Файл: Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 79
Скачиваний: 0
ш
оптимального фильтра пропорционально времени накопления и практически не зависит от закона изменения фазы (р и с.7 . 3 ) .Этот
вывод является следствием известного положения, согласно кото рому напряжение на выходе оптимального фильтра пропорционально энергии входного сигнала. При сделанном предположении относи
тельно пределов изменения фазы точное выражение (7 .4 ) для энер гии сигнала может быть заменено приближенным ( 7 . 5 ) .
Рассмотрим теперь несколько более сложную задачу. Опреде
лим, как зависит выходное напряжение фильтра от времени накоп
ления, если действительный закон |
изменения фазы сигнала cp(£j |
|||||||
отличается от |
заданного |
ф0 (t) |
, |
на который |
настроен |
фильтр |
||
(рис. 7 . 2 , а ) . |
В |
общем случае это |
различие может быть произволь |
|||||
ным, |
однако мы ограничим класс |
функций ф ( t ) |
. Будем |
считать, |
||||
что |
кривые |
ip (£ j и ф0 ( |
различаются мало и функция |
|
|
|
|
Ш = Ч>(*) ~ Ф0 U) |
|
(7 .6 ) |
||
в |
интервале |
<0 т |
i 0 + Г |
близка к |
линейной. |
Изменение |
этой |
функции за |
время |
накопления |
сигнала |
Т будем |
называть |
в |
|
дальнейшем фазовым набегом |
(f>j . |
|
|
|
|||
|
Выходное напряжение расстроенного фильтра в конце интерва |
||||||
ла |
накопления |
|
|
|
|
|
|
|
|
*о+т |
|
|
|
|
|
|
0С М = ^0 J |
c o s ф0 ( i ) c o s Ф0 ( 0 + Аф w |
d t |
( 7 .7 ) |
to
вновь может быть представлено в виде двух слагаемых
При принятом выше предположении, согласно которому интервалу
Тсоответствует много периодов изменения фазы фо ( t ) ,
существенную величину выходного напряжения фильтра может выра жать только первое слагаемое. Вторым, колебательным членом в первом приближении можно пренебречь. Тогда выходное напряжение расстроенного фильтра монет быть представлено
(7 .9 )
148
Воспользовавшись сделанными выше предположением в отноше нии рассматриваемого класса функций ip ( t ) , заменим Л (t)
приближенной линейной функцией
|
|
|
(7 .1 0 ) |
где |
Т0- |
постоянная; |
|
|
ф - |
произвольная начальная фаза. |
|
Тогда, |
полагая нижний предел интегрирования |
в формуле |
|
(7 .9 ) |
t 0 = |
0 , получаем выражение для выходного |
напряжения рас |
строенного |
фильтра |
|
Аналогичным выражением определяется выходное |
напряжение |
другого фильтра, согласованного с сигналом Us i t ) |
( 7 .1 б) |
Выходной эффект оптимальной системы обработки сигнала с произвольной начальной фазой, как известно, определяется выра жением
q ( t ) = i / q 2c(T) + Qt(T)
и в нашем случае составит
(7 .1 2 )
Для того чтобы оценить, как фильтр ослабляет сигнал, если закон его изменения отличается от заданного, найдем отношения величины Q ( T ) к ее максимальному значению Q0 (Т ) при
Q0 (T) |
ЗТГ |
~ |
Лер |
(7 .1 3 ) |
9 |
||||
|
То |
|
2 |
|
где Дф =Дср(т)~ Дср(О)— фазовый |
набег. |
|
149
Однако необходимо заметить, что при фазовом набеге Дер , превышающем 5Т , для характеристики подавления сигнала рас
строенным фильтром правильнее пользоваться максимальными зна
чениями выражения ( 7 . 1 3 ) , |
полагая |
sLn |
~ = 1 . |
Действительно, |
формула (7 .1 3 ) определяет |
выходное напряжение |
фильтра в момент |
||
окончания интервала накопления, |
когда |
весь сигнал "входит" в |
фильтр. При Дф = 251 или 2/?3i ( . п - целое число) это на
пряжение близко к нулю. Однако выходное напряжение может при обретать большие значения в некоторые промежуточные моменты
времени, когда накапливаемый сигнал |
"входит" в фильтр лишь |
|
частично, а фазовый набег составляет |
5Г или ( 2 л - / ) 5 Г . |
|
Таким образом,соотношение между полезным и мешающими сиг |
||
налами на выходе |
фильтра (р и с .7 .3 ) с |
точностью до постоянного |
множителя равно |
набегу фазы за время |
накопления |
во (Г ) |
_ |
Лф |
в (Т ) |
м ~ |
(7 .1 4 ) |
2 |
||
Теперь остается выбрать |
разрешаемое значение фазового на |
|
б е га , которое является величиной условной, зависящей от допу |
скаемого соотношения помеха/сигнал. Если полагать, что входной сигнал отсутствует, когда его напряжение на выходе фильтра в
1st |
раз меньше, чем для согласованного сигнала, |
то фазовый |
||||
набег |
за |
время накопления должен |
составить |
4 5Т . |
Примем эту |
|
величину |
в качестве разрешаемого |
значения |
фазового |
набега |
||
|
|
4ф0 = 45Г. |
. |
|
|
Можно показать, что полученные соотношения в первом прибли жении справедливы для значительно более широкого класса функ ций А ф ( £ ) > чем это было принято при выводе.
§ 7 . 2 . ОТНОСИТЕЛЬНОЕ РАЗРЕШЕНИЕ
Фазовый набег является функцией целого ряда параметров
движения дели. Разрешающая способность по каждому из этих па раметров определяется таким его приращением, при котором фазо
вый набег |
составляет принятую величину |
Д ф 0 |
. Если изменение |
||
некоторого параметра движения цели |
а |
на |
ДоL |
приводит к |
|
фазовому |
набегу Д ф 0 , то величина |
До( характеризует раз |
|||
решающую |
способность системы по этому параметру. |
Появление |
150
двух целей е параметром о*. , отличающимся на Дог , вызовет эффект на выходе смежных фильтров, воспринимаемый как резуль тат наличия двух целей.
Рис.7 .4 . Геометрические соотношения для оценки разрешающей способности при движении целей (а ) и РЛС (о )
Так, например, можно определить |
разрешающую способность |
||||||||||
системы по скорости |
движения цели |
v |
. Пусть |
оптимальный |
|
||||||
фильтр рассчитан на выделение сигнала цели, движущейся на |
|
||||||||||
участке наблюдения с |
постоянной |
скоростью |
V- |
. |
Изменение |
ско |
|||||
рости цели приведет к изменению формы сигнала |
в |
интервале |
|
||||||||
t 0 -г |
t 0 + Т (см .р и с.6 . 1 в ) . |
Если фазовый |
набег |
|
при этом |
будет |
|||||
'"равен |
разрешаемому |
Дер = |
Atp0 |
, |
то |
соответствующее |
изме |
||||
нение |
скорости Д ху |
определит разрешающую способность |
по |
ско |
151
рости . Сигналы двух целей могут быть выделены раздельно двумя
фильтрами, если их скорости |
различаются не |
менее чем |
на А у -. |
|||||
Для суждения о разрешающей способности когерентных радио |
||||||||
локационных систем по геометрическим параметрам траектории |
||||||||
возвратимся к рассмотрению |
скалярного |
поля функции |
. |
|||||
- Полагаем, что |
в |
точке |
цели А |
(р и с .7 .4 ,8 ) |
задано |
неко |
||
торое направление |
в |
виде |
единичного вектора |
I |
, фиксирован |
ного относительно множества неподвижных отражающих точек. Точ
ки целей |
и вектор |
I |
перемещаются |
в |
системе |
координат, |
свя |
|||||||||
занной с РЛС; в начале (А,) |
и в |
конце |
( А г ) участка |
накопления |
||||||||||||
сигнала вектор |
I |
занимает положения l t и |
|
1 г . |
Изменение |
|||||||||||
фазы отраженного сигнала |
цели |
А |
за |
время |
наблюдения проис |
|||||||||||
ходит |
монотонно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Требуется определить, на каком |
минимальном расстоянии |
от |
||||||||||||||
цели А |
в направлении |
I |
может быть расположена |
вторая |
от |
|||||||||||
ражающая точка |
В |
, |
сигнал |
которой выделяется |
радиолокацион |
|||||||||||
ной системой как сигнал новой цели. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Как было показано выше, |
сигналы целей |
А |
и |
В |
выделяются |
|||||||||||
раздельно, если за время наблюдения |
Т |
между |
законами |
изме |
||||||||||||
нения |
их фазы накапливался |
разрешаемый фазовый |
набег А ср0 . |
|||||||||||||
Поскольку |
поле функции |
Ц> |
потенциально, |
условием |
разрешения |
|||||||||||
будет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А<Ро = О д г ~ <Ра , ) - ( V |
У * , ) ’ |
|
|
( 7 Л 5 ) |
||||||||||
где |
, срд |
q>6i |
, <fe2- |
значения |
фазы в |
точках |
А ,, |
Аг . |
||||||||
8 f , |
82 |
соответственно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Переписав |
выражение |
(7 .1 5 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AtPo = ( 4 V Ч ^ М Ф а, - 4>а,) * |
(7Лб) |
замечаем, что вследствие близости разрешаемых точек |
выражения |
в скобках могут быть представлены в виде |
скалярных произведе |
||||||
ний градиента |
функции |
cf в точках |
А, |
и А 2 |
и малых векто |
||
ров |
A l T j |
I AL |
12 |
, определяющих расстояние |
между наблю |
||
даемыми точками |
|
|
|
|
|
||
Acf 0 = ( 9 r a d < P ) l |
A l t ’* - ( g r a d tp )i |
A i t , . |
(7 .1 7 ) |
А
Умножим обе части формулы (7 .1 7 ) на величину
Д<р0 А1 '
Полученное выражение