1. Призначення і принцип побудови системи цифрової обробки радіолокаційної інформації

В АСУ військ авіації цифрова обробка радіолокаційної інформації (РЛІ) виконується для отримання своєчасної та достатньо достовірної інформації про параметри траєкторій рухомих повітряних об'єктів. Система цифрової обробки РЛІ, яка є елементом системи збору та обробки РЛІ, входить до складу АСУ авіації як одна з головних частин. На основі інформації, одержаної системою, активні засоби організовують і ведуть бойові дії. Структуру системи збору та обробки інформації можна зобразити схемою (рис. 1.1).

Вимірювальна частина РЛС забезпечує отримання сигналів, що містять корисну інформацію про цілі. У системі цифрової обробки отримані сигнали зазнають перетворення й обробку для виділення корисної інформації, яка за допомогою систем передачі доводиться до споживачів. Управління функціонуванням системи здійснюється за допомогою засобів управління, у складі яких може бути ЦЕОМ, що реалізує алгоритми управління.

Носієм корисної інформації є прийнятий приймачем РЛС сигнал, що відбивається від поверхні цілі. Ціль - це об'єкт, який рухається у просторі і може відбивати електромагнітні хвилі. Прийнятий сигнал є випадковим процесом внаслідок впливу на відбитий сигнал флуктуацій ефективної відбиваючої поверхні цілі, неоднорідності середовища, в якому поширюється сигнал, і впливу різного виду природних та штучних завад. Аналіз прийнятого сигналу для виділення з нього корисної інформації здійснюється за допомогою статистичних методів, які вимагають виконання великого числа логічних та обчислювальних операцій у реальному масштабі часу. Через обмежені можливості людини для обробки використовуються технічні засоби, у тому числі й цифрові. При обробці в цифрових пристроях прийнятий сигнал перетворюється у цифрову форму. У наш час для цифрової обробки РЛІ широко застосовують швидкодіючі ЦОМ.

Сучасні ЕОМ мають обмежені можливості за швидкодією та обсягом пам'яті, що не дозволяє обробляти інформацію про всі цілі з однаковою якістю. Внаслідок цього система обробки будується двоканальною, у складі якої є канал виявлення та канал супроводження, як це показано на рис. 1.2.

До каналу виявлення з приймального пристрою РЛС надходять прийняті сигнали, які спочатку зазнають перетворення у цифрову форму, а потім за ними розв'язується задача виявлення цілей й отримання даних про параметри їх руху з невисокою точністю. Із багатьох виявлених цілей вибираються найбільш важливі, за якими видаються цілевказівки до каналу супроводження, де про параметри їх траєкторій отримується точна інформація. Вхід каналу супроводження стробується, щоб забезпечити обробку інформації тільки про виділені цілі. Принцип двоканальної структури цифрової обробки РЛІ дозволяє розв'язувати задачі обробки при обмежених можливостях ЕОМ.

2. Дискретні сигнали

2.1. Основні типи сигналів

Під сигналом розуміють фізичний процес (наприклад, напругу, яка змінюється за часом), що відображує деяку інформацію або повідомлення. Математичний сигнал описується функцією означеного типу.

Одномірні сигнали описуються дійсною або комплексною функцією що визначається на інтервалі дійсної осі (як правило, осі часу) .

Аналогові сигнали (АС) описуються неперервною (або кусково-неперервною) функцією до того ж сама функція й аргумент можуть приймати будь-які значення в деяких інтервалах .

Наприклад, графічне зображення АС виду де - дійсне, а величина , показане на рис.2.1, а.

Аналогові сигнали використовуються, наприклад, у телефонії, радіомовленні, телебаченні і т.п.

Дискретні сигнали (ДС) описуються решітчастими функціями-послідовностями де – інтервал дискретизації, ціле, 0, 1, 2, ... . Сама функція може у дискретні моменти часу набувати довільних значень у деякому інтервалі. Ці значення функції називаються вибірками, або відліками функції. Іншим позначенням решітчастої функції є , або .

На рис. 2.1. б показане графічне зображення ДС де - дійсне, = 0, 1, 2, ... . Прикладом застосування дискретних сигналів є системи з імпульсними видами модуляцій (АІМ, ЧІМ, ШІМ).

Послідовність може бути й закінченою, якщо складається з визначеного кінцевого числа відліків, наприклад, із трьох відліків: . Закінчену послідовність можна записати у вигляді: .

Цифрові сигнали (ЦС) являють собою квантовані за рівнем дискретні сигнали й описуються квантованими решітчастими функціями , що набувають у дискретні моменти лише закінчення ряду дискретних значень - рівнів квантування

Число рівнів квантування N і найменше число розрядів m двозначних чисел, що кодують ці рівні, пов'язані співвідношенням . Якщо функція, яка кодується, може набувати як позитивних, так і негативних значень, то знак функції кодується, як правило, за допомогою спеціального знакового розряду. Сигнали з КІМ являють собою приклад цифрових сигналів. Принцип формування цифрового сигналу показаний на рис. 2.1,в. При формуванні цифрового сигналу з дискретного можливі три варіанти:

- коли квантованому за рівнем сигналу кожний раз відповідає двійковий код, що належить найближчому нижньому рівню;

- коли квантованому за рівнем сигналу кожний раз відповідає двійковий код, що належить найближчому верхньому рівню;

- коли квантованому за рівнем сигналу кожний раз відповідає двійковий код, що належить найближчому рівню.

Причому точність формування цифрового сигналу не залежить від варіанта, а залежить лише від кроку квантування.

Припустимо, що m=5, тоді N=2⁵=32. Потрібно сформувати цифровий сигнал для сигналу, зображеного на рис. 2.1, в, і відповідного рівням 12, 23, 31. Кожному розряду п'ятизначного коду відповідають свої умовні одиниці. Так, першому розряду відповідає одна умовна одиниця, другому - дві умовні одиниці, третьому - чотири, четвертому - вісім, п'ятому - шістнадцять і т.п.

Тоді 12-й рівень у двійковому коді матиме вигляд “01100”, оскільки сума умовних одиниць 3-го і 4-го розрядів дорівнює 12; 23-й рівень – “10111”, при цьому сума умовних одиниць 1, 2, 3 і 5-го розрядів дорівнює 23; 31 рівень – “11111”.

2.2. Приклади запису дискретних сигналів

Розглянемо деякі послідовності, що широко використовуються у теорії цифрової обробки сигналів.

2.2.1. Зсув послідовності уздовж осі

Послідовність утворюється при зсуві послідовності на відліків праворуч (при ) або ліворуч (при ).

Приклад 1. На рис. 2.2,а зображена послідовність , тобто , , а на рис.2.2,б,в показані відповідно послідовності та .

2.2.2. Дискретна дельта-функція

Дискретна дельта-функція (одинокий імпульс) визначається співвідношенням

.

Графічне зображення δ-функції показано на рис.2.3.

2.2.3. Аналітичний запис послідовностей

Із визначення дискретної - функції виходить, що будь-яка послідовність може бути записана у вигляді

, (2.1)

оскільки всі члени суми при дорівнюють нулю.

Приклад 2. Послідовність, що зображена на рис. 2.2. а, може бути записана у вигляді

.

2.2.4. Одиночна послідовність

Одиночна послідовність визначається співвідношенням

.

На рис. 2.4 зображена послідовність . Зазначимо, що одиночний імпульс пов'язаний з одиночною послідовністю співвідношеннями:

									1
- 5		-4		-3		-2		-1		0		1		2		3		4		5		nT

Рис. 2.4