8.2.Связь фн с выходом согласованного фильтра и коррелятора.

Рассмотрим в качестве иллюстративного примера ФН некоего сигнала, представленную на рисунке 8.1.

Рис. 8.1.

Простой одноканальный коррелятор вычисляет ФН в точке с конкретными координатами и которые определяются соответствующими параметрами опорного сигнала . Если коррелятор содержит блок вычисления комплексного ДПФ или БПФ, то согласованный приемник становится многоканальным по доплеровской частоте и, следовательно, вычисляет сечение ФН по доплеровскому сдвигу частоты при фиксированном значении задержки .

Согласованный фильтр обеспечивает параллельный обзор пространства по задержке (дальности), поэтому его выходной сигнал соответствует сечению ФН по задержке при фиксированном значении .

Комбинированная схема корреляционного приемника обеспечивает вычисление части ФН в определенном диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты.

8.3. Свойства фн

ФН в нулевом сечении по доплеровской частоте есть автокорреляционная функция (АКФ) сигнала: .

ФН в нулевом сечении по задержке есть спектральная плотность мощности сигнала или преобразование Фурье от квадрата модуля сигнала .

1. Максимальное значение ФН находится в начале координат

Это следует из теоремы Парсеваля. Для нормированной ФН

2. Инвариантность объема.

Важное свойство для синтеза сигналов. Если ограничить рабочую зону, то можно поставить задачу «выдавливания» БЛ высокого уровня за ее пределы. Критерием в этом случае является минимизация части объема тела неопределенности в рабочей зоне задержек и доплеровских частот.

3. ФН симметрична относительно начала координат.

4. Преобразование временного и частотного масштабов.

Если сигнал u(t)=y(at), то

Если спектр сигнала U(f)=Y(af), то

5. Временной и частотный сдвиги влияют только на фазовые сомножители.

Если сигнал то

6. Сумма сигналов приводит к суммированию их ФН.

Очень важное свойство, позволяющее синтезировать дополнительные или комплементарные коды.

7. Произведение сигналов.

Если u(t)=y(t)s(t), то

Если U(f)=Y(f)S(f), то

8.4. Взаимная фн (вфн).

СвойстваФН не всегда выполняются дляВФН в полном объеме. В частности, ВФН: не обязательно симметрична, не обязательно максимум в начале координат, но есть постоянство объема.

Важное для синтеза и анализа свойство трансформации: ВФН двух сигналов есть двумерное преобразование Фурье от сопряженного произведения ФН этих сигналов. Оно позволяет найти ВФН сигналов по ФН отдельных сигналов, образующих пару.

Аппарат ВФН применяется при квазинепрерывном режиме работы, когда часть сигнала пропадает за счет коммутации приемника во время работы передатчика. При этом для каждого канала дальности искажения принимаемого сигнала за счет коммутации «прием – передача» будут различны, но, что принципиально важно, предсказуемы, их можно, как минимум, учесть при обработке, а, как максимум, учесть и использовать при синтезе сигнала.

Второй, более сложный случай применения ВФН связан с подавлением слабых сигналов в приемнике с ограниченным динамическим диапазоном при их перекрытии во времени с более сильными. Подавление слабых сигналов сильными при жестком ограничении в приемнике может достигать 12 дБ.Пример подобного искажения слабого сигнала за счет подавления сильным приведен схематично на рисунке 8.2. Как следует из рисунка, часть слабого сигнала, перекрывающаяся во времени с сильным сигналом, достигающим уровня ограничения в усилительных блоках приемника РЛС (пунктирные линии), подавляется последним, что ведет к ослаблению в несколько раз части слабого сигнала. Поскольку перекрытие отраженных сигналов, имеющих различные и априори неизвестные задержки, носит случайный характер, учесть этот тип искажений в приемнике не представляется возможным. В результате расчетнаяФН исходного сигнала отличается от реально получаемой формы, что приводит к росту уровня БЛ и, как следствие, к ухудшению помехоустойчивости и точности измерения информативных параметров. Кроме этого, имеют место энергетические потери и ухудшение отношения сигнал/шум для слабого сигнала. Именно поэтому актуальным является поиск зондирующих сигналов, сохраняющих свои корреляционные свойства при их произвольном усечении. Примером могут служить троичные последовательности Баркера.

9. СЛОЖНОМОДУЛИРОВАННЫЕ ЗОНДИРУЮЩИЕ СИГНАЛЫ.

   1. Одиночный импульс.

2. Бесконечная периодическая импульсная последовательность.

3. Регулярные импульсные последовательности конечной длины.

4. Нерегулярные импульсные последовательности.

5. Коды Баркера.

6. Псевдослучайные импульсные последовательности максимальной длины.

7. Многофазные и троичные коды Баркера.

8. Функции Уолша.

9. Дискретно-частотная модуляция. Массивы Костаса.

10. Многополосные сигналы.

9. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КОГЕРЕНТНОЙ РЛС СО СЛОЖНОМОДУЛИРОВАННЫМКВАЗИНЕПРЕРЫВНЫМ ЗОНДИРУЮЩИМ СИГНАЛОМ.

Функциональная схема РЛС со сложным фазоманипулированным сигналом изображена на рис. 10.1.

Рис. 10.1.

Назначение блоков:

Кварцевый генератор используется как задающий высокостабильный генератор для генерации промежуточной частоты , обычно МГц.

Амплитудно-фазовый манипулятор обеспечивает формирование зондирующего сигнала в соответствии с сигналами формирователя управляющих сигналов. Отдельно формируется сигнал управления фазой, отдельно – амплитудой. Оба управляющих сигнала являются бинарными.

Формирователь управляющих сигналов осуществляет согласование во времени работы всех блоков РЛС. Амплитудно-фазовый манипулятор и формирователь управляющих сигналов представляют собой формирователь сложного зондирующего сигнала. Пример сигналов формирователя при генерации сигнала НИП7+М-ПСП приведены на рис.10.2. Знаком «+» обозначена относительная фаза сигнала 0, «-» – фаза сигнала π.

СВЧ гетеродин генерирует опорную частоту , , где – несущая (излучаемая) частота станции.

В смесителе передающего тракта зондирующий сигнал переносится с промежуточной частоты на несущую .

Усилитель мощности усиливает зондирующий сигнал перед излучением его в пространство.

Ключ передатчика открывается только в моменты излучения, во время работы станции на прием ключ закрыт для подавления собственных шумов усилителя мощности.

Циркулятор и антенна обеспечивают излучение и прием сигнала в пространство. Специальная конструкция циркулятора (так называемый Y-циркулятор) обеспечивает дополнительное подавление просачивания сигнала передатчика в приемник.

Ключ приемника обеспечивает защиту приемного тракта РЛС во время излучения сигнала.

Расчет необходимой развязки приемника и передатчика (подавления сигнала передатчика в режиме излучения и в режиме приема) определяется двумя параметрами: мощностью передатчика и чувствительностью приемника.

Рис.10.2.

Высокочувствительный малошумящий усилитель (МШУ) усиливает принятый высокочастотный сигнал.

В смесителе приемного тракта принятый сигнал переносится с несущей частоты на промежуточную .

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) дополнительно усиливает принятый сигнал перед детектированием. В УПЧ, как правило, имеется вход управления усилением, который может использоваться как эквивалентный ключ для дополнительной развязки режимов «прием – передача».

Фазовый детектор производит детектирование принятого сигнала, на его выходе сигнал представлен в виде квадратурных синусной и косинусной компонент. Это позволяет рассматривать принимаемый сигнал как комплексный.

Видеоусилители (ВУ) усиливают синусный и косинусный сигналы с выхода фазового детектора.

Двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует принятый сигнал в цифровую форму. Выбор разрядности АЦП является компромиссной задачей: с точки зрения линейности обработки в максимально возможном динамическом диапазоне следует стремиться к большему числу разрядов АЦП, но это приводит к увеличению весогабаритных и стоимостных параметров аппаратуры цифровой обработки.В соответствии с теоремой Котельникова на каждый элементарный квант сигнала должно приходиться не менее двух отсчетов, однако при квадратурной обработке можно обойтись одним комплексным отсчетом, т.к. каждый отчет в этом случае является «двойным», поскольку содержит значение синусной и косинусной составляющей.

Устройство обработки и отображения радиолокационной информации осуществляет корреляционную обработку сигнала, траекторную обработку, обеспечивает передачу информации конечному потребителю и, при необходимости, привязывает радиолокационное изображение к электронной карте.

Прием и передача осуществляются на одну антенну, поэтому ключи передатчика и приемника работают инверсно, в противофазе: когда передается сигнал – прием не возможен, и наоборот. Скважность сигнала при таком построении РЛС не может быть меньше двойки. Так как прием ведется только в промежутках между передачей сигнала, возможно искажение принятого сигнала из-за коммутации прием/передача.

Приемник построен по супергетеродинной схеме. Формирование сложного сигнала осуществляться на промежуточной частоте.

Применение сложного сигнала позволяет получить малую пиковую мощность излучения по сравнению с импульсной станцией того же энергопотенциала, и, как следствие, это приводит к технологическим преимуществам, а именно, появляется возможность использование полупроводникового усилителя мощности с высоким КПД, большим сроком службы и низкими напряжениями питания.

Сравнительно просто обеспечить когерентный прием и обработку сигнала большой длительности, так как нет необходимости в качестве формирователей сигнала большой мощности использовать автогенераторные приборы (например магнетроны).

Независимость энергопотенциала станции со сжатием импульса от длительности элементарного импульса позволяет иметь одно и тоже разрешение по дальности на любых шкалах дальности.

Станция имеет повышенную скрытность и более устойчива к некоторым типам активных помех.

Недостатками станции со сложномодулированным сигналом являются существенно большая сложность построения устройства обработки. Иногда, при определенных ограничениях на структуру и параметры сложномодулированногоквазинепрерывного сигнала, бывает сложнее обеспечить помехоустойчивость к пассивным помехам по сравнению с импульсной когерентной станцией имеющей то же разрешение по дальности.

Эти недостатки в настоящее время не являются решающими, так нивелировались развитием технологий производства полупроводниковых усилительных приборов и цифровой обработки сигнала.

Устройство обработки сигнала

Устройство обработки сигнала