книги из ГПНТБ / Лихарев В.А. Цифровые методы и устройства в радиолокации

бора периода временной дискретизации обсуждаются

£Пр входная величина должна измениться не более чем на единицу младшего разряда выходного кода. Если это условие не выполняется, то для исключения динамиче­

Погрешность преобразования состоит из двух компо­ нент: погрешности временной дискретизации и погреш­ ности отдельного отсчета. Последняя обусловлена по­ грешностью квантования по уровню и инструментальной погрешностью цреобразования.

Необходимо отметить, что процесс аналого-цифрово­ го преобразования является вероятностным процессом, и поэтому погрешности дискретизации и квантования сле­ дует рассматривать совместно.

Виды обработок радиолокационной информации. Ра­ диолокационные станции (РЛС) обзора и сопровожде­ ния, а также специализированные ЭЦВМ входят в со­ став систем противовоздушной (ПВО) и противоракет­ ной (ПРО) обороны и управления воздушным движе­ нием ( У В Д ) . Круг задач, связанных с автоматической обработкой радиолокационной информации, весьма раз­ нообразен. Мы ограничимся рассмотрением вопросов

1. Первичная обработка. К первичной обработке ра­ диолокационной информации относятся задачи выделе­ ния информации о цели на фоне помех и шумов «в точ­ ке» или элементе разрешения пространства при одно­ кратных наблюдениях каждого элемента Р Л С обзора: обнаружение целей, разрешение, измерение координат разрешенных целей, распознавание классов обнаружен­ ных целей. Принято считать, что за время однократ­ ного наблюдения цели ее перемещением можно пре­ небречь.

Высокая скорость поступления информации, преобра­ зованной в цифровую форму (единицы и десятки мил­ лионов бит в 1 с) и ее большой суммарный объем (до нескольких миллионов бит за обзор заданной зоны про-

10

странства) приводят к необходимости создания специа­ лизированных устройств первичной обработки (УПО) . Характерными особенностями УПО являются: 1) много­ функциональность в смысле решаемых задач (обнаруже­ ние, разрешение, измерение, распознавание), 2) коорди­ натная многоканальность t(no дальности, скорости, угло­ вым координатам и т. д.) и 3) многоканальность по числу наблюдаемых истинных и ложных целей ^отме­ ток), число которых может измеряться сотнями и тыся­ чами.

Как правило, УПО функционально представляет со­ бой единое целое. В его состав входят: быстродействую­ щие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блоки стробирования ( В С ) , оперативные буферные запоминаю­ щие устройства (БЗУ) ;(адресные и ассоциативные), ло­ гические устройства, блоки выдачи координат и призна­ ков целей.

Первичная обработка может производиться:

— в стробах вторичной обработки, при этом сущест­

менно со сканированием антенны), при этом в каждом дальномериом или скоростном канале осуществляется обработка в «движущемся» или «неподвижном окне» со­ ответственно.

В первом случае объем БЗУ определяется суммарной площадью стробов, 'Числом координатных каналов и раз­ рядностью аналого-цифрового преобразователя. Во вто­ ром случае требуемый объем БЗУ зависит от числа ко­ ординатных каналов, разрядности аналого-цифрового преобразователя и логики обработки информации.

Наряду с адресными і (ОЗУ) в настоящее время нахо­ дят применение ассоциативные запоминающие устройст­ ва (АЗУ) с ограниченным числом координатных кана­ лов. При этом объем памяти удается существенно сни­ зить. При создании АЗУ используются элементы памяти с неразрушающим считыванием. Построенные на основе АЗУ устройства первичной обработки представляют со­ бой системы массового обслуживания с ограниченным числом обслуживающих приборов (каналов).

Наряду со ставшими традиционными вопросами неко­ герентной обработки импульсных сигналов на фоне соб­ ственных шумов приемников в современных УПО реша-

11

ются задачи когерентной обработки импульсных, непре­ рывных, квазинепрерывных и сложных сигналов движу­ щихся целей на фоне пассивных и активных помех.

К числу проблем, связанных с созданием УПО, от­ носятся:

— синтез оптимальных и квазиоптимальных алгорит­ мов обработки и анализ их эффективности,

—вопросы структурного синтеза логических устройств

имногоканальных обнаружителей.

ботке относятся задачи выделения траекторной инфор­ мации 'по данным точечных замеров координат «в про­ странстве» или совокупности элементов разрешения: идентификация вновь '.поступающих отметок, обнаруже­ ние траекторий движущихся целей, обнаружение ^манев­ ров целей, обнаружение потери траектории, обнаружение факта перепутывания траекторий пересекающихся трасс, сглаживание и экстраполяция параметров и координат траекторий, селекция отметок в стробах. Все перечислен­ ные задачи решаются алгоритмически в специализиро­ ванных ЭЦВМ . Случайный характер потоков помеховых, шумовых и сигнальных отметок приводит к случайному характеру загрузки памяти БЗУ и процессоров Э Ц В М вторичной обработки. Устройство обработки превращает­

нальных потоков значительная доля из общего баланса машинного времени тратится на 'идентификацию вновь поступающих отметок. Такая идентификация обычно осу­ ществляется методом перебора (сравнения) координат новых отметок с координатами границ стробов сопровож­ даемых целей. Значительного снижения времени иденти­ фикации можно достичь, применив память поиска, реа­ лизуемую на основе АЗУ.

Для снижения затрат машинного времени иуменьшения объема оперативной памяти широко используются рекурсивные алгоритмы сглаживания и экстраполяции.

К числу проблем, связанных со вторичной обработ­ кой, относятся:

— синтез оптимальных алгоритмов обнаружения тра­ екторий, маневров и т. д. и анализ их эффективности,

12

— синтез оптимальных рекурсивных алгоритмов сгла­ живания и экстраполяции, анализ их эффективности 'и возможностей реализации,

'—создание квазиоптимальных алгоритмов с учетом

идентификации и алгоритмов селекции отметок в стро­ бах.

3. Цифровая обработка информаци в Р Л С сопровож­ дения. Как уже отмечалось, .первичная и вторичная об­ работки информации осуществляются в Р Л С обзора и целеуказания.

Причем, разделение РЛС на системы обзора и целе­ указания и системы сопровождения в ряде случаев мо­ жет оказаться весьма условным. В самом деле, любая Р Л С сопровождения вначале по данным целеуказания производит обзор ограниченной области пространства и лишь после захвата цели переходит в режим ее сопро­ вождения. Современные бортовые Р Л С с фазированными антенными решетками и электронным сканированием антенного луча работают при разделении времени обслу­ живания и в режиме обзора, и в режиме сопровождения, при этом сопровождение может вестись по нескольким целям. Поэтому для таких РЛС можно говорить о режи­ мах обзора и сопровождения.

информации значительно ниже. Это связано с тем, что размеры стробов, достаточные для обнаружения, сущест­ венно превышают величины элемента разрешения Р Л С по сопровождаемой координате. И в одном стробе вто­ ричной обработки может находиться несколько отметок. В Р Л С же сопровождения ширина дискриминационной характеристики устанавливается порядка двух элемен­ тов разрешения, с тем чтобы в пределах этой характе­ ристики,, как правило, находилась отметка только одной цели. Если вторичная обработка производится алгорит­ мически в специализированной ЭЦВМ, то обработка ин­ формации в Р Л С сопровождения осуществляется в спе­ циализированных цифровых устройствах. . Последнее обусловлено тем, что хотя сопровождается одна цель, но темп поступления информации весьма' высок, так как

13

требуется высокая точность измерения координат сопро­ вождаемой цели.

Цифровая обработка информации в Р Л С сопровож­ дения осуществляется с помощью следящих измерителей и блоков автозахвата и сброса сопровождения. В свою очередь, следящий измеритель состоит из дискриминато­ ра, сглаживающих цепей и синтезатора. При цифровой обработке информации, поступающей от Р Л С сопро­

— анализ .процессов автозахвата, сброса и срыва со­ провождения,

—анализ флуктуационных и динамических ошибок цифровых следящих измерителей,

—анализ переходных процессов и устойчивости циф­ ровых замкнутых систем.

Цифровые фильтры. Преимущества цифровых устройств обработки по сравнению с аналоговыми, отмеченные вы­ ше, создают .предпосылки для создания широкого класса линейных цифровых фильтров, имеющих заданные ча­ стотные и фазовые характеристики. Такие фильтры вхо­ дят в состав устройств обнаружения, измерения и слеже­ ния, и имеют самостоятельное значение.

Обычно цифровой фильтр содержит: входной анало­ го-цифровой преобразователь, арифметические блоки (сложения, умножения), блоки задержки и иногда циф­ ро-аналоговый (выходной) преобразователь. Переда­ точная функция цифрового фильтра может быть пред­ ставлена в виде последовательного, либо параллельного соединения элементарных звеньев первого и второго по­ рядков. Каждое такое звено содержит блоки сложения, умножения и задержки.

При создании цифровых фильтров возникают следую­ щие проблемы:

— разработка методов синтеза для широкого класса цифровых фильтров і (полосовые, гребенчатые, режекторные и т. п.), имеющих заданные частотные и фазовые характеристики;

14

—анализ устойчивости замкнутых цепей лрй ограни­ ченном числе разрядов аналого-цифрового преобразова­ теля и арифметических блоков;

—поиск структур цифровых фильтров, малочувстви­ тельных к шумам квантования, ошибкам округления и ограниченному числу разрядов при задании весовых ко­ эффициентов.

Формулировка задач обработки информации. Разделе­ ние обработки радиолокационной Информации на пер­ вичную и вторичную, а также выделение цифровых сле­ дящих Измерителей и цифровых фильтров .преимущест­ венно отражает структуры практических устройств. С ма­ тематической точки зрения для всех названных обрабо­ ток, вне зависимости от способов их технической реали­ зации, характерна постановка следующих задач:

1) Проверка статистических гипотез. Например, об­ наружение цели в элементе разрешения, обнаружение

3) Оценка процессов ((нелинейная фильтрация). На­ пример, слежение за дальностью и угловыми координа­

Кроме форм"алыю-математичеекого решения задачи син­ теза структуры того или иного устройства либо алгорит­ ма производится оценка сложности алгоритма и возмож­ ности технической реализации устройства.

При создании цифровых устройств и алгоритмов в рамках указанных задач возможны следующие под­ ходы.

Во-первых, решив задачу синтеза алгоритма для сиг­ налов, представленных в аналоговой форме, можно пе­ рейти к цифровому 'эквиваленту этого алгоритма. Чем больше число разрядов аналого-цифрового преобразова­ теля и арифметических блоков и 'чем меньше интервал временной дискретизации, тем ближе характеристики аналогового алгоритма и его цифрового эквивалента и тем сложнее техническая реализация последнего. Такой подход широко используется при синтезе цифровых фильтров, а также устройств обнаружения цели и из-

15

Г Л А ЙА П Е Р В А Я

П Р И К Л А Д Н ЫЕ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ КОНЕЧНЫХ ЦЕПЕЙ МАРКОВА

1.1.В В Е Д Е Н И Е

Сигнал, принятый РЛС, представляется на выходе квантизатора в виде последовательности величин, прини­

следовательные моменты времени, определл.мые периодом

в момент ti, и несет информацию о наличии цели. При­

можно -определять с достаточной достоверностью законо­ мерности процесса по выборке (1.1) и в соответствии с этим говорить о наличии цели, шума и т. д.

Для математического описания последовательностей дискретных переменных вида !(1.Г) можно использовать, по крайней мере, четыре подхода.

Во-первых, при высокой точности преобразования ис-' пользовать подход, связанный с введением аддитивных шумов квантования. Шумы квантования эквивалентны

с ними непосредственно либо использовать их при раз­ ложении таких распределений в многомерный ряд орто-