3.2.1. Методы когерентной обработки сигналов

При когерентной обработке сигналов могут использоваться корреляционный, фильтровой и корреляционно-фильтровой ее методы [43, 113].

Корреляционная обработка, аналоговая в частности, требует большого чис­ла корреляторов, определяемого произведением полосы частот на временной интервал, соответствующий "окну наблюдения" по дальности. Фильтровая об­работка ограничений в "окне наблюдений" по дальности не требует, но обес­печивается изготовлением сложных аналоговых или цифровых фильтров сжа­тия. Усложняются и устройства последетекторной обработки. Корреляционно-фильтровая обработка ЛЧМ-сигнала обеспечивается подачей на первый смеситель приемника в определенный момент времени после излучения зондирующего сигнала гетеродинного ЛЧМ-импульса, полностью или частично демодулирующего принимаемый сигнал по частоте, и последующей фильтрацией.

При частичной демодуляции полоса частот снижается на 1 - 2 порядка, что облегчает построение фильтра сжатия и устройств последетекторной обработки. Можно обеспечить одноканальный прием при размере окна, достаточном для наблюдения дальностных портретов одной-двух целей. В случае числа каналов приема, пропорционального уменьшению полосы частот, можно наблюдать всю дальность, но уже 1-2 канала, работающие по целеуказанию, могут обеспечить высокую пропускную способность,

При полной частотной демодуляции фильтры сжатия и детекторы заменя­ются цифровыми или аналоговыми амплитудными спектроанализаторами.

Ниже приводятся примеры технической реализации высокого разрешения по дальности для ЛЧМ зондирующих сигналов при различных видах обработ­ки (фильтровой, корреляционно-фильтровой с частичной и полной частотной демодуляцией).

3.2.2. Примеры когерентной обработки сигналов

Фильтровая обработка ЛЧМ-сигналов использовалась в макетах РЛС с широкополосными ЛЧМ импульсными сигналами в 60-х годах в СССР и в США. Так в [37, 38] описана реализация макета РЛС с фильтром сжатия на кабеле с отводами. Частотная девиация составила Δf = 75 МГц, длитель­ность импульса - 2 мкс, их произведение - 150. В [62] описана реализация макета с волноводным фильтром сжатия. Частотная девиация Δf =150 МГц, длительность импульса τ_и= 1 мкс, их произведение также равно 150.

Корреляционно-фильтровая обработка ЛЧМ-сигналов с частичной частотной демодуляцией, апробированная в СССР в начале 60-х годов [37], реали­зована в начале 70-х годов в экспериментальных РЛС США. РЛС, установ­ленные на острове Флойд [63], работают в режиме поочередного излучения сравнительно узкополосных и более широкополосных радиоимпульсов десяти­сантиметрового диапазона. Для первоначального определения дальности объек­та служат ЛЧМ-импульсы с девиацией частоты Δf =2,5 МГц. Высокое раз­решение по дальности обеспечивается импульсами с девиацией частоты Δf = 250 МГц, длительностью τ_и = 20 мкс, с произведением τ_и Δf= 5000.

Рис. 3.1. Структурная схема тракта корреляционно-фильтроеой обработки ЛЧМ-сигнола с частичной его частотной демодуляцией.

Обработка принимаемых широкополосных импульсов поясняется схемой (рис. 3.1). К моментам прихода от элементов цели ЛЧМ-импульсов на первый смеситель приемника подается гетеродинный ЛЧМ-импульс с девиацией частоты 250 - 2,5 = 247,5 МГц на протяжении 20 мкс. Импульсы промежу­точной частоты от элементов цели имеют, поэтому частотную девиацию 2,5 МГц при их длительности 20 мкс, причем центральные частоты этих импульсов зависят от точных значений дальности. Импульсы промежуточной частоты обрабатываются поэтому в дисперсионном фильтре сжатия с удвоенными час­тотной девиацией 5 МГц и длительностью импульсной характеристики 40 мкс, причем сжатые импульсы имеют по-прежнему неодинаковые центральные частоты. Последние выравниваются во втором смесителе. Для этого на второй его вход с задержкой (20 – t₀) мкс относительно первого гетеродинного им­пульса подается второй с девиацией частоты 5 МГц на длительности 40 мкс; здесь t₀ - минимальная задержка дисперсионного фильтра. Оконечный фильтр сужает полосу пропускания приемника с 5 до 2,5 МГц и позволяет осущест­вить весовую обработку. Общее сужение ширины спектра сигнала в 100 раз примерно с 250 МГц до 2,5 МГц не ухудшает в данном случае разрешающей способности по дальности. Дело в том, что за счет описанных гетеродинно-дисперсионных преобразований одновременно с растяжением длительности сжатого импульса в 100 раз, во столько же раз растягивается и масштаб времени [38, 43]. Издержкой является лишь сокращение "окна наблюдения" до 30 м.

Корреляционно-фильтровая обработка ЛЧМ-сигналов с полной частотной демодуляцией реализована в конце 70-х годов на РЛС 25-сантиметрового диапазона АN/FРS-115 США [64]. Для первоначального определения дальности, других траекторных параметров объекта, выявления при этом признаков распознавания предусмотрено излучение радиоимпульсов с частотными девиа­циями 1 и 5 МГц. После этого могут излучаться импульсы с частотной деви­ацией Δf = 200 МГц длительностью τ_и = 1000 мкс, с произведением τ_и Δf = 200000. К моментам прихода отраженных элементами цели импульсов, оцениваемых по результатам предыдущих зондирований, на первый смеситель приемника подается гетеродинный ЛЧМ-импульс с частотной девиацией 200 МГц на протяжении 1000 мкс. Выходной сигнал смесителя сводится при этом к наложению немодулированных по частоте импульсов, центральные частоты которых определяются различающимися между собой дальностями элементов цели. Суммарный сигнал оцифровывается и подвергается спектральному ана­лизу путем проведения БПФ с размерностью около 16ּ10³. За счет паралле­лизма цифровой обработки данные выдаются в масштабе времени, близком к реальному. Размер окна наблюдения по дальности - около 4 км, растяжение временного масштаба - 40.