Файл: Ширман, Я. Д. Разрешение и сжатие сигналов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 135

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где

- 1

.

f.

n

£ cos 0 ,

 

'i

 

°

 

 

 

(2 3 )

Здесь Эср — средняя энергия сигнала на единицу раскрыва антенны; N0 — линейно-спектральная плотность мощности шума.

Оптимальная обработка (3), (22), (23) предусматривает наличие трех когерентных антенно-приемных каналов. Их характеристики направленности (і — 1, 2, 3)

(24)

- iß

различаются неодинаковыми распределениями ф; (£) поля по раскрыву. В каждом из каналов осуществляется когерентная временная обработ­ ка, согласованная с ожидаемым сигналом Uc ((). Выходы каналов под­ вергаются последетекторному некогерентному (квадратичному) сумми­ рованию с весами v,-3cp/(N0 + ѵ,-Зср), где і = 1, 2, 3. Выигрыш от сум­ мирования (здесь некогерентного) существен при большом раскрыве антенны. Для случая А 0 = А х — 0,5 он определяется в зависимости

от отношения сигнал/помеха q — ] ' 23cp/N0 из рис. 2.2.10. Как и при временной обработке, трехканальное построение сводится к двухка­ нальному.

По мере увеличения отношения длины раскрыва к радиусу корре­ ляции флюктуаций оптимальное число антенных каналов увеличивает­ ся, обработка строится согласно рис. 2.2.11.

Входящую в (3) постоянную С найдем, пользуясь (4). Заменяя в (22), (23) З ср на ЛЗср, получаем

3

С = 2 l n ( l + v ;3cp/N0).

і = 1

В качестве т р е т ь е г о п р и м е р а рассмотрим обработку когерентных во времени и п р о с т р а н с т в е н и о - к о г е р е н т- н ых к о л е б а н и й (по-прежнему в виде плоских волн), приня­ тых М невзаимодействующими антеннами с характеристиками направ­ ленности Fi (0), приведенными к единому центру*).

Габаритный размер участка, на котором располагаются антенны, по­ лагаем при этом меньшим сШ, где П — полоса частот сигнала. Это позволяет пренебречь частотной зависимостью характеристик направ­ ленности. Считаем далее, что наряду с полезным сигналом и внутрен­ ними шумами принимаются шумы т д и с к р е т н ы х источников помех, имеющих угловые координаты Ѳр (р = 1, ..., т).

*> Последнее достигается путем введения в характеристики фазовых множи­ телей ехр [— /2ягі;а cos (Ѳ — Ога)До1Здесь dia, Ѳ;а — полярные координаты і-й антенны, отсчитанные относительно этого центра.

276

§ 2 . 2.11


Функции корреляции колебаний помех і-й и /е-й антенн прибли­ женно зададим в виде

s) = Dlkb{t~ s).

(25)

Выражение (25) записано в пренебрежении разносом антенн, который существенно не сказывается в пределах рабочей полосы частот П. Величина D ih представляет собой корреляционный момент комплекс­ ных амплитуд колебаний для единичной полосы частот и определяется выражением

Dm = 8i k + a i ah ^ ßn Ft (Ѳц) 'FЦ0Д)

 

(26)

ц= 1

 

 

Здесь N0 — спектральная плотность мощности шума

на

входе

каждой из антенн (см. §2.1.1); 8 ік — символ Кронекера;

a it

a h

вещественные коэффициенты, зависящие от коэффициентов усиления антенн; ßti — коэффициенты, характеризующие интенсивность помех, приходящих от различных источников. Полагая сигнал когерентным, аддитивным помехе и обозначая его комплексную амплитуду U0 (t), введем функцию корреляции колебаний сигнала и помехи

ф спіи(*>

*) = ф иіь(*. s) + S i S%Ui.(t)UZ(s).

(27)

Здесь Si = ciiFi (0C);

0C— угловая координата источника сигнала.

Решение системы интегральных

уравнений (5) при заданных

усло­

виях (25)—(27) ищем в виде

 

 

Lih(х, fl) = а

т Hk Uc (X) и : (fl),

(28)

где С0 — постоянная;

Я,- — весовые коэффициенты.

 

Подставим (25), (27), (28) в

(5) и проведем преобразования полу­

ченного равенства. Приравнивая коэффициенты при произведениях

Uc (t) Ul (s) в обеих частях

этого

равенства,

приходим

к системе

уравнений второй

степени:

 

 

 

 

AI

 

 

 

 

Cg

[DiX+ S i S l S ^ H i H v D v u ^ S i S h

(29)

X, v = I

 

 

 

 

Каждое из уравнений (29) сводится к пропорции

 

м

 

 

 

 

 

УS Dv k Hv

 

Si

 

 

Ѵ=І

 

 

 

(30)

Sk

 

м

м

 

 

 

 

Col

2 Da Hl + Si3cp 2

SXHx

 

 

 

 

\ X = l

x = l

 

 

В левую часть пропорции (30) входит к, в правую г. В силу произвольности г, к это возможно, когда коэффициент пропорциональ­ ности сводится к константе: от і и к не зависит. Выберем константу равной Я 0, поскольку N0 входит н в Dvh.

§ 2 .2 .П .

277


Приравнивая этой константелевую часть пропорции, получаем си­ стему уравнений, определяющую коэффициенты Нѵ:

 

м

 

 

 

S DvkHv = NnS l (/г = 1, ,

М).

(31)

 

Ѵ= [

 

 

Прежде чем приравнять величине N 0 правую часть

пропорции,

преобразуем первую из сумм в ее знаменателе. Поскольку

D'u,

то в силу (31) эту сумму можно заменить на Af0S {. Сокращая числи­

тель

и знаменатель правой части пропорции на

и приравнивая всю

дробь

IVо, находим выражение постоянной С-:

 

 

 

М

-1

 

 

Cg = ДГо11^о + 3 ср( S S i HI

 

(32)

 

Х= 1

 

 

Для сопоставления полученных соотношений с предыдущими мож­

но рассмотреть случай, когда

антенна одноэлементная (A4 = 1) и ме­

шающих сигналов нет = 0). Тогда из (26) Dn

= N 0, из (31) Нг =

= Sb из (32) при

= 1 имеем

= N ~ l (N 0 +

З ср )-1. Выражение

(28) переходит во взятое для

М — \ выражение

в [(9), §2.2.4].

Чтобы определить из (28)

функцию L ih (t, s)

в более общем слу­

чае М ф 1, т ф 0,

нужно решить систему линейных уравнений (31).

Пользуясь (28), результат оптимальной обработки (6) можно предста­ вить в виде

1п/ = — $ U z o ( t ) U i ( t ) d l — С.

(33)

Здесь Uso (0 — линейная

2комбинация колебаний U-, (/), принимаемых

антеннами,

лі

 

 

 

Uso(t)=C0 S Hi Oi ( t ) ,

(34)

 

i= 1

 

соответствующая решениям Hv системы (31). Сигнальная часть (34) Uscnr (t) получается при условии отсутствия помех, т. е. если зна­ чения Ui \t) равны Ui (t) = а, Fi (0C) Uc (t). Отношение Uscur (ß)/Uc (0,

вычисленное для Uc (t) = и Ѳс = 0, определяет результирую­ щую ненормированную характеристику направленности

м

 

Рхф ) = I > h i Fi (Q),

(35)

/= 1

 

где hi = C0Hi а,. По мере увеличения интенсивности

помех в этой

характеристике образуются провалы, ориентированные на источники помех, как было показано ранее на рис. 2.2.4. Точную форму характе­ ристики в каждом случае можно найти, решая уравнения (31) или используя методику § 2.2.3.

Поскольку антенная решетка с A4 одинаковыми невзаимодействую­ щими вибраторами является частным случаем системы А1 произволь-

278

§ 2.2.11



ных невзаимодействующих антенн, результаты данного примера пол­ ностью распространяются на случай такой решетки. Перенося харак­ теристики направленности элементов к-центру решетки, следует учи­ тывать связанные с этим дополнительные фазовые запаздывания. Счи­ тая элементы до переноса ненаправленными, введем их характеристи­ ки направленности после переноса в виде фазовых множителей

Р г(Ѳ) = е К

{ -

1

-1 )

cos О

 

2 )

(36)

Совокупность соотношений (26), (28), (31), (33)—(36) определяет опти­ мальную обработку для антенной решетки.

В качестве ч е т в е р т о г о п р и м е р а рассмотрим обнаруже­ ние пространственно-когерентного (в виде плоской волны) шумового колебания на фоне аналогичных мешающих колебаний, когда прием

осуществляется системой из М антенн. По аналогии

с предыдущим

примером положим

 

ф п £л(^> s ) = ö £7l6(if—s),

 

ФспнЛ*. s) = (Dik + S i S%Nü) 6 ( t - s ) ,

(37)

где коэффициенты D ih определяются соотношением (26). В отличие от первого примера конечный характер полосы частот сигнала здесь явно не учитывается.

Задаваясь решением вида

 

Ц к (х,Ъ) = С Ъ т н кЬ{т-Щ ,

(38)

подставляем (38) в (6) и проводим необходимые преобразования. Тогда получим пропорцию

2

Dv k 4

 

 

 

V =

1

 

 

(39)

 

S*

/ лх

м

 

\

 

с?

2 D i x 4 + s i N c 2 Ч Ч )

 

 

и=1

Х=1

/

Из пропорции (39) придем к известной уже системе

уравнений (31)

и определим новое значение постоянной

 

 

 

 

м

-1

 

 

С* = N0 +

No 2 stHi

МГ'-

(40)

Антенная часть обработки соответствует (34) и (35). Вместо (33) най­ дем

Т/2

 

Ы = — $ \Uz0{t)\2d t ~ С,

(41)

2 —Г/2

 

где САо (t) определяется выражением (34). Поэтому и в данном случае оптимальная обработка связана с образованием результирующей ха­ рактеристики направленности (35) с провалами, ориентированными на

§ 2 . 2 . 1 1

279