4.5.1.11. Многоканальная доплеровская фильтрация
Работа первичных радиолокаторов сопровождается появлением на входе устройств приема и обработки отраженных сигналов от «местных предметов» и метеообразований, которые являются мешающими и подлежат исключению из обработки. Одним из возможных вариантов построения систем селекции движущихся целей является многоканальная система, состоящая из ряда доплеровских фильтров, настроенных на различные фазы сигналов.
В фильтрах происходит разделение сигналов, отраженных от воздушных судов, местных предметов и метеообразований по величине изменения фазы от периода к периоду работы ПРЛ. Вышеназванные сигналы имеют различные междупериодные изменения по фазе в зависимости от радиальной скорости движения объектов.
На
рис. 4.130 изображена радиальная составляющая
скорости (ВО–воздушный объект; V
– вектор скорости относительно РЛС;
–
радиальная составляющая скорости). При
наличии радиальной составляющей
изменяется частота отраженного сигнала
относительно частоты излученного на
величину частоты Доплера
.
Наличие означает изменение дальности ВО относительно РЛС, что неизбежно приводит к изменению фазовой структуры отраженных сигналов относительно излученных. Соответствующие изменения могут быть выявлены набором фильтров с различными амплитудно-фазовыми характеристиками (на рис.4.131 пример для 8 фильтров).
Обработка
сигналов осуществляется на промежуточной
частоте, для чего они берутся с выхода
усилителя промежуточной частоты (УПЧ).
Элементом, позволяющим выявлять наличие
частоты Доплера в отраженном сигнале
является детектор фазовый (ДФ), на
который подается и напряжение с
генератора опорного напряжения входящего
в состав радиопередающего устройства.
Доплеровские фильтры цифровые, поэтому
сигналы с выхода детекторов подаются
на них после аналого-цифрового
преобразования в АЦП. Обработка
реализуется в двух квадратурных каналах,
отличающихся фазой опорных напряжений
на
.
Необходимость двух квадратурных каналов
обусловлена характеристикой фазового
детектора, которая имеет точки «слепой»
фазы
Амплитудно-фазовые характеристики фильтров представляют собой зависимость амплитуды выходных сигналов от межпериодного изменения фаз.
Нулевой
фильтр (рис.4.133) имеет максимум
характеристики
.
На его выходе будет иметь максимальную
амплитуду сигнала, отраженные от местных
предметов, фаза которых от периода к
периоду не меняется (рис.4.133, а).
Первый
фильтр имеет максимум при сдвиге фазы
(рис.4.133,б). Максимальная амплитуда
сигналов на его выходе будет иметь
место в случае, если фаза отраженных
сигналов от периода к периоду меняется
на
(ситуация, характерная для метеообразований).
В общем случае, фаза будет меняться в
пределах
и такие сигналы проходят через 1 и 7
фильтры. Сигналы от «местных» предметов
в этих фильтрах будут ослаблены.
Второй
фильтр выделяет сигналы с межпериодным
сдвигом фазы на
.
Это соответствует сигналам, отраженным
от воздушных судов, летящих с радиальными
скоростями 70 км/ч.
Остальные фильтры имеют максимальные сигналы на выходах при следующих разностях фаз отраженных сигналов от периода к периоду:
3-й
фильтр –
;
4-й
фильтр –
;
5-й
фильтр –
;
6-й
фильтр –
;
7-й
фильтр –
.
Таким образом, сигналы от воздушных судов, местных предметов, метеообразований, имеющие различные радиальные скорости, попадут в различные фильтры. Происходит их разделение.
Сигналы
с выхода фильтров подаются в запоминающее
устройство. Выходной сигнал формируется
из двух квадратурных составляющих A
и B путем вычисления
модуля M (векторное
суммирование). Векторы A
и B сдвинуты относительно
друг друга на
(рис.4.134). Модуль вектора
определяется следующей формулой
Возведение в степень и извлечение корня затруднено для вычислителя. Поэтому на практике применяется упрощенная формула
.
(4.65)
В этой формуле действия возведения в степень и извлечения корня заменены суммированием и делением на два, что выполняется достаточно просто.
Амплитудно-фазовые
характеристики частично перекрываются,
что приводит к появлению сигналов от
местных предметов в других фильтрах.
В 1 и 7 фильтрах проходит примерно
половина амплитуды сигналов от местных
предметов, а в остальных фильтрах –
. Для их устранения реализуется вычитание
сигналов местных предметов (сигналов
нулевого фильтра) из сигналов других
фильтров. Из сигналов 1 и 7 фильтров
вычитается 0,5 сигнала нулевого фильтра,
а из остальных 5-ти фильтров –
(
)
сигнала нулевого фильтра.
Фазовые фильтры обеспечивают разделение сигналов отраженных от воздушных судов, местных предметов и метеообразований, а также их накопление в течение N периодов повторения зондирующих сигналов.
Все фильтры выполнены аналогично. Каждый фильтр содержит линию задержки и сумматор. Сигналы первого периода повторения проходят через сумматор без изменений. Они поступают на вход линий задержки. Во втором периоде повторения в сумматоре складываются сигналы второго периода с задержанными сигналами первого периода. Таким же образом происходит суммирование сигналов в восьми периодах повторения (для примера взято накопление сигналов в 8 периодах повторения).
С выходов фильтров снимаются максимальные сигналы в каждой восьмой период повторения.
При наличии сигналов, отраженных от местных предметов суммирование осуществляется в нулевом фильтре за восемь периодов повторения (рис.4.135).
Межпериодный
сдвиг фаз в этом случае равен нулю и
составляющие вектора A
и B расположены по прямым
a и b. С
выхода нулевого фильтра суммарные
сигналы
и
поступают в запоминающее устройство
и далее производится вычисления модуля
суммы
.
Рассмотрим
далее выделение сигналов во втором
фильтре с межпериодном сдвигом фазы
(рис.4.136).
Векторное
отображение таких сигналов показано
на рис. 4.137. Для получения максимального
сигнала от объектов на выходе второго
фильтра необходимо вектор
развернуть на –
,
вектор
– на –
,
вектор
– на –
и т.д. В этом случае все векторы будут
размещены на одной прямой (рис. 4.138). На
вход второго фильтра сигналы подаются
в следующем порядке: Первые сигналы
,
подаются без изменения, поэтому вектор
остается без поворота.
Во
втором периоде на сумматор подаются
сигналы
,
.
Замена сигнала
на
обеспечивает поворот вектора на
(рис.4.139) и он будет суммироваться с
вектором
.
В
третьем периоде на сумматор подаются
сигналы
,
,
вектор
поворачивается на
и суммируется с векторами
и
Аналогичным
образом происходит поворот и суммирование
остальных векторов. На выходе второго
фильтра максимальную амплитуду будут
иметь сигналы, от воздушных объектов с
межпериодным сдвигом фазы
.
Сигналы от метеообразований (
)
будут ослаблены, а сигналы от местных
предметов (
)
будут равны нулю. Амплитудно-фазовая
характеристика второго фильтра изображена
на рис.4.140.
Коэффициент
передачи фильтров может быть определен
по АФХ фильтров. Например, для второго
фильтра максимальный сигнал на выходе
будет при
,
для
сигнал будет меньшей амплитуды, для
он отсутствует. Первый и седьмой фильтры
выделяют сигналы с межпериодным набегом
фазы
,
2-6 фильтры – сигналы от воздушных судов
с различными радиальными скоростями
Таким образом происходит разделение сигналов в фазовых фильтрах.
В течение восьми периодов накопления параметры импульсной последовательности не меняются. При вобуляции периода повторения в следующей восьмерке импульсов изменится временной интервал между импульсами, но в течение 8 периодов он будет неизменным и, таким образом, будет реализовано накопление сигналов с другим периодом повторения импульсов. Если предположить, что вобуляция проводится на четыре периода, то полный цикл накопления составит 32 периода повторения.
-