Выделение движущихся объектов (целей)

Для неподвижного объекта видеоимпульсы на выходе фазового детектора от такта к такту остаются постоянными по амплитуде и полярности, для движущегося - пульсируют по амплитуде и изменяют полярность. Если из видеосигналов одного такта вычесть сигналы предыдущего такта, то сигналы от неподвижных объектов взаимноуничтожаются, а от движущихся останутся. Схема, позволяющая сравнить два такта, называется схемой череспериодного вычитания (ЧПВ) или череспериодной компенсации (ЧПК) (рис.26).

На рис. 27,а показаны шесть смежных тактов видеосигналов на выходе фазового детектора, изображённых один под другим. На каждом из них присутствует импульс от неподвижного объекта и импульс от движущегося объекта. Эти сигналы подаются на вход схемы ЧПК. На рис. 27,б показаны соответствующие им сигналы

на выходе схемы ЧПК. Сигналы от неподвижного объекта компенсируются, а от движущегося объекта остаётся нескомпенсированный остаток. Этот остаток пульсирует с той же частотой, с какой пульсирует сигнал перед схемой компенсации, но сдвинут по фазе на 90°. Сдвиг поясняется на рис.28. На рисунке изображён сигнал от движущегося объекта на выходе фазового детектора. Разностный сигнал образован вычитанием i и i -1 тактов.Он максимален на тех участках, где огибающая пульсирующих импульсов изменяется быстрее всего, т.е. при пересечении синусоидой оси абсцисс (точки 0,8,16 на рис.28,а).

Важно понять, что величина остаточного сигнала на выходе схемы ЧПК зависит от частоты пульсаций. Если сигналы пульсируют медленно (частота пульсаций мала), то мало изменяется амплитуда импульса за такт и величина нескомпенсированного остатка будет мала.

Если же частота пульсаций велика, то меньше импульсов приходится на период пульсаций и некомпенсированные остатки велики. Максимальный сигнал на выходе схемы ЧПК получится в случае, если частота пульсаций F_n =F/2, когда на период пульсаций приходится только два импульса. Тогда на выходе схемы ЧПК образуется разность разнополярных импульсов, т.е. их сумма U-(-U)=2U. На выходе схемы ЧПК импульсы в два раза большей амплитуды, чем на входе (рис. 29).

1.2. Спектры сигналов на входе и выходе схемы чпк.

Схема ЧПК (рис. 26) является линейный фильтром. Полезно рассмотреть результат ее "действия* на спектры сигналов от неподвижных и движущихся объектов.

Сигналы от неподвижного объекта на выходе фазового детектора образуют периодическую последовательность импульсов постоянной амплитуды положительной или отрицательной полярности (на рис. 30,а полярность положительна).

Спектр последовательности линейчатый (рис. З0,б), расстояние между спектральными линиями равно частоте повторения импульсов F=1/T (Т - период повторения). Если форма импульсов прямоугольная, то огибающая спектра имеет вид sinx/x. На рис. 30,б огибающая показана пунктиром. Первый нуль расположен в точке f=1/. Спектральная линия в начале оси частот (f>0) определяет постоянную составляющую последовательности видеоимпульсов. Величина её в два раза меньше амплитуды первой гармоники при f=F.

Сигналы от движущегося объекта на выходе фазового детектора образуют последовательность импульсов пульсирующих по амплитуде и изменяющих свою полярность (рис. 31).

Полезно вспомнить, что пульсирующая последовательность может быть получена из непульсирующей, например, на выходе балансного модулятора (рис. 32). Для нас важна математическая операция, преобразующая непульсирующую последовательность импульсов постоянной амплитуды в пульсирующую. В балансном модуляторе осуществляется умножение непульсирующей последовательности на гармоническое колебание частоты пульсаций F_n. Можно считать, что каждая спектральная составляющая спектра непульсирующей последовательности умножается на cos2 F_nt. Рассмотрим умножение k-й спектральной составляющей последовательности на cos2 F_nt. Результат умножения

cos2kFt cos2 F_nt

можно представить в виде

1/2cos2(kF+F_n)+ 1/2cos2(kF-F_n),

т.е. наличие пульсаций со спектральных позиций эквивалентно расщеплению каждой спектральной составляющей немодулированной последовательности на две половинной амплитуды, каждая из которых сдвигается на +F_n и -F_n относительно значения частоты kF. Спектр пульсирующей последовательности импульсов показан на рис. 33. Отметим, спектральная составляющая из точки f= 0 (рис. 30,б) сдвигается в точку F= F_n. Таким образом, спектры сигналов от неподвижного и движущегося объектов на входе схемы ЧПК представлены на рис. 30,б и 33 соответственно.

Определим амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) схемы ЧПК. Структура схемы ЧПК такова, что из незадержанных сигналов вычитаются сигналы, задержанные на период повторения (рис. 26). Поэтому можно записать

U_вых(t)=U_вх(t)-U_вх(t-T). (9)

Используя (9), определим амплитудно-частотную характеристику схемы ЧПК. Пусть на вход схемы ЧПК воздействует гармоническое колебание единичной амплитуды

U_вх(t)=cos2 ft. (10)

Подставляя (10) в (9), получим напряжение на выходе схемы ЧПК

U_вых(t)=cos2 ft- cos2 f(t-T). (11)

Поскольку схема ЧПК является линейным фильтром, то на выходе колебание должно быть гармоническим и той же частоты, что и на входе. Поэтому преобразуем выходное напряжение, определяемое (11), к виду

U_вых(t)=Acos2 f(t-) 12)

Используя формулу для разности косинусов, получаем

U_вых(t)=-2sinfT sinf(t-T/2)=

2sinfT cos[2f(t-T/2)- /2]= 2sinfT cos(2ft-/2) (13)

Сравнивая (12) и (13), делаем вывод

A=2sinfT, =(2fT-/2)

т.е. при прохождении гармонического колебания через схему ЧПК происходит изменение амплитуды, определяемое коэффициентом 2sinfT. Этот коэффициент, рассматриваемый как функция частоты входного колебания, и определяет амплитудно-частотную характеристику схемы ЧПК (рис. 34)

|K(f)|=2|sinfT|. (14)

Амплитудно-частотная характеристика схемы ЧПК имеет гребенчатый вид. Нули АЧХ наблюдаются на тех частотах, для которых задержанное и незадержанное гармоническое колебание синфазны на входе вычитателя (рис.34), т.е. =2k. Тогда на выходе они компенсируются.