www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Накопление импульсов

Накопление импульсов — это метод улучшения вероятности обнаружения цели за счет использования энергии нескольких зондирующих импульсов. Такое улучшение достигается за счет включения в тракт приема и обработки радиолокационных сигналов дополнительного звена, суммирующего или, другими словами, накапливающего эхо-сигналы, полученные в нескольких последовательных периодах зондирования. В зависимости от места расположения накопителя импульсов в тракте приема и обработки различают такие виды накопления:

согласованный фильтр (УПЧ)
когерентный накопитель
амплитудный детектор
пороговое устройство
«цель есть»
или
«цели нет»

Рисунок 1. Место когерентного накопителя в тракте приема и обработки

согласованный
фильтр
(УПЧ)
когерентный
накопитель
амплитудный
детектор
пороговое
устройство
«цель есть»
 
«цели нет»
сигнальный процессор

Рисунок 1. Место когерентного накопителя в тракте приема и обработки

согласованный фильтр (УПЧ)
когерентный накопитель
амплитудный детектор
пороговое устройство
«цель есть»
или
«цели нет»

Рисунок 1. Место когерентного накопителя в тракте приема и обработки

Когерентное накопление

В случае когерентного накопления мы помещаем когерентный накопитель (или сигнальный процессор) между согласованным фильтром и амплитудным детектором, как показано на Рисунке 1. Сигнальный процессор производит выборку откликов каждого излучаемого импульса с интервалом, равным разрешению радиолокатора по дальности, и суммирует отклики от N импульсов. После накопления суммы N импульсов выполняется амплитудное детектирование и пороговая обработка.

Таким образом, например, если мы рассматриваем диапазон дальности 75 км, а радиолокатор имеет разрешающую способность по дальности 150 м, то сигнальный процессор будет формировать 75000/150 = 500 выборок для каждого периода зондирования. Далее сигнальный процессор накапливает (суммирует) каждый из 500 отсчетов при помощи 500-та сумматоров. После суммирования первых N импульсов сигнальный процессор начинает сбрасывать (стирать) более ранние импульсы из накопителя по мере поступления новых. Таким образом, в сигнальном процессоре будут накапливаться отклики от самых последних N импульсов.

В аналоговых накопителях суммирование сигналов выполняется в фильтрах (например, Потенциалоскоп). В цифровых сигнальных процессорах накопление осуществляется при помощи быстрого преобразования Фурье (БПФ, FFT). Шум в каждом периоде повторения полагается распределенным по гауссовскому закону с нулевым средним. Отсчеты шума в каждом периоде некоррелированны. Таким образом, шум на выходе когерентного накопителя имеет такие же статистические характеристики, что и шум на выходе согласованного фильтра из состава усилителя промежуточной частоты.

Мы предполагаем, что уровень сигнала на входе когерентного накопителя является постоянным от импульса к импульсу. Это соответствует нулевой (0) модели Сверлинга, а также, приближенно, первой (I) и третьей (III) моделям Сверлинга. Сигналы такого уровня будут суммироваться в накопителе. Значение амплитуды сигнала после суммирования N импульсов в когерентном накопителе определяется функцией плотности вероятности для конкретного типа цели. Таким образом, мы можем рассматривать выходной сигнал когерентного накопителя в виде отклика на одиночный импульс, для которого отношение сигнал-шум в N раз превышает отношение сигнал-шум для одного импульса. В соответствии с уравнением дальности радиолокации это непосредственно влияет на дальность действия радиолокатора.

При этом когерентное накопление не дает преимуществ для случаев, когда цель аппроксимируется второй (II) или четвертой (IV) моделью Сверлинга. Это связано с тем, что сигналы, отраженные такими целями, не являются постоянными от импульса к импульсу и их флюктуации имеют шумовой характер.

Некогерентное накопление

согласованный фильтр (УПЧ)
амплитудный детектор
некогерентный накопитель
пороговое устройство
«цель есть»
или
«цели нет»

Рисунок 2. Место некогерентного накопителя в тракте приема и обработки

согласованный фильтр (УПЧ)
амплитудный детектор
некогерентный накопитель
пороговое устройство
«цель есть»
или
«цели нет»

Рисунок 2. Место некогерентного накопителя в тракте приема и обработки

согласованный
фильтр
(УПЧ)
амплитудный
детектор
некогерентный
накопитель
пороговое
устройство
«цель есть»
 
«цели нет»
сигнальный процессор

Рисунок 2. Место некогерентного накопителя в тракте приема и обработки

Некогерентный накопитель размещается после амплитудного или квадратичного детектора, как показано на Рисунке 2. Термин «некогерентный» в его названии объясняется тем, что после амплитудного или квадратичного детектирования информация о фазе теряется. В общем, некогерентный накопитель работает так же, как и когерентный, то есть выполняет суммирование откликов N импульсов перед пороговой обработкой.

В старых радиолокаторах некогерентное накопление осуществлялось в индикаторах, построенных на электронно-лучевых трубках, за счет некоторого времени послесвечения люминофора, а также некоторой инерционности глаза человека-оператора.

Вторым вариантом реализации некогерентного накопления является, так называемый, детектор «m из n», который состоит из нескольких логических схем, выполняющих объединение импульсов. Проще говоря, такая схема выполняет проверку наличия m откликов в n периодах на заданной дальности и, в зависимости от результата, вырабатывает решение о наличии или отсутствии цели. Такой метод также называют двухпороговым детектированием.

Третим вариантом некогерентного накопителя является его реализация в виде сумматора или интегратора. В устаревших радиолокаторах для этого использовались фильтры нижних частот. В более новых радиолокаторах они реализуются в виде специальных аппаратных элементов или в вычислительном устройстве радиолокатора в виде цифрового сумматора. Они работают так же как и описанные выше когерентные накопители.