16.4.1. Обнаружитель типа движущегося окна

Алгоритм оптимального обнаружения пачки бинарно-кванто­ванных сигпалов представляется в виде

(16.8)

где Xi значение сигнала (0 или 1) на 1-й позиции пачки; щ -весовой коэффициент, зависящий от значений веро­ятностей получения нулей и единиц на 1-й позиции пачки; М— число импульсов га пачке (число позиций). Последовательность коэффициентов {п$ называют весовой функцией обнаружения.

Рис. 16.9. Обнаружитель типа движущегося

И:? (16.8) видно, что обнаружение пачки сводится к суммиро­ванию значений весовой функции па тех позициях, где Х{ = 1, и сравнению результата суммирования с порогом С, при превыше­нии которого выдается решение об обнаружении. В связи с этим устройство, реализующее алгоритм (16.8), называют весовым би­нарным обнаружителем.

327

При бинарном квантовании весовой функции обнаружения в интервале, соответствующем ширине диаграммы направленности РЛС, она будет тождественно равна единице, накопление в этом интервале становится равновесным, а алгоритм (16.8) сводятся к счету единиц и сравнению результата с цифровым порогом. Из-за отсутствия весового суммирования возникают дополнительные по­тери порядка 1,5 дБ, однако техническая реализация алгоритма обнаружения значительно упрощается.

Следует отметить, что в РЛС указанную процедуру необходимо осуществлять в каждом дальномерном канале. Такой канал назы­вают обнаружителем движущегося окна [5 (], поскольку обра­ботка осуществляется синхронно с перемещением луча по азиму­ту, а размер движущегося окна соответствует ширине диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости.

Обнаружитель может быть реализован на базе счетчикоз (рис. 16.9). Одноразрядный АЦП (квантизатор) осуществляет дискретизацию и квантование выходных сигналов амплитудного детектора. Нос седоват ел ьноетъ нулей и единиц через ключ соот­ветствующего канала дальности поступает на сдвигающий ре­гистр и суммирующий вход реверсивного счетчика. Число разря­дов сдвигающего регистра выбирается равным числу импульсов в пачке. С каждым очередным зондированием осуществляется сдвиг содержимого регистра на один разряд вправо. При этом из последнего разряда регистра выталкивается 0 или 1. Поступая

6 е ю vi/c/ro импуяьсов,м

Рве- 16.1Q. Зависимости потерь при цифро­вом накоплении or числа импульсов в пачке

ружеиия и ложной тревоги

на всех позициях пачки принять одинаковыми и равными соответ­ственно Робт и P.'iti, то вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги в обнаружителе движущегося окна при известном угловом положении цели определяются по формулам:

на вычитающий вход ревер­сивного счетчика, они соот­ветственно либо не изменя­ют его состояние, либо уменьшают значение имею­щегося в счетчике числз на единицу. .Число, записанное в счетчике, сравнивается да­лее с цифровым порогом (с числом к), и в зависимости от результата сравнения на выходе обнаружителя появ­ляется единица или нуль. Если вероятности обна-

(16.9)

328

где C_;{_f = M\f[j\ (М—/) !j — число сочетаний из М по /.

Формулы (16.9), (16.10) позволяют оценивать эффективность цифрового накопителя, а также определять требуемый порог кван­тования, обеспечивающий заданную вероятность ложной тревоги. При заданных к, M и Р,л? из (16.10) определяется Рл-п, а значение порога квантования рассчитывается по формуле (16.5).

Для каждого М существует оптимальное значение к_тп- ~

ж 1,5~\'М, при котором потери минимальны. Потери при накопле­нии бинарно-квантованных сигналов по сравнению с аналоговым некогерентпым накоплением невелики (рис. 16.10).

16.4.2. Логический обнаружитель к из М

Обнаружитель, который по своей эффективности эквивалентен обнаружителю движущегося окна, может быть выполнен па ос­нове логтгческих схем (рис. 16.11). Принцип его действия основан на том, что решение об обнаружении или необнаруже-нпи пачки принимается на основе анализа содержимого регистра логической схемой. Число разрядов регистра равно числу импульсов п пачке М, т. е. анализу подвергается последовательность пулей и единиц в пределах ширины диаграммы направленности антенны РЛС.

Рис. 16.11. Логический обнаружитель k из М

Конкретный вид логической схемы может быть синтезирован методами булевой алгебры с учетом обеспечения ззазешых веро­ятностей правильного обнаружения Р_и~ш и ложной тревоги Р_Лг. Последние зависят от того, по какому количеству комбинаций ну­лей и единиц в регистре (из общего количества, равного 2¹") при-

ЗЭ9 -

пимается решение Об обнаружении пачки. Очевидно, чем больше таких комбинаций, тем больше вероятность правильного обнару­жения, по больше и вероятность ложной тревоги. Б |49] изложена методика, позволяющая сравнительно быстро отбирать такие ком­бинации. Сущность ее сводится к тому, что отбор начинается с комбинаций, обеспечивающих наибольшую вероятность обнаруже­ния, и продолжается до тех пор, пока суммарная вероятность лож­ной тревоги не станет равной допустимому значению.

lii.4.3. Логические обнаружители с фиксацией границ пачки (обнаружители типа 1/п — к)

Число импульсов в пачке не является постоянным и зависит от дальности, ЭПР цели, угла места цели и т. д. Это затрудняет применение оптимальных обнаружителей, которые критичны к чис­лу импульсов в пачке. Кроме того, при большом числе импульсов в пачке реализация оптимальных алгоритмов связала с большими аппаратурными затратами. В свяли с этим на практике находят применение упрощенные методы обработки, основанные на исполь­зовании информации об увеличении плотности единиц в области наличия полезного сигнала по сравнению с областью одного шу­ма. Обнаружители, реализующие эти методы, фиксируют только начало и конец пачки, независимо от числа импульсов в пачке М.

Начало пачки фиксируется по оп­ределенному количеству единиц I па п позициях пачки, т. е. по критерию / из п, причем п, как правило, значи­тельно меньше М. Критерий фиксации качала пачки является одновременно и критерием обнаружения. Наибольшее

Рис. 16 12. Зависимость вероятности пра­вильного обнаружения от отношения сиг* нал—шум для различных логик обняру- жеиия

распространение получили следующие критерии (логики обнару­жения)-. 2 из 3, 3 из 3, 3 из 4. Конец пачки фиксируется по нали­чию серии из к пропусков (нулей) подряд. В связи с этим крите­рий срабатывания обнаружителя записывается в виде 1/п — к. Структурная схема обнаружителя такая же, как и на рис. 16.11. Отличие состоит в том, что число разрядов регистра п < М, а ло­гическая схема имеет два выхода; фиксации начала у_н и конца у„ пачки. Для логики обнаружения 2/3 — 2: у_в = Х\Х% V ^х'^х& =

= #i (*2 V ^X'i)', У* — ^х\^хъ. где Xi— значение сигнала (0 или 1) на

330

i-й позиции пачки, I = 0, 1, 2. Вероятность правильного обна­ружения зависит от отношения сигнал -шум и логики обнаруже­ния (рис. 16.12). Часто отдают предпочтение жестким логикам, поскольку техническая реализация их значительно проще. Так, на­пример, для логики «S/3» устройство фиксации начала пачки пред­ставляет собой одну трехввддовую схему совпадения.

16.4.4. Стабилизация вероятности ложной тревоги

Из-за нестабильностей порога квантования и коэффициентов усиления элементов приемного тракта, предшествующих цифрово­му обнаружителю, может сущестненно возрасти поток ложных тре­вог (см. гл. 9). Поэтому при цифровом обнаружении принципи­ально необходимо осуществлять стабилизацию вероятности лож­ной тревоги. В качестве схем стабилизации можно использовать ШАРУ (в УПЧ) или модифицированный знаковый обнаружитель.