню точності вимірювань. Все ж деякі відмінності є: щоб поєднати задані ймовірності правильного виявлення і помилкової тривоги, вибирають проміжний поріг виявлення, тоді як найбільша точність виходить при фіксації піку оптимально обробленого сигналу.

Радіолокаційні вимірювачі класифікуються за такими ознаками:

• безперервне вимірювання поточних координат і швидкостей цілей, зване супроводом (стеженням), може бути ручним (напівавтоматичним) або автоматичним. Вимірники, що застосовуються для цього, класифікуються відповідно як неслідкуючи або те, що стежать;

• за кількістю каналів вимірювачі поділяються на одноканальні і багатоканальні;

• по вимірюваної координаті або параметру руху мети раз-личать вимірювачі дальності, азимута, кута місця (висоти), радіальної і кутовий швидкості;

• за методом вимірювання - це амплітудний, частотний, фазовий, допплерівський та інші методи, залежно від того, який пара ¬ метр сигналу служить основою для вимірювань.

Серед ряда факторів, що впливають на характеристики РЛС, відношення сигнал / шум і структура сигналу відіграють особливу роль, так як вони визначають потенційні (граничні) можливості вимірника. Для вирішення двох цілей їх сигнали повинні достатньо розрізняти хоча б по одному з параметрів: часу запізнювання (дальностям цілей), напрямку прийому (кутовим координатам) або допплерівському зсуву частоти (швидкостям цілей). Позначимо цей параметр через λ. Достатнім вважається таке зрушення по параметру λ, коли сигнали цілей 1 і 2 перекриваються на рівні, що не перевищує 0,5 від максимуму.

Дійсно, якщо при цьому сигнали збігаються по фазі, то вони зливаються на інтервалі y. Але досить взаємною зрушення сигналів дещо збільшитися ( у2> y *), щоб обвідна результуючого напруги, яка зображена штрихпунктирною лінією, стала двогорбий, і тоді сигнали розрізняються. При зменшенні ширини смуги частот роздільна здатність поліпшується від y до y < y . Звідси випливає висновок: для хорошого дозволу по дальності (у = tі) тривалість сигналу ts повинна бути якомога менше, а ширина спектра відповідно більше. Для поліпшення дозволу по швидкості, яке проводиться у допплерівському зсуву частоти (у = Fnon), спектр повинен бути вузьким, а сигнал відповідно - великої тривалості (краще за все не ¬ перериваним). Роздільна здатність по кутовий координаті (у = 2) тим промінь менше, чим менше ширина 2ф відповідної діаграми направленості антени.

Вихідні пристрої РЛС призначені для створення відміток цілей, одержуваних у результаті знімання та обробки радіолокаційної інформації, яка надходить в ці пристрої у вигляді вихідного сигналу приймача, опорного сигналу для вимірювання дальності і сигналів датчиків кутового положення променя антени. Під відміткою мети розуміють сукупність всіх відомостей про цілі, які можна отримати за допомогою РЛС.

Характер і форма позначки залежать від того, хто або що є одержувачем радіолокаційної інформації. Якщо це оператор РЛС, то відмітки цілей повинні відтворюватися в формі, зручній для індикації на екрані ЕЛТ або іншому вигляді індикатора. Якщо це електронно-обчислювальна машина (ЕОМ) або лічильно-вирішальний прилад (УРП), то відмітки цілей представляються у вигляді безперервних або дискретних сигналів, на які реагує ЕОМ чи УРП. Індикаторний пристрій РЛС не тільки представляє радіолокаційну інформацію в доступній для оператора формі, але і здійснює обробку інформації  післядетекторне інтегрування і випробування на поріг.

Ознаками класифікації індикаторів служать:

• органи почуттів оператора, що сприймають інформацію. Це зір і слух, причому можливості візуальних індикаторів значно більше акустичних;

• призначення індикаторів. За цією ознакою розрізняють індикаторі виявлення та вимірювальні. Перші сповіщають про виявлення цілі світловим або звуковим сигналом, а другі вимірюють координати і швидкості цілей і тому можуть бути тільки візуальними.

До класу індикаторів вимірювальних відносяться індикатори на ЕПТ, стрілочні прилади та цифрові лічильники. Індикатори на ЕЛТ знайшли застосування з наступних причин:

• вони дають інформацію про декількох цілях одночасно, в той час як лічильники та стрілочні індикатори - тільки про одну мети;

• з усіх перерахованих індикаторів тільки електронно-променеві практично безінерційні;

• індикатори на ЕПТ, завдяки великому вхідному опіру, успішно працюють навіть при малій потужності вихідних сигналів приймача;

• по зображенню на екрані ЕПТ можна отримати додаткову інформацію: про кількість цілей, їх класі, взаємне розташуванні.

Екран ЕПТ виробляє післядетекторне інтегрування сигналів: завдяки фосфоресценції (післясвічення) гальмується. Гашення світлової плями і з кожним новим імпульсом пачки яскравість відмітки зростає, при цьому роль порогового пристрою виконують зрення і мозок оператора. Залежно від призначення індикатора після ¬ світіння повинно бути дуже коротким (до 10 мкс), коротким (10 мкс - 0,01 с), середнім (0,01-0,1 с), тривалим (0,1-15 с) і дуже тривалим (більше 15 с).