5.1.2 Сравнительная характеристика аналоговых и цифровых методов обработки

Основными недостатками аналоговых систем обработки являются следующие:

1. Аналоговым накопителям свойственно насыщение, в результате которого уменьшается отношение сигнал/шум при накоплении сигнала.

2. Результаты накопления изменяются в процессе эксплуатации за счет нестабильности элементов динамической памяти.

3. Нет возможности полной автоматизации процесса обработки сигналов.

4. Оценка параметров сигналов в процессе обзора сопровождается ошибками, существенно превышающими потенциальные и др.

При цифровой обработке радиолокационных сигналов выборки сигнала, подлежащего обработке, преобразуются в цифровую форму − в числа, представленные в виде определенного кода. Чаще всего для этих целей используется двоичный код.

После преобразования аналог-код дальнейшая обработка сигналов (фильтрация и измерение координат) производится путем выполнения операций над числами с помощью цифровых устройств подобно тому, как это осуществляется в цифровой ЭВМ.

Система цифровой обработки по существу представляет собой комбинацию аналого-цифрового преобразователя (АЦП) со специализированной цифровой ЭВМ, выполняющей операции в реальном масштабе времени.

Устройства цифровой обработки, реализованные на базе современной дискретной микроэлектроники, имеют целый ряд преимуществ перед аналоговыми:

• большой динамический диапазон;

• возможность гибкой и оперативной перестройки параметров фильтров, обеспечивающей более высокую адаптивность РЛС;

• высокую стабильность характеристик фильтра;

• возможность длительного накопления слабых сигналов;

• большую точность выполнения арифметических операций;

• высокую надежность, малую массу и габариты;

• возможность сопряжения систем обработки с цифровыми устройствами управления, что особенно важно в РЛС с ФАР.

Подчеркивая достоинства цифровых устройств, приведем следующий пример. Часто при обработке радиолокационных сигналов требуется задерживать их на время, кратное Т_п (устройства череспериодной компенсации ПП, рециркуляторы и т.д.). В классических устройствах эту функцию выполняют аналоговые линии задержки. В цифровых устройствах задерживаемый сигнал записывается в дискретное запоминающее устройство (ЗУ) и извлекается из него по мере надобности в более поздний момент времени. Таким образом, он может храниться или задерживаться в течение длительных, но точно управляемых интервалов времени, в то время как обычные аналоговые линии задержки в общем случае уже недостаточно стабильны для задержки импульсов на время 2Т_п или 3Т_п. В цифровых устройствах можно реализовать необходимые передаточные функции с задержкой сигналов на время, соответствующее большому числу периодов повторения.

Одним из наиболее существенных преимуществ цифровой обработки является то, что цифровая аппаратура в процессе эксплуатации не требует настройки, т.к. все весовые функции, используемые при вычислениях, и все задержки сохраняют заранее выбранные значения в течение любого сколь угодно большого времени. Вместе с тем цифровое преобразование сигналов неизбежно приводит к частичной потере информации, что делает цифровые алгоритмы обработки квазиоптимальными.

Работа цифровых фильтров сопровождается образованием дополнительных шумов, обусловленных необходимостью квантования сигналов (шум квантования) и неизбежного округления чисел при проведении вычислений (шум округления). Возникает также необходимость стробирования входных сигналов по времени запаздывания (по дальности) и доплеровской частоте, что делает цифровые устройства многоканальными и приводит к усложнению аппаратуры и увеличению объема.

Однако, несмотря на эти недостатки перспективность использования методов цифровой обработки сигналов несомненна, поскольку реально достижимая эффективность цифровых систем оказывается более высокой, чем аналоговых, а успехи современной микроэлектроники делают возможной их практическую реализацию.

Таким образом, применение цифровых устройств в РЛС может преследовать две цели:

• повышение эффективности и улучшение эксплуатационных свойств отдельных радиотехнических устройств в РЛС с оконечными устройствами аналогового типа (индикаторами);

• обнаружение и измерение координат целей цифровыми методами с выдачей информации в цифровой форме на цифровую ЭВМ, сопряженную с РЛС.

Следует отметить, что функциональный состав и общая структура РЛС с цифровой обработкой сигналов практически те же, что в РЛС с аналоговой обработкой. Поэтому дальнейшее рассмотрение основано на изучении особенностей построения системы цифровой обработки сигналов и ее элементов.