ОЕМС_41,42 / ОЕМС_41,42 / ЗЕМС_ЛкНов / временная селекция

ТЕМА: «ВРЕМЕННАЯ СЕЛЕКЦИЯ»

При временной селекции в качестве селекционного признака используются временные параметры сигнала или изменение этих параметров.

Хотя временные и спектральные характеристики сигнала связаны между собой известными преобразованиями Фурье, но использование временных различий имеет ряд существенных особенностей (по сравнению с использованием спектральных различий), определяемых способом измерения временных параметров сигнала.

Основные временные селекционные параметры: период повторения импульсов (кодовых посылок), длительность импульса, временное положение импульсов относительно опорного, изменение указанных параметров во времени (как регулярное, так и хаотическое).

Временная селекция применяется как средство защиты от следующих видов радиопомех: широкополосный шум; несинхронная импульснач помеха с очень высокой частотой повторения; помехи с высокой скоростью изменения частоты; несинхронная импульсная помеха с низкой частотой повторения, помехи с низкой скоростью изменения частоты, многократная ответно-импульсная помеха.

При селекции по частоте повторения на приемной стороне необходимо знать частоту (период) повторения зондирующих сигналов, что позволит провести разделение импульсных сигналов по этому параметру. Изменение частоты повторения применяется для защиты от синхронных импульсных помех, для уменьшения корреляции сигналов, отраженных от объектов большой протяженности, для устранения неоднозначности в системах с квазинепрерывным излучением,

В селекторах по частоте повторения используются либо схемы совпадений, либо схемы стробирования.

Структурная схема селектора видеоимпульсов по периоду следования показана на рис.20,а. Очевидно, что совпадение импульсов по времени в схеме совпадений будет в том случае, если время задержки будет равно периоду следования импульсов. Схема может работать, суммируя сигналы или перемножая их. Так как период следования импульсов РЛС достигает сотни и тысячи микросекунд, то требуемая задержка импульсов получается либо на ультразвуковой линии (УЗЛ) задержки, либо на потенциалоскопах.

Защита от несинхронных и пассивных помех, в том числе и отражений от местных предметов, осуществляется перемножением задержанного и незадержанного импульсов на промежуточной частоте (рис. 20,б). В цели с фазосдвигающим каскадом фазовый сдвиг сигналов, отраженных от неподвижных объектов, составляет , и выходное напряжение умножителя равно нулю. Для сигналов, отраженных от подвижных объектов (доплеровский сдвиг отличен от нуля), фазовый сдвиг не равен , и выходное напряжение отлично от нуля [89]. Недостаток селекторов рассмотренного типа – невозможность защиты от помех, имеющих частоты, равные или кратные частоте следования сигнала.

Селекторы по частоте следования с использованием схем стробирования позволяют автоматически открывать приемник радиотехнического устройства только на время приема заранее выбранного импульса полезного сигнала. Такие селекторы применяются обычно в системах автоматического сопровождения целей [49]. Структурная схема такого селектора показана на рис. 21. Временное положение импульса строба, отпирающего приемник (схему селекции), задается выходным напряжением дискриминатора через устройство задержки. Напряжение дискриминатора пропорционально временному интервалу между импульсом строба и импульсом, отраженным от цели. Поэтому при изменении положения цели импульс строба автоматически отслеживает выбранный отраженный сигнал (выбранную цель). К недостаткам этого вида селектора следует отнести невозможность одновременной работы по нескольким целям, а также низкую помехоустойчивость в отношении флюктуационных помех.

Повысить помехоустойчивость по отношению к помехам флюктуационного типа можно накоплением отселектированных по периоду повторения импульсов.

Рассмотрим метод накопления в простейшей задаче обнаружения полностью известного сигнала, состоящего из элементарных сигналов с постоянной амплитудой U, на который накладывается помеха . На выходе суммирующего устройства (накопителя) имеем

где - значение помехи в момент прихода i-го сигнала.

Отношение мощностей сигнала к помехе на выходе накопителя

где - дисперсия (полагаем, что =0).

Для стационарной помехи при некоррелированных значениях последнее выражение примет вид

Таким образом, при описанных условиях накопление приводит к увеличению отношения сигнал/помеха в m раз.

При коррелированных значениях

где - нормированный коэффициент корреляции [101]; - число суммируемых элементарных сигналов (отсчетов).

Для высокочастотных сигналов с полностью известными параметрами оптимальная процедура накопления сводится к когерентному суммированию, т. е. к суммированию с учетом фазы высокочастотного заполнения.

При сигналах с неизвестными параметрами (в частности, с неизвестной начальной фазой) накопление возможно только по огибающей сигнала, после амплитудного детектора (некогерентное суммирование). Наличие детектора приводит к энергетическим потерям сигнала, вследствие чего отношение сигнал/помеха увеличивается не в m раз, как при когерентном суммировании, а в m/k раз, где k>1 – коэффициент потерь. Значения коэффициента потерь при некогерентном накоплении показаны на рис. 22.

Использование аналоговых накопителей в современных системах автоматической обработки информации имеет ряд недостатков. Так, у потенциалоскопов трудно обеспечить линейность закона накопления и высокую разрешающую способность; для УЗЛ задержки характерны громоздкость, трудность обеспечения при переменной частоте следования импульсов. Устройства временной задержки могут выполняться и на нелинейных элементах: ждущих мультивибраторах (кипп-реле), регистрах сдвига и т. д. Недостатки нелинейных устройств задержки – сложность и потеря формы сигнала. Части этих недостатков лишены цифровые накопители.

При цифровом накоплении суммируемые импульсы подаются на первую пороговую схему (рис. 23) с характеристикой

Напряжение на выходе такой схемы выражается всего одним двоичным разрядом (0 или 1). Квантованные сигналы подаются на цифровой сумматор, с выхода которого – на вход второй пороговой схемы. Обнаружение пачки из m импульсов фиксируется в том случае, если пороговый уровень первой схемы превышают не менее чем n импульсов.

Включение нелинейных элементов в схему накопителя увеличивает потери энергии. Значения коэффициента потерь для этого случая показана на рис. 24.

К достоинствам цифровых методов накопления следует отнести возможность: осуществлять длительное накопление слабых сигналов; обрабатывать сигналы с большим динамическим диапазоном и широкой полосой частот; проводить более сложную логическую обработку дискретизированной информации с использованием оперативной перестройки параметров устройств и самонастраивающихся алгоритмов; обеспечить высокое быстродействие и стабильность характеристик устройств обработки.

Селекция по длительности импульса является простым и эффективным средством защиты от некоторых типов помех, например, отражений от облака диполей, импульсных помех, длительность которых отлична от длительности полезного сигнала. В зависимости от свойств сигнала на выходе селектора длительности различают следующие виды селекторов: селекторы с сохранением формы сигналов и положения их во времени; селекторы с искажением формы сигнала, но с сохранением его положения во времени; селекторы как с искажением формы сигнала, так и изменением его положения во времени. Структурная схема селектора длительности импульса показана на рис. 25.

На вход селектора длительности поступает импульсная последовательность полезного и помехового сигналов. Дискриминатор длительности срабатывает, если длительность поступающих на него импульсов лежит в заданных пределах. При этом генератор строба вырабатывает стробирующий импульс, отпирающий каскад совпадений в момент прихода селектируемого импульса. Линия задержки предназначена для компенсации временного отставания селектирующего импульса.

Дискриминаторы длительности бывают двух типов: интегральные и дифференциальные. В интегральных дискриминаторах сигналы различной длительности преобразуются в сигналы различной амплитуды, после чего осуществляется амплитудная селекция. Эти дискриминаторы просты, но для получения требуемой точности необходимо нормализовать амплитуды сигналов и обеспечить высокую стабильность порогового напряжения амплитудного селектора.

В дифференциальных дискриминаторах задержанные и незадержанные импульсы сравниваются на схемах совпадения «И» или схемах запрета «НЕ». В зависимости от назначения временного селектора и конкретных условий селектирования в качестве элемента задержки могут использоваться УЗЛ задержки, ждущие генераторы импульсов; в качестве схемы совпадений – диодные, ламповые и транзисторные схемы. Если длительность полезных сигналов имеет различные значения, то в качестве элементов задержки целесообразно использовать ждущие генераторы импульсов, так как время задержки в этих генераторах регулируется простым изменением напряжения.

В зависимости от отдельности селектируемых импульсов различают три вида дискриминаторов [91]:

- максимальной длительности, срабатывающие при , превышающей заданное значение ;

- минимальной длительности, срабатывающей при <;

- заданной длительности .

Структурная схема дискриминатора максимальной длительности включает усилитель с коэффициентом передачи К и линию задержки (рис. 26, а). Эпюры напряжений изображены на рис. 26,б. Сигнал на выходе схемы совпадений появляется, когда .

На рис. 27, а показана структурная схема дискриминатора минимальной длительностию. Отрицательный импульс передается на вход схемы запрета только в том случае, когда он не совпадает во времени с запрещающим напряжением . Таким образом, данный дискриминатор выделяет импульсы с (рис. 27,б).

Структурная схема дискриминатора заданной длительности показана на рис. 28,а. Линия задержки с отводом и каскад совпадений являются по существу дискриминатором первого вида. Поэтому папряжение на выходе схемы совпадений появляется только при (рис. 28,б). Продифференцированные импульсы со схемы совпадений подаются на схему запрета. Запрещающим является входной сигнал, задержанный на .

В результате на выходе дискриминатора напряжение появляется при .

Кроме селекции по длительности импульса, используют селекцию по длительности фронта импульса. Этот метод применяется, например, при защите от облака пассивных помех. Увеличение длительности фронта отраженного сигнала объясняется в этом случае уменьшением плотности диполей на краях облака. Селекция по длительности продифференцированных импульсов.

Временное изменение параметров сигналов также может служить селекционным признаком для различения и выделения полезного сигнала на фоне помехи. Так как эти изменения определяются диаграммами излучения или переизлучения отражающих объектов и характеристиками их

движения, то они будут различными для сигналов, отраженных от истинных и ложных целей или излучаемых передатчиками помех.

Для борьбы с несинхронными импульсными помехами, однократными и многократными ответными помехами, создающими отметки на дальностях, меньших дальности до постановщика помех (опережающими ответными помехами), используется вобуляция частоты повторения. При вобуляции временное положение импульсов полезного сигнала (импульсов цели) отличается от положения импульсов помех, что и позволяет разделить эти импульсы.

Для борьбы с ответными уводящими по дальности помехами, сбрасываемыми и выстреливаемыми дипольными отражателями, ложными целями используются следующие виды селекции: по скорости и ускорению перемещения отраженного сигнала, по фронту или срезу импульса, по дальности с узким селектирующим импульсом.

Схема защиты, раелизующая метод селекции по скорости и ускорению, показана на рис. 29. Схема реагирует на значения производных перемещения импульсов помехи, превышающих допустимые значения этих производных, которые соответствуют максимально возможным скоростям движения реальных целей. В схеме производные напряжения дальномера и сравниваются с допустимыми значениями и .

На основе сравнения принимается решение о наличии цели. Эффективность данного метода защиты и область его использования повышаются, если логическое сравнение идет не по отдельным замерам (импульсам), а в течение достаточного отрезка времени (по траектории цели).