Методы и устройства обработки сигналов в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях: Учебное пособие, страница 2

Следует отметить, что спектр, аналогичный изображенному на рис. 2, будет и при отражении от объёмно-распределённых целей, таких как отражения от облаков, искусственных отражателей и т.д.

Из приведенного спектра отражений от подстилающей поверхности видно, что наиболее важным является выбор частоты повторения импульсов. Действительно, выбором F_п спектры соседних гармоник отражений от подстилающей поверхности можно перемещать в пределах от их слияния до образования свободных от помех спектральных зон, что позволяет в определенном режиме производить обнаружение полезных целей в зоне, свободной от пассивных помех.

Рассмотрим режим, когда полезная цель движется навстречу носителю РЛС. Этот режим называется сближением с целью в передней полусфере или режимом встречных курсов. Спектр соседних гармоник при отражении от земли и полезной цели показан на рис. 3.

Рис. 3

Для того чтобы спектр отражённых сигналов от цели находился в зоне, свободной от пассивных помех, необходимо выбрать F_п как

                      ,                  (1)

где F_дmax – доплеровская частота, соответствующая максимальной скорости носителя.

Анализируя приведенное неравенство видим, что неравенство в левой части при встречных курсах выполняется всегда, т.к. точка спектра  соответствует только скорости носителя РЛС. Поэтому F_п следует выбирать из правой части неравенства, соответствующей

                                 ,

 или через скорости движения

                                 ,                           (2)

где V_нmax – максимальная скорость носителя РЛС.

Выбор частоты повторения по соотношению (2) соответствует режиму работы с ВЧП. При этом F_п получается высокой (F_п≥100 кГц), а скважность излучения оказывается малой (чаще всего 4-6), что позволяет относить эти станции к классу РЛС, работающих в режиме малой скважности с высокой частотой повторения, или к классу квазинепрерывных РЛС. Число импульсов в отражённой пачке от цели получается большим, составляющим сотни импульсов.

В режиме ВЧП период повторения импульсов T в десятки раз может быть меньше времени распространения сигнала до цели и обратно.

В момент излучения импульса приёмник закрывается, что приводит к многократному его закрыванию в пределах, на которых обнаруживаются цели. Приход отражённого импульса, когда приёмник закрыт, приводит к его потере. Это явление носит название эффекта “слепых” дальностей, а длительность закрытия приёмника соответствует попаданию цели в слепую зону.

Размер каждой слепой зоны превышает длительность зондирующих импульсов на время восстановления чувствительности приёмника.

Учитывая, что за время наблюдения цель изменяет свою дальность незначительно, приход отражённого импульса в момент слепой зоны приводит к потере всей отражённой пачки от цели. Для уменьшения эффекта “слепых” дальностей следует менять период повторения или частоту повторения .

 Таким образом, при обнаружении цели за время наблюдения необходимо использовать несколько частот повторения, смена которых производится через определённый временной интервал.

Оптимальная обработка сигналов

в импульсно-доплеровских РЛС

В режиме ВЧП обнаружение сигналов от целей ведется на фоне шума приёмника.

Отражённый сигнал от цели представляет пачку радиоимпульсов с неизвестной доплеровской частотой, которая подвергается когерентной обработке. Чтобы учесть доплеровский сдвиг частоты, широко используются гребенчатые фильтры, представляющие набор узкополосных фильтров, осуществляющих когерентное накопление.

Ожидаемую пачку импульсов (копию сигнала)  можно представить в виде произведения двух колебаний: последовательности видеоимпульсов  и высокочастотного колебания  несущей частоты , модулированного огибающей пачки, т.е.

,

которое соответствует ожидаемому сигналу. Если аддитивную смесь сигнала с шумом на входе приёмника обозначить , то отклик согласованного фильтра даёт на выходе корреляционный интеграл :

                            .                           (3)

Из выражения (3) вытекает следующий оптимальный алгоритм обработки пачки радиоимпульсов: принимаемая реализация колебаний  стробируется. При этом получается колебание . Стробирование необходимо осуществлять в соответствии со временем запаздывания сигналов. При неизвестном времени запаздывания необходима многоканальная схема. Каждый временной канал относительно соседнего стробируется импульсной последовательностью, задержанной на длительность одного импульса пачки . Тогда число временных каналов  в одном периоде повторения  определяется как  и соответствует величине скважности. В каждом канале дальности необходимо осуществить накопление сигналов пачки, т.е. вычислить интеграл (3). Интегрирование осуществляется узкополосным фильтром.

При неизвестной доплеровской частоте цели в каждом стробируемом канале, число доплеровских фильтров должно быть таково, чтобы перекрывать весь диапазон доплеровских частот, который в импульсных системах, благодаря периодичности спектра, можно принять равным .

Таким образом, согласованный фильтр обработки имеет структуру, представленную на рис. 4.

Рис. 4

Согласованные фильтры одиночного радиоимпульса (СФОИ) стробируются по дальности, с числом временных сигналов . В каждом канале ставятся узкополосные доплеровские фильтры, перекрывающие доплеровский диапазон целей, где производится накопление сигнала. Детектирование огибающей сигнала осуществляется в блоке последетекторной обработки, на выходе которого в пороговом устройстве (ПУ) происходит сравнение с пороговым уровнем с целью обнаружения сигнала. В блоке определения параметра сигнала (БОПС) определяются параметры цели, такие как скорость, дальность и т.д.

При обнаружении цели определяется доплеровская частота цели по номеру доплеровского фильтра и рассчитывается скорость цели:

                                           .                                     (4)

Практически вместо СФОИ лучше использовать усилитель промежуточной частоты (УПЧ), параметры которого согласованны с параметрами сигнала, а узкополосные доплеровские фильтры выполнить в виде блока цифровой обработки, включающего память на всю пачку и обработку на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Тогда согласованный фильтр имеет структуру, представленную на рис. 5.

Рис. 5