книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Логические схемы устройства первичной обработки радиолокационной информации учебное пособие

—входное пороговое устройство;

—нормирующее устройство;

—запоминающее устройство в виде системы линий задер­

жек*;

—устройство логической обработки типа «& из /гг». Сигналы с выхода приемника поступают на входное порого­

вое устройство, представляющее собой амплитудный ограничи­ тель «снизу». Введение порогового устройства обусловлено тем, что шумовое напряжение на выходе приемника действует прак­ тически непрерывно в течение в с е г о периода каждой времен-

Нортруктег tjCfilpQUCffi'

Рис. 1.5

ной развертки (рис. 1.4). Благодаря же ограничению в значи­ тельной степени снижается энергия шумов, воздействующих на логическое устройство. Вместе с тем ограничение «снизу» при­

устройства для селекции сигнальных импульсов привело бы ли­ бо к малой вероятности обнаружения полезных сигналов (при высоком пороге), либо к высокой вероятности образования ложных сигналов, вызванных шумами (при низком пороге).

По причине, которая будет пояснена ниже (см. п. 5), сигналь­ ные и шумовые импульсы, превышающие порог ограничения, обычно н о р м и р у ю т с я по амплитуде и длительности. Для этой цели используется нормирующее устройство (например, в виде ждущего мультивибратора с катодной связью). В резуль­ тате нормирования образуется последовательность импульсов почти прямоугольной формы определенной амплитуды (£/„) и длительности (Д); эти импульсы возникают каждый раз в мо­ мент п е р в о г о пересечения сигнальным или шумовым импуль­

сом порога ограничения (как это показано на рис. 1.4 пункти­ ром).

Нормированные по амплитуде и длительности импульсы по­

магнитного барабана, ферритовых колец и др.

11

сов. Для этого используется т — 1 линий задержки (ЛЗ), при­ чем на 1-й вход логической схемы импульсы поступают без за­ держки (7з, = 0), на 2-й вход — с задержкой 7з2 =■-=7П, на 3-й вход — с задержкой Т33 = 2 Т„ и т. д.; на последний вход импульсы поступают с задержкой T3m— (т.— 1) 7'п . Таким об­ разом, 1-я линия задержки «запоминает» всю информацию, по­ ступающую из приемника (должным образом пронормирован­ ную) за один период 7'п посылок импульсов. Информация, по­ лученная 1-й линией, с запаздыванием Тп передается во 2-ю ли­ нию, в то время как в 1-ю линию поступает свежая информа­ ция из приемника. Информация, полученная 2-й линией, пере­ дается с запаздыванием Тп в 3-ю линию задержки и т. д. Всего во всех m — 1 линиях задержки содержится информация, по­ ступающая из приемника за m — 1 периодов Тп.

Логическая схема типа «k из т» сконструирована таким об­ разом, что она вырабатывает нормированный выходной импульс Т/вых каждый раз, если не менее k из m ее входов одновременно подвержено воздействию напряжения U„. (В частном случае k = тп логическая схема представляет собой каскад совпадений импульсов) *. Выходной импульс UBMX служит сигналом пред­

образования ситуации шумовых импульсов (точнее, нормирован­ ных импульсов и„, обусловленных превышением шумовым на­ пряжением входного порога), приводящей к срабатыванию ло­ гической схемы. Подобная ситуация при k = 4 и m > 5 приве­ дена на рис. 1.4 (диаграммы б, в, г, д, е ). При k > 4 срабатыва­ ние логической схемы в ситуации, приведенной на рис. 1.4, мо­ жет быть вызвано только с и г н а л ь н ы м и импульсами, а при k — m > 6 срабатывания логической схемы вообще не произой­ дет (оно произошло бы, например, при k — 6 и /н >- 6). Таким образом, срабатывание логической схемы свидетельствует о том,

и ш) , что вероятность образования требуемой для срабатывания логической схемы расстановки нормированных импульсов в се­ рии окажется достаточно высокой в случае, если эти импульсы возникли в результате превышения с и г н а л ь н ы м и импулш самн входного порога; появление же такой серии нормирован­ ных импульсов, образованных ш у м о в ы м и импульсами, будет сравнительно редким событием. Другими словами, отношение числа ложных сигналов на выходе логической схемы к числу

* Принцип построения логических схем типа «/г из m» описывается в гл. II.

12

шумовых выбросов, превышающих входной порог, будет пред­ ставлять собой весьма малую сравнительно с 1Jm величину; для полезных же сигналов это отношение может иметь величину, соизмеримую с 1/т (если мощность сигнала хотя бы в 2 раза превышает мощность шумов).

4. Повышение вероятности обнаружения полезного сигнал достигается смягчением логики обнаружения — повышением ве­ личины т и-понижением величины /г. Смягчение логики, однако, приводит также к увеличению числа фиксируемых ложных сиг­

чрезмерно большое число фиксируемых ложных сигналов. Да­ же если нормальная работа устройств первичной и вторичной обработки информации не нарушается, большое число ложных сигналов нежелательно из-за чрезмерного увеличения необхо­ димого объема памяти цифровой машины устройства вторичной обработки. Поэтому допустимый уровень ложных сигналов на выходе селектирующего устройства обычно задается (например, 100 л. с. в 1 сек), и ставится задача нахождения такой логики обнаружения (типа «k из т»), при которой в заданных условиях получается наибольшая вероятность обнаружения полезного сигнала при заданном уровне ложных сигналов.

Чем больше импульсов, облучающих цель, содержит РЛ па­ кет, тем предпочтительнее более «длинная» логика обработки (большие значения т ). При прямоугольной форме огибающей

хождении через входное пороговое устройство). По этой причи­ не целесообразно устанавливать k <С т, особенно если возмож­ ны быстрые флюктуации отражающей поверхности цели (когда за время одного облучения происходит резкое изменение коэф­ фициента отражения — на 10 н-30 дб). Однако при k <) 0,5 т обычно довольно быстро возрастает уровень ложных сигналов.

С увеличением числа т входов логической схемы существен­ но усложняется ее устройство и снижается надежность работы. Исходя из этого, в ряде случаев применяются «короткие» логи­ ки 5), причем часто устанавливается k — т — 1. При «ко­ ротких» логиках (т < 4) иногда целесообразно применять

* Вторичная обработка информации основана на анализе возможности образования траектории, проходящей через точки, фиксируемые обнаружен­ ными сигналами за несколько последовательных периодов обзора цели, с уче­ том скорости и направления движения цели.

13

входной порог, через интервалы, кратные периоду Тп посылок зондирующих радиоимпульсов. Следовательно, _здесь исполь­ зуются в основном две характеристики импульсов, появляющих­ ся на выходе приемника: величина импульсов и их временное положение.

Величина импульсов обусловливает одно из двух событий: превышает или не превышает импульс входной порог (уровень квантования). Величина превышения порога в принципе не су­ щественна для работы логической схемы, реагирующей лишь на ч и с л о сигналов, одновременно действующих на ее входы. По­ этому и производится нормирование по а м п л и т у д е всех им­ пульсов, превышающих входной порог. Что же касается норми­ рования импульсов по д л и т е л ь н о с т и , то в принципе такая операция не обязательна. Применяя специальные нормирующие устройства, можно сохранить информацию о длительности им­ пульсов на уровне порога ограничения, как это показано на

рис. 1.6,6. Поскольку средняя (на определенном уровне) дли­ тельность выбросов полезного' сигнала, смешанного с шумами, несколько (незначительно) превышает среднюю длительность выбросов чистого шума, сохранение информации о длительно­ сти импульсов в принципе должно дать некоторый эффект в от­

ношении уменьшения числа ложных сигналов на выходе логиче­ ской схемы.

14

При отсутствии нормирования импульсов по длительности должны предъявляться некоторые дополнительные требования к ширине полосы пропускания запоминающего устройства (ли­ ний задержки), входящего в селектирующее устройство (рис. 1.5): ширина полосы пропускания должна выбираться из условия прохождения наиболее коротких импульсов. Более су­ щественным, однако, является другое обстоятельство.

Из-за действия шумов происходит не только изменение ам­ плитуды сигнальных импульсов на выходе приемника, но и за­ метное изменение их временного положения (рис, 1.4).

Согласно теоретическим исследованиям флюктуации времен­ ного положения фронта сигнального импульса на выходе прием­ ника (на уровне, где крутизна фронта максимальна) подчиня­ ются нормальному закону с дисперсией а |л [6], причем

(1.4)

*а 9[2(Л/1]упч

где аэ2 — отношение мощностей сигнал/шу,м; [2(Д/)]упч — ширина полосы пропускания УПЧ (на уров­

не 0,7) *.

Из-за влияния шумов выбросы напряжения, обусловленные прохождением через приемник отраженных от цели радиоимпуль­ сов, располагаются не точно во временном интервале (tlV г%+4),

асдвигаются случайным образом влево или вправо. С этим

Флюктуации временного положения сигнальных импульсов приводят к уменьшению длительности зацепления сигнальных импульсов, т. е. к уменьшению длительности -одновременного воздействия этих импульсов на вход логической схемы (рис. 1.5). Более того, отдельные выбросы напряжения вовсе перестают зацепляться (рис. 1.4,6, и).

* Согласно экспериментальным исследованиям М. П. А т р а ж е в а при a 3S 1.5 и Из = (2-4-2,5)<зш величина Ьй= 1,25.

15

Уменьшению длительности зацепления сигнальных импуль­ сов способствуют в некоторой степени также следующие фак­ торы:

—нестабильность частоты повторения зондирующих им­ пульсов;

—изменение дальности цели за время облучения;

—инерционность срабатывания входного порогового (норми­ рующего) устройства, обусловленная его паразитной постоянной

•времени и переменной крутизной фронта (из-за влияния шумов) импульсов напряжения, воздействующих на пороговое устрой­ ство;

— неизбежный на практике разброс в задержках, произво­ димых различными линиями задержки запоминающего устрой­ ства; *

— ограниченность ширины полосы пропускания линий за­ держки, создаваемое ими затухание и собственные шумы линий задержки, если их интенсивность соизмерима с мощностью по­ лезных сигналов.

Основное значение имеют два последних фактора, однако при правильной конструкции запоминающих устройств их влия­ ние на длительность зацепления значительно уступает влиянию шумов.

Для надежного срабатывания логического устройства нуж­ но, чтобы длительность одновременного воздействия напряже­ ний на входы логического устройства (измеренная на уровне порога его срабатывания) превосходила некоторое значение, определяемое постоянными времени входных цепей устройства.

Ввиду перечисленных выше обстоятельств целесообразно производить нормирование всех выбросов напряжения на вы­ ходе приемника, превышающих входной порог, не только по ам­

плитуде, но и по длительности, что в дальнейшем предпола­ гается.

6. Проиллюстрируем влияние перечисленных в п. 5 факторо на зацепление сигнальных импульсов, воздействующих на вход логической схемы. При этом рассмотрим неблагоприятный для

Пусть — длительность радиоимпульса, отраженного целью, поступающего на вход приемника в некоторый момент времени (рис. 1.7,а), который мы примем за начальный (t = 0). В даль­ нейшем все интересующие нас промежутки времени будем от­ считывать от этого момента времени, но без учета запаздыва­ ния, кратного Т„, обязанного прохождению импульсов через ли­ нии задержки запоминающего устройства.

16

Из-за влияния шумов приемника 1-й сигнальный импульс напряжения и\ достигает порогового значения и\ = V0 в неко­ торый момент времени ^фЛ^>0(рис. 1.7,6). Вследствие инерцион­ ности входного (нормирующего) устройства нормированный импульс напряжения и1нпоявляется с некоторым запаздыванием

^зн (рис. 1.7,в). Заметим, что все запаздывания и длительности импульсов измеряются на уровне, составляющем 50% от ам­ плитуды соответствующих импульсов.

При прохождении нормированного импульса через 1-ю ли­ нию задержки (ЛЗ,) происходит сильное затухание нормиро­ ванного импульса, и на выходе ЛЗ] образуется импульс, пока­

занный на рис. 1.7,а пунктиром. После надлежащего усиления этого импульса (на выходе каждой ЛЗ устанавливается уси­ литель .для компенсации затухания, вносимого линиями за­ держки) получается импульс ии, запаздывающий относительно импульса и1н на некоторое время tп, определяемое шириной пб-; лосы пропускания линии задержки и усилительного каскада и длительностью фронта нормированного импульса м1н'

После прохождения импульса иц через Л 32, Л 33 и т. д. на выходе последней ( т —1)-ой линии задержки образуется (после надлежащего усиления) импульс напряжения щ, m_i (рис. 1.7,д ), форма которого приближается к колокольной; этот импульс за­ паздывает на время ^фл + /ЗНЧ- h ,m -1 , а его длительность близка

Вследствие этого сдвига длительность зацепления импульсов (измеренная на 50-процентном уровне) т3 = г1н — ^сдв может ока­ заться весьма малой, недостаточной для срабатывания логиче­ ской схемы, если только длительность недостаточно велика.

Основную роль в выражении (1.5) играет случайная величи­ на разности (*фл — ^фл). каждый член которой независим и рас­

пределен по нормальному закону с нулевым средним и дисперсией <ЗфЛ. выражаемой формулой (1.4). Поэтому дисперсия

D [/фЛ— ^фл] = 2з|л достаточно велика *.

Следующим по важности членом в выражении (1.5) являет­ ся запаздывание Р ,т-х, обязанное прохождению импульсов че­ рез линии,задержки и последующему усилению их. В принципе это запаздывание может быть в значительной степени скомпен­ сировано надлежащим уменьшением длительностей задержек, осуществляемых линиями. Однако даже при тщательной подгон­ ке длительностей задержек линий практически не удается добить­ ся полной компенсации запаздывания Р ,т~х. Поэтому величина tx,m-x также случайная (или, по крайней мере, содержит слу­ чайную составляющую), так как число линий задержки, через

* Здесь имеется в виду дисперсия разности двух случайных величин, от­ носящихся к двум з а д а н н ы м каналам логической схемы. При числе ка­ налов логической схемы т > 2 приходится рассматривать многомерную си­

стему случайных разностей, каждая из которых относится к двум из т ка­ налов.

18

которые проходят каждый из пары сигнальных импульсов (участвующих в срабатывании логической схемы и максимально раздвинутых во времени), является случайной величиной, изме­ няющейся, правда, в ограниченных пределах. Наибольшая ве­ личина

т —1

{t\, т—1 )шах = =

i=l

где t u — нескомпенсированная часть запаздывания, получаю­ щаяся при прохождении 1-го импульса через г-ю линию задерж­ ки и усилительный каскад.

Наименьшую роль в выражении (1.5) играет разность t3„ —

—t m, обусловленная инерционностью срабатывания входного порогового (нормирующего) устройства. При воздействии на это устройство регулярных импульсов неизменной формы и ам­ плитуды, длительности t3K и t'3„ были бы равны и неизменны. При воздействии же сигнальных импульсов, смешанных с шу­ мами, величины t.з„ и t'3Rследует считать случайными, но с оди­ наковым средним значением и сравнительно небольшой диспер­

связывать эту величину с шириной полосы пропускания УПЧ. Согласно экспериментальным данным

дит к следующей величине минимально допустимой длительно­

[2 ( д/ ) ] упч

19