Алгоритм работы и структурная схема трехканального лазерного датчика с адаптивным регрессионным трактом обработки сигналов

Регрессионные статистические характеристики сигналов на вы­ходах каналов лазерного неконтактного датчика высоты зависят от дальности Н до отражающей поверхности и от метеорологичес­кой дальности видимости (4.37). Зависимость коэффициента начальной регрессии амплитуд сигналов в оперативных каналах от дальности может быть использована для стабилизации даль­ности срабатывания датчика по поверхности. Для устранения влияния на дальность срабатывания датчика необходимо в соот­ветствии с перестраивать область принятия решения относи­тельно линии регрессии, определяемой коэффициентом начальной регрессии (4.33). Информация о может быть получена по кана­лу III (см. рис.4.9), однако параметрическая перестройка заложен­ного в схему коэффициента регрессии технически трудно реали­зуема.

Поскольку сигнал то каналу /// поступает практически только от метеообразования, то перестройку области принятия решения возможно производить путем коррекции ошибки по величине сигнала в j-м информа­тивном канале, если за коэффициент регрессии принять – коэффициент регрессии при работе по поверхнос­ти в чистой атмосфере.

При регрессионном способе обработки сигналов (П3.5) осуществляется вычисление ошибки регрессионного предсказания

,

где и – амплитуды сигналов в i – ом и k – ом оперативных каналах; – коэффициент начальной регрессии сигнала i –го канала на сигнал k – го канала.

При работе в замутненной атмосфере возникает дополнительная ошибка регрессионного представления , вы­званная изменением ,

, (4.38)

и .

Но из равенства (4.36) следует, что

.

Тогда, используя для ее регрессионное представление, получим:

.

Аналогично формулам (4.34), (4.35) и (4.36) для сигнала j – го информативного канала можно записать

,

тогда ошибку , вызванную изменением , можно скоррек­тировать, если в уравнении (4.38) из ошибки регрессионного пред­ставления вычесть регрессионную оценку ошибки

.

т. е.

. (4.39)

При заданной дальности срабатывания – по­стоянный коэффициент.

Рис. 4.14. Зависимости мощности сигналов от гомогенных метеообразований

В каналах датчи­ка от метеорологической даль­ности видимости:

кривые 1,2 и 3 соответствуют оперативным каналам I и II и информативному каналу III (см. рис.4.9)

Рис. 4.15. Зависимости коэффициентов регрессии сигналов в оперативных каналах (а) и сигнала в оперативном канале на сигнал в информативном канале (б) при работе в гомогенных метеообразованиях от метеорологической дальности видимости

На рис. 4.14 приведены зависимости мощности сигналов по каналам от гомогенных образований с различной метеорологической дельностью видимости. На рис.4.15 приведены коэффициенты регрессии ампли­туд сигналов в функции от . При изменении от до 100м и .

На основании формулы (4.39) скорректированный коэффициент регрессии

. (4.40)

Анализируя коэффициенты регрессии в различных условиях работы, можно сделать вывод о возможности стабили­зации дальности срабатывания по поверхности лазерного датчика с адаптивным регрессионным трактом принятия решения. В реаль­ных системах оценки амплитуд сигналов по каналам , например по методу максимального правдоподобия, могут быть получены на выходах оптимальных линейных фильтров, согласо­ванных с отраженными сигналами.

Тогда на основании формулы (4.39) алгоритм работы трехка­нальной регрессионной адаптивной системы при обработке одного отраженного импульса будет иметь вид

, (4.41)

где – порог срабатывания порогового устройства.

Или, обозначив , из выражения (4.41),

получим

. (4.42)

На основании (П.3.5) алгоритм (4.42) можно представить в виде системы неравенств;

; (4.43)

. (4.44)

При этом срабатывание лазерного датчика должно происходить при совместном выполнении неравенств (4.43) и (4.44).

Как следует из выражений (4.39), (4.40) и (4.41), оценка амп­литуды сигнала по каналу III несет информацию о метеорологи­ческой дальности видимости , в соответствии с которой в нера­венствах (4.42), (4.43) и (4.44) осуществляется перестройка обла­сти принятия решения для каждого принимаемого импульса путем коррекции ошибки регрессионного представления на основании выражения (4.39), что эквивалентно коррекции коэффи­циента регрессии (4.40) в регрессионном алгоритме.

Функциональная схема трехканальной адаптивной регрессион­ной системы приведена на рис.4.16. Система состоит из излучателя 9, генератора импульсов 10, формирователя строба 11, трех приемников 1.1–1.3, трех линейных фильтров 2.1–2.3, согласованных с принимаемыми отраженными лазерными импульсами, трех пиковых детекторов 3.1–3.3, двух весовых сумматоров сигналов 4.1, 4.2, двух пороговых устройств 5.1, 5.2, схемы совпадения 6, счетчика 7 и исполнитель­ного каскада 8. В системе осуществляется накопление решений по N импульсам.

Рис. 4.16. Функциональная схема трехканального адаптивного регрессионного датчика дистанции

Пиковые детекторы на выходах фильтров применены для обеспечения совпадения во времени импульсов по трем каналам.

Как показывают теоретические и экспериментальные исследова­ния, диаграммы направленности приемопередающего тракта сле­дует выбирать так, чтобы на требуемой дальности коэффициент регрессии в чистой атмосфере .

Для вычисления неравенств (4.43) и (4.44) весовое суммирова­ние осуществлено на входах операционных усилителей при помо­щи делителей на прецизионных резисторах R1–R6, что обеспечивает высокую стабильность весовых множителей.