3761 ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ СИСТЕМ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

 

1. Цифровая фильтрация сигналов в системах первичной обработки радиолокационных сигналов

Современные радиолокационные станции (РЛС) являются, как правило, многофункциональными и решают задачи обнаружения объектов, измерения их параметров, сопровождения, распознавания, управления в составе наземных и бортовых комплексов.

Одной из актуальных задач РЛС является обнаружение сигналов, отраженных от движущихся целей, и измерение их параметров на фоне некоррелированных и коррелированных помех, создаваемых отражениями от гидрометеоров, местных предметов, дипольных отражателей. Системы первичной обработки радиолокационных сигналов вносят существенный вклад в обеспечение тактико-технических характеристик РЛС и таких ее параметров, как вероятность ложной тревоги, вероятность правильного обнаружения, среднеквадратическое отклонение (СКО) оценки параметров.

В настоящее время достижения и достоинства цифровых методов обработки радиолокационных сигналов привели к их использованию не только в низкочастотных устройствах РЛС, но и на более ранних этапах обработки в радиочастотных каналах. К таким преимуществам относятся большая стабильность, надежность, возможность получения большего динамического диапазона, быстрой перестройки частотных и фазовых характеристик фильтров и т.д.

 

1.1. Свойства радиолокационных сигналов и помех

При цифровой когерентной обработке сигнала последовательность отсчетов выборки, поступающей на вход системы первичной обработки радиолокационной информации, можно представить в следующем виде:

u = s+p+n,

где u=||ui|| – комплексный вектор-столбец входной выборки, s=||si|| – комплексный вектор-столбец отсчетов полезного сигнала, p=||pi|| – комплексный вектор-столбец отсчетов коррелированной (пассивной) помехи, n=||ni|| – комплексный вектор-столбец отсчетов шумов приемного устройства, i=1…N, N – число импульсов в пачке зондирующего сигнала.

Радиолокационная цель имеет сложную структуру и может рассматриваться как совокупность большого числа случайно распределенных блестящих точек, что приводит к изменению фазовых отношений между сигналами, отраженными от различных частей цели, и, в конечном счете, вызывает флуктуации отраженного результирующего сигнала. Это дает основание полагать, что отраженный от цели полезный сигнал является случайной функцией времени, мгновенные значения которой в большинстве случаев распределены по нормальному закону. Процесс, порождаемый источником пассивной помехи, может быть представлен в виде суммы сигналов, отраженных от отдельных элементарных отражателей в пределах разрешаемого объема. Поэтому на основе центральной предельной теоремы пассивная помеха – это многомерный нормальный случайный процесс. Перемещение элементарных отражателей происходит сравнительно медленно. Поэтому пассивные помехи, в отличие от собственных шумов приемника и широкополосных активных помех, относятся к классу коррелированных процессов.

Совместное N-мерное распределение смеси помехи и шума, а также смеси сигнала с помехой и шумом одинаковы в каждом квадратурном канале. Эти зависимости можно представить следующим образом:

,

(1)

,

(2)

где Rпш – корреляционная матрица процесса, T – символ транспонирования.

Энергетический спектр помехи при сильных корреляционных связях может быть представлен многосвязным марковским процессом, имеющим спектральную плотность мощности (СПМ), описываемую гауссовой кривой вида:

,

 

где  – ширина спектра помехи на уровне 0,5. Переходя к функции корреляции и учитывая импульсный характер зондирующего сигнала, коэффициенты корреляции, образующие корреляционную матрицу помехи Rп, можно представить в следующей форме:

,

где ρп(k) – коэффициент межпериодной корреляции помехи. Практически относительная ширина энергетического спектра помехи зависит от природы источника отражений, периода повторения зондирующих импульсов и составляет 0,05…0,25. Соответственно коэффициент межпериодной корреляции ρп(k)=0,99…0,87, тогда как для собственных шумов приемника (белого шума) ρп(k)=0, что принципиально отличает временные и спектральные свойства помехи от шума.

Корреляционную матрицу смеси помехи и шума можно представить в виде Rпш=RпI, где Rп – корреляционная матрица пассивной помехи, λ – отношение шум-помеха, I – единичная матрица. Добавление шумов увеличивает мощность и уменьшает корреляцию помехи. Обычно интенсивность шумов значительно меньше интенсивности помехи, поэтому в ряде случаев приближенно можно считать Rпш=Rп.

Сигнал обычно аппроксимируют односвязным марковским случайным процессом, СПМ которого имеет вид резонансной кривой:

,

 

где f0 – центральная частота спектра, Δfc – ширина спектра сигнала на уровне 0,5. Переходя к функции корреляции и учитывая импульсный характер сигнала, коэффициенты корреляции, образующие корреляционную матрицу сигнала Rc, можно представить в следующей форме:

.

Параметр ΔfcT, определяющий относительную ширину спектра, для узкополосных сигналов обычно лежит в пределах 0…0,25.

 



 
рoль теoрии вoлн. мозаичная и керамическая плитка