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

Говоря об отношении сигнал/шум, следует различать зна­ чения: -

где ош — эффективное шумовое напряжение, a Uт— ампли­ туда импульса (без учета влияния шумов) на выходе УПЧ,

Рис. 1.17

Величина отношения сигнал/шум на заданной СП (ат = атп или аэ = аэ„) находится из задания отношения сигнал/шум (ато или яэ0) на СП с номером п ■= 0, соответствующей цент­ ральному импульсу полного РЛ пакета, по формуле

При теоретических расчетах огибающая полного РЛ пакета часто аппроксимируется функцией вида sin2x/x2 (см. пунктир­ ную кривую на рис. 1.18). Для этого случая

^ п — 0, + 1 , ± 2 , . . .•,1 ± п г = ± —

2

Рис. 1.18

Для иллюстрации на рис. 1.18 изображены графики зависи­

ниях параметра р ш' Для РЛ пакета с числом импульсов А10 =- 19

и с огибающей вида sin2x/x2.

Приведенные в табл. 1.1 значения рс (п) использовались при построении всех характеристик данной главы.

§5. ЛОГИКИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

1.В результате нормирования импульсных сигналов, посту­ пающих из приемника, вся подлежащая обработке РЛ инфор­

мация представляется в виде некоторой последовательности нор­ мированных импульсов. Благодаря применению запоминающего устройства (рис. 1.5) выделяется та часть нормированной инфор­ мации, которая относится к каждому отдельному кольцу даль­ ности. Путем обработки этой информации надлежит раньше всего о б н а р у ж и т ь полезный сигнал, т. е. выделить тот па­ кет нормированных импульсов, составляющих обнаруженный пакет импульсов, появление которых вызвано отраженными от цели радиоимпульсами, составляющими полный РЛ пакет им­ пульсов; затем следует найти середину обнаруженного пакета импульсов (для измерения азимута цели).

Однако обрабатываемая нормированная информация более или менее существенно отличается от исходной (истинной) ин­ формации в виде полного РЛ пакета импульсов, й достоверно

52

неизвестно, чем вызвано появление того или иного нормирован­ ного импульса, — действием ли сигнального импульса или шу­ мового импульса. С другой стороны, отсутствие нормированного импульса на АП не обязательно связано с отсутствием соответ­ ствующего сигнального радиоимпульса. Поэтому при обработке

дельных нормированных импульсов к одному и тому же обнару­ женному пакету импульсов. Точнее, определяют те смежные АП

руженного пакета. Не исключено, однако, что обнаруженный па­ кет импульсов в действительности представляет не полезный,

аложный сигнал.

2..Автоматическая обработка нормированной информации, учитывающая установленные критерии и фиксирующая должным образом их удовлетворение (так, чтобы выявлялись интересую­

Логика обработки может включать в себя совокупность не­ скольких частных логик, как например:

а) логика обнаружения пакета, определяющая минимум ус­ ловий, выполнение которых необходимо для фиксации обнару­ жения сигнала (полезного или ложного);

б) логика фиксации «начала» пакета (ЛН), определяющая номер АП (п =^«н),на которой обнаруженный пакет начинается;

в) логика фиксации «конца» пакета (ЛК), определяющая номер АП (п ■=' пк), на которой обнаруженный пакет заканчи­ вается;

г) логика фиксации «середины» обнаруженного пакета.

Иногда применяются и некоторые другие логики.

В качестве логики обнаружения пакета в дальнейшем будет рассматриваться та или иная разновидность логики «/г из т». которую будем обозначать в виде «kfm». Что же касается Д ру­ гих частных логик обработки, то их разновидности рассматри­

в виду, положим, во-первых, что логические схемы в совершен­

53

стве реализуют заданную логику обработки. Во-вторых, при выявлении ’наилучших логик обработки и соответствующих ха­ рактеристик обработки будем исходить из описанной в § 2 схе­ матизированной картины бинарно-квантованной информации. Применительно к некоторому анализируемому кольцу дальности эта информация представляется системой (1.11) случайных ве­

личин Х п= I , где п — номер АП в рассматриваемом кольце

дальности.

Такой подход применяется во всех последующих параграфах данной главы.

4. Рассмотрим некоторую реализацию характеристических величин Х п, относящихся к некоторому заданному кольцу даль­ ности:

в соответствии с принятой логикой может быть зафиксирован обнаруженный пакет импульсов. Но логика «3/3» удовлетворяет­ ся также на АП с номерами п = 8, 9 и 10, и, если число импуль­ сов в полном РЛ пакете А70 /> 6, нет оснований полагать, что АП с номерами 5 -ь 10 охватываются двумя различными обнаружен­ ными пакетами. Видимо, поскольку А4 = О, Х5 = Х$ — ... — = Х\0 = 1 и Х п — 0, правильнее полагать, что «начало» и «ко­ нец» обнаруженного пакета относятся соответственно к АП с но­ мерами пи = 5 и nKf= 10 (вероятность такой гипотезы обычно выше вероятности предыдущей гипотезы). Тем самым устанав­ ливаются следующие логики фиксации «начала» и «конца» об­

54

(ЛК) — «конец» пакета фиксируется на АП с номером пкг. если имеет место следующая реализация характе­ ристических величин:

Х Пк- т +1 = Х пк - т+ 2 — • • ’ — А"лк = 1; Алк + 1 — 0- (1.28а)

Как видно, в. данном случае логика «конца» пакета по су­ ществу определяет также и логику «начала» пакета. И «начало», и «конец» обнаруженного пакета фиксируются хотя бы одним «нулем», соответственно предшествующим или замыкающим ряд «единиц», удовлетворяющих логике обнаружения.

Рассмотренную совокупность логик можно обозначить сим­ волом «т/т — 0», где т = k. Такие логики иногда называют «ц е л ы м и» (в отличие от « д р о б и ы х» логик при т /> k ).

5.Логика, в соответствии с которой «конец» пакета фикси­

руется о д н и м «нулем», является весьма «мягкой» в следую­ щем смысле: при случайном пропадании нормированного импуль­ са на СП (например, из-за действия шума) может быть непра­ вильно зафиксирован «конец» обнаруженного пакета, после че­ го сразу фиксируется обнаружение нового пакета. Так, в приве­ денной выше реализации (а) при обработке по логике «3/3 — О» фиксируются два обнаруженных пакета (на позициях 5 ■— 10 и 12 н- 14). В действительности оба обнаруженных пакета могут представлять собой «осколки» одного общего сигнального паке­ та, расщепленного из-за чрезмерно «мягкой» логики фиксации «конца» пакета.

С целью уменьшения вероятности расщепления обнаружи­ ваемых сигналов применяются более «жесткие» логики фикса­ ции «конца» («начала») пакета. К ним в первую очередь отно­ сятся логики, согласно которым «конец» обнаруженного пакета

В приведенной выше реализации характеристических вели­ чин (а) при логике «3/3 — 00» «начало» пакета фиксируется на позиции с номером пи= 5 (так как Х\ = Х2 •— 0, а между п = 2 и п = 5 Логика обнаружения не выполняется), а «конец» паке­ та фиксируется при пк= 17 (так как после обнаружения паке­ та первая подряд пара «нулей» относится к позициям с номерами

при конструировании логической схемы. Согласно этой логике после выполнения логики обнаружения, но до выполнения логи­

55

■При логике «т/т — 000» любой одиночный «нуль» и даже любая пара подряд «нулей» заменяется (после выполнения ло­ гики обнаружения, но до выполнения логики «конца» пакета) соответственно «единицей» или двумя подряд «единицами».

не одним, а большим числом подряд «нулей». Чаще всего «конец» пакета фиксируется т — k -)- 1 «нулями» подряд (после выпол­ нения логики обнаружения). Так, например, при логике обна­ ружения «3/4» (k ,= 3, т =. 4) «конец» пакета обычно фикси­ руется двумя подряд «нулями» (логика «3/4 — 00»). При этом также предполагается соответствующая логика (и исполнитель­ ный механизм в логической схеме) замены одиночных «нулей» (при условии выполнения логики обнаружения, но до выполне­ ния логики «конца») «единицами» (см. § 7).

сложной комбинацией значений характеристических величин Х п. 7. Некоторые соображения по выбору той или иной разновид­ ности логик типа «kjm» приводились в § 1, п. 4. Более опреде­ ленное суждение о свойствах различных логик можно получить из рассмотрения и анализа характеристик обработки информа­ ции, получающихся при использовании различных логик в раз­ личных условиях. Эти характеристики приводятся в последую­ щих параграфах. Основное значение при этом имеют характери­ стики обнаружения полезного сигнала (см. § 6 и 9). Влияние тех или иных логик фиксации «конца» («начала») обнаруженного

пакета на характеристики обработки рассматривается в § 7.

§ 6. ВЕРОЯТНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА

( м е т о д ы р а с ч е т а )

А. Критерий обнаружения полезного сигнала

1. При каждом обзоре цели отраженный радиосигнал, про шедший через приемник, может быть обнаружен или необнаружен на выходе устройства обработки информации. Таким об­ разом, обнаружение полезного сигнала — случайное событие, характеризуемое определенной вероятностью.

Вероятность обнаружения полезного сигнала (Р0бн) опреде­ ляется как предел отношения числа обзоров, в которых цель об­ наруживается, к общему числу обзоров цели, если это число

56

■стремится к бесконечности*. При этом, в случае нефлюктуи­ рующей цели, предполагается, что полный РЛ пакет отраженных

•от цели радиоимпульсов, поступающих на вход приемника при каждом обзоре, остается неизменным по форме, амплитуде и другим параметрам РЛ пакета.

Вероятность обнаружения полезного сигнала (цели) -- наи­ более важная характеристика обработки информации.

Если событие обнаружения или необнаружения полезного сигнала (при каждом обзоре) связать с характеристической ве­ личиной

^_ ( I — при обнаружении сигнала,

поступающие с выхода нормирующего устройства, которые от­ носятся к определенному кольцу дальности, в котором располо­ жена цель. Некоторые из нормированных импульсов являются сигнальными, а некоторые — шумовыми. В соответствии с этим обнаруженные сигналы, удовлетворяющие логике обнаружения, представляют собой пакеты импульсов, которые могут быть как сигнальными, так и шумовыми.

Интересуясь вероятностью обнаружения п о л е з н о г о сигна­ ла, мы не должны учитывать те обнаруженные пакеты импуль­

руженных пакетов могут содержать как сигнальные, так и шу­ мовые импульсы, необходимо установить критерий, определяю­ щий принадлежность обнаруженного пакета импульсов к полез­ ному сигналу или же к ложному сигналу.

57

3. При математическом анализе вероятности обнаружения полезного сигнала рассматривается система случайных tхарак­ теристических величин

относящихся к анализируемому кольцу дальности. Для опреде­ ления вероятности обнаружения полезного сигнала необходимо просуммировать вероятности всех несовместных реализаций (ситуаций характеристических величин) системы (1.30), удов­ летворяющих критерию обнаружения полезного сигнала при установленной логике обнаружения.

Рассмотрим несколько типичных реализаций системы (1.30). При этом будем полагать, что ось полного РЛ пакета импульсов относится к АП с номером п =■ 0 (рис. 1.19). Поскольку при анализе данные о полном РЛ пакете импульсов известны, можно считать области сигнала и шума также известными. Для опре­ деленности будем полагать, что обработка информации произво­ дится по логике «3/3— 0».

В реализации а логика обнаружения выполняется в области сигнала (рис. 1.19). В реализации б логика обнаружения выпол­ няется дважды: один раз — в области сигнала, а другой раз —

58

в области шума. В реализации в логика обнаружения выпол­ няется два раза в области сигнала и два раза — в области шу­

женных пакетов тут также не вызывает сомнений. Здесь обнару­ жение полезного сигнала не зависит от наличия или отсутствия шумовых импульсов; вредное влияние шумовых импульсов про­ является лишь в смещении «середины» обнаруживаемого пакета.

В реализациях д и е принадлежность обнаруженных пакетов становится неясной. Здесь сигнальные импульсы в совокупности с шумовыми импульсами удовлетворяют логике обнаружения полезного сигнала, а без шумовых импульсов — не удовлет­ воряют.

Таким образом, независимо от логики обработки информации следует установить критерий, определяющий принадлежностьобнаруживаемых сигналов к полезному или ложному.

4.В некоторых работах, посвященных первичной обработке

информации, принимается так называемый « мя г к и й » к р и т е ­ р и й принадлежности обнаруживаемого пакета импульсов к по­ лезному сигналу: обнаруженный пакет относится к полезному сигналу при его «зацеплении» хотя бы с одним из сигнальных

только при. условии выполнения логики обнаружения в области сигнала. Мыслимы и промежуточные критерии, но их рассмотре­ ние, видимо, не имеет смысла.

Принятие «мягкого» критерия приводит к незначительному повышению вероятности обнаружения и к небольшому пониже­ нию точности определения середины пакета. При вторичной об­ работке информации малое повышение вероятности обнаруже­ ния приблизительно компенсируется малым понижением точно­ сти определения середины пакета. Поэтому принятие того или иного критерия обнаружения полезного сигнала не должно ока­ зывать существенного влияния на эффективность обработки ин­ формации. Следовательно, выбор критерия обнаружения имеет

восновном методическое значение.

Вметодическом отношении предпочтительнее «жесткий» кри­ терий обнаружения полезного сигнала. В этом случае аналити­ ческие соотношения, выражающие характеристики обработки информации (в частности, выражения для вероятности обнару­ жения полезного сигнала), получаются более простыми. Кроме того, при «мягком» критерии получается столь большое сме­

59