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: 64
Скачиваний: 0
186
ной энергии) и согласования ее с узкой полосой пропускания оконечного устройства.
Рис. 8. 5 . Схемы приемного тракта ПР1С
Известно, что детектор не меняет отношение сигнал/шум,если оно велико . Для слабого сигнала ( а « I ) отношение
сигнал/шум после детектора пропорционально квадрату этого от ношения на входе. Если входной сигнал составлял ,например^0,1
от действующего значения шумов, то на выходе отношение сигнал/
шум будет порядка |
0 ,0 1 . |
Как |
говорят, слабый сигнал в детекторе |
||
подавляется, шумами. |
|
|
|
|
|
Накопитель, наоборот, повышает отношение сигнал/шум. Оце |
|||||
ним этот эффект, применительно к ПРЛС, где полезный сигнал |
на |
||||
выходе детектора |
имеет |
вид |
шумового напряжения (р и с.8. 6) |
. Эле |
|
ментарный импульс |
этого |
напряжения |
имеет длительность |
, |
|
определяемую полосой пропускания |
A f линейного тракта прием |
||||
ника |
|
<г~ |
, |
|
|
|
|
_ |
|
|
|
и" A f '
Для этого одиночного импульса отношение сигнал/шум выражается формулой ( 8 .3 2 ) , где в качестве Uc следует понимать среднее значение полезного сигнала.
Р и с.8. 6 . |
Выходное |
напряжение |
детектора |
Предположим далее, что накопительное устройство интегри- |
|||
рует-накапливает |
сигнал за |
время t |
. После накопителя |
187
спектр напряжения, поступающего на оконечное устройство, будет иметь ширину
|
|
|
|
A F * |
У |
• |
|
|
За время Z будет |
просуммировано |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
п = ^С£/ |
А£_ |
|
(8 .3 4 ) |
|
|
|
|
|
AF |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
независимых |
образцов сигнала. |
|
|
|
|
|||
В результате |
накопления п |
элементарных |
импульсов |
полез- |
||||
ного |
сигнала |
его |
величина увеличивается в среднем в п |
раз; |
||||
дисперсия |
п |
независимых образцов |
шума также увеличивается |
|||||
в п |
р аз. |
Таким |
образом, отношение сигнал/шум |
в результате |
||||
накопления |
возрастает пропорционально корню квадратному |
из П |
||||||
|
|
|
|
nU,с |
_ |
Uс |
|
|
|
|
|
|
- = у / п - - = |
|
|
||
|
|
|
|
V n u * |
|
i/ c l ! |
|
|
A f |
AF |
Р и с .8 . 7 . Схема, иллюстрирующая изменение отношения сигнал/шум в нелинейных элементах идеализированного (а ) и реального при емного (б ) трактов ПРЛС
Теперь определим, как пороговое отношение сигнал/шум -
коэффициент различимости изменяется в приемном тракте ПРЛС.
Для этого сравним идеализированный приемный тракт, при исполь зовании которого обнаружение цели производится по одиночному образцу широкополосного сигнала (р и с.8 . 7 , а ) , и реальный случай,
188
когда накопитель перед оконечным устройством сужает полосу сиг
нала до величины AF |
(р и с.8 . 7 , б ) . |
|
|
|
|
|
|
В первом случае на вход детектора подается одиночный об |
|||||||
разец сигнала с отношением сигнал/шум |
а } |
. После детектора, |
|||||
на входе оконечного устройства, |
это |
отношение будет |
О, |
|
|||
В реальном тракте на входе детектора действует |
п |
независи |
|||||
мых образцов с отношением сигнал/шум |
а п |
. После |
детектора |
||||
отношение сигнал/шум |
равно |
, а после |
накопительного |
уст |
|||
ройства Vn а * .' |
|
|
|
(ри с.8 . 7 , а и б) |
|
||
Теперь предположим, что обе |
системы |
равно |
|||||
ценны по качеству воспроизводимого изображения и в обоих слу
чаях принимаемые сигналы - пороговые, едва достаточные для по лучения отметки цели с- заданной вероятностью. В соответствии
с этими предположениями отношения сигнал/шум на входе оконеч ных устройств следует считать одинаковыми; входные отношения
сигнал/шум являются пороговыми |
и мы отметим |
их индексами р . |
||||||||
|
|
|
a lp |
Л ? |
= |
a f p . |
|
п |
|
|
Отсюда следует, что в результате накопления |
независимых |
|||||||||
образцов сигнала |
пороговое отношение |
сигнал/шум |
по напряжению |
|||||||
уменьшается пропорционально корню четвертой степени |
|
|||||||||
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
(8 .3 5 ) |
а |
коэффициент различимости |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
т пР |
|
yjp |
|
|
|
(8 .3 6 ) |
|
- |
корню квадратному из |
п |
. Индекс |
п в дальнейшем |
мы будем |
|||||
опускать. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Соотношения |
(8 .3 5 ) |
и (8..36) |
для сильного |
сигнала, |
превышаю- |
||||
щего внутренние шумы приемника, будут другими. В этом елучае детектор не меняет отношения сигнал/шум, поэтому
т р = 1 |
(8 .3 7 ) |
т р, |
Таким образом, для приемников с разными уровнями собствен
ных шумов имеет место соотношение
/ 1 |
1 |
- т , , ( v f |
m v s m p , [ W |
' ~П |
189
Из этого соотношения следует, что накопление сигнала - сужение его полосы частот - позволяет существенно снизить коэффициент
различимости. Система становится более чувствительной и созда
ет |
требуемый выходной эффект |
при более слабом входном сигна |
л е . |
Повышение чувствительности |
проявляется особенно сильно |
при использовании малошумящих приемников.
Значение |
полученных |
выражений состоит еще в том, что коэф |
||
фициент различимости т р , входящий в уравнения дальности |
||||
(8 .2 8 ) |
и ( 8 . |
3 0 ) , |
здесь |
представлен в виде двух сомножителей, |
которые |
раздельно |
характеризуют приемный тракт и оконечное |
||
устройство. |
Коэффициент |
различимости m pj теперь определяет |
||
отношение сигнал/шум, требуемое для воспроизведения элементар
ной отметки оконечным устройством. Второй сомножитель учиты вает влияние нелинейных преобразований в приемном тракте.
Воспользуемся полученными результатами для того , чтобы
конкретизировать уравнения дальности для различных условий на блюдения.
Сначала рассмотрим случай, когда в пассивной РЛС применя ется приемник с высоким уровнем шумов. Коэффициент шума N » 1 ,
поэтому температура шума
тш= Т0( N-1)
значительно больше антенной температуры наблюдаемых объектов,
обычно близкой к температуре окружающей среды Т0 .
Таким образом, мы имеем случай приема слабого сигнала,
когда отношение сигнал/щум уменьшается детектором и коэффициент различимости m р определяется формулой ( 8 .3 6 ) . Условия наблю
дения распределенной и сосредоточенной цели могут быть пред ставлены выражениями
АТЙ & т р Т0 N^1 |
(8 .3 9 ) |
|
и |
|
|
R п |
1АТЯ п(1-Р) |
в ' ЦШ |
mP,T0 ' |
(8 .4 0 ). |
|
|
ц П У м |
|
соответственно.
Теперь полагаем, что приемник ИРЛС малошумящий и внутренние шумы много меньше полезного сигнала. Возникает вопрос: что в