16.5. Особенности построения цифровых обнаружителей

НЕКОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ ПРИ МНОГОУРОВНЕВОМ

КВАНТОВАНИИ

16.5.1. Вычислитель модуля

При многоуровневом квантовании обнаружитель некогерентных сигналов включает в себя вычислитель модуля (амплитуды) выбо­рок входного сигнала, цифровой накопитель и цифровой компа­ратор.

С помощью вычислителя модуля получают код огибающей входных сигналов для сокращения аппаратурных затрат в РЛС, имеющей квадратурные каналы. В общем случае значение моду­ля /1-й выборки входного сигнала

Х(п) = y_x*{n)+xf(n), (16.11)

где Xi{n), X'i (я)—сигналы на выходах ЛЦП квадратурных

каналов (коды).

Вычисление модуля в соответствии с (16.11) требует значитель­ных аппаратурных затрат, вызванных необходимостью осущест­вления операций умножения. Поэтому на практике используют приближения вида

(16.12)

Операция (16.12) осуществляется простым логическим устрой­ством (рис. 16.13), так как умножение на коэффициент 0,5 выпол­няется путем сдвига кода числа на один разряд вправо (в сторо­ну младших разрядов). Потери при замене операции (16.11) one-

331

рацией (16.12) не превышают 0,5 дБ. Схема выделения модуля сигнала в квадратурном канале представляет Собой лреобразо-патель из обратного или дополнительного кодов в прямой с по­следующей заменой (если это необходимо) значения знакового

Put. 1(3.13. Вычвслятель модуля

разряда с 1 на 0. Схема сравнения может быть выполнена на ба­ле сумматора, осуществляющего вычитание сигналов квадратур­ных каналов. В зависимости от знака разности разрешающий по­тенциал подается либо на схему &}, либо на схему &₂, через ко­торые подаются импульсы сдвига па соответствующие регистры.

16.5.2. Цифровые накопители

Основными элементами цифрового накопителя (рис. 16.14), включаемого в каждый канал дальности, являются: М-разрядныи,

Рис. I6.I4. Цифровой накопитель

Рис. 16.15. Накапливающий сумматор

/ГС-канальный сдвиговый регистр, выполняющий роль ЗУ сигналов пачки, и накапливающий сумматор (рис. 16.15), в цепь которого дополнительно включен сумматор 2. С выхода сдвигового регист­ра сигналы на вход сумматора 2 поступают в обратном коде с тем, чтобы обеспечить вычитание этих сигналов из сигналов, циркули-

332

рующих в накапливающем сумматоре. Рассматриваемый накопи­тель в сочетании с цифровым компаратором по существу пред­ставляет собой обнаружитель типа движущегося окна, опери­рующий с многоразрядными кодами сигналов. Сложность техни­ческой реализации (из-за наличия ЗУ достаточно большой емкос­ти) при небольшом выигрыше в отношении сигнал—шум по сравнению с бинарным накопителем ограничивает использование этого накопителя лишь случаями, когда в РЛС так или иначе должно быть предусмотрено ЗУ входных сигналов соответствую­щей емкости (например, для обеспечения работы системы СДЦ). Значительно меньше аппаратурных затрат требует квазноптималь-

Рис. 16 16. Цифровой ренипк>.1итор Рис. 16.17, Ослабитель с коэффициентом

передачи {1—2-"] па основе сумматора

ный накопитель — цифровой рецнркулятор (рис. 16.16). Он пред­ставляет собой накапливающий сумматор, в цепи обратной связи которого включен ослабитель с коэффициентом передачи

(16.1.4)

где п — натуральное число, определяемое для пачки с прямо­угольной огибающей из условия | I,26/Af — 2~" | = min. Выбор значения коэффициента обратной связи в соответствии с (16.13) lie приводит к существенному увеличению потерь в рецир-куляторе (см. гл. 9) и имеете с тем позволяет избежать необходи­мости применения умножителя в цепи обратной связи рециркуля-тора [24]. При таком значении р сигнал на выходе ослабителя представляется в виде

(16.14)

Деление на 2" осуществляется сдвигом кода делимого на п раз­рядов вправо. Поэтому операцию (16.14) можно выполнить с по­мощью сумматора, на один вход которого поступает код сигнала £/выхред, а на второй — обратный код иаыхрщ со сдвигом на я раз­рядов вправо (рис. 16,17).

Для исключения возможности перегрузки рециркулятора (пе­реполнения разрядной сетки) и обеспечения защиты от НИП вход­ные сигналы рециркулятора должны подвергаться нормировке, например, с помощью цифровых схем ШАРУ с регулированием вперед.

16.5..'}. Устройство стабилизации вероятности ложной тревоги

При многоуровневом квантовании для стабилизации Р_лт обыч­но используют цифровую ШАРУ (рис. 16.18) с регулированием вперед (см. гл. 6). Роль линии задержки с отводами через т.. вы нолпяют регистры, осуществляющие запоминание кодов сигналов I! смежных участках дальности, число которых выбирается крат­ным двум (для упрощения технической реализации устройства нормировки).

Рис. 16 18 Цифровая ШАРУ

Основными элементами цифровой ШАРУ являются дна накап­ливающих сумматора, осуществляющие накопление сигналов с 2"~^] элементов дальности каждый, и /аза регистра задержки па Уд, исключающие участие сигнала анализируемого канала даль­ности п оценке интенсивности мешающих шумов. Первый накап­ливающий сумматор суммирует сигналы с участков дальности, предшествующих анализируемому, а второй с последующих. Де­ление на 2" иыхидмых сигналов сумматора 3 осуществляется пу­тем сдвига кода на п разрядов вправо. Нормирующее устройство (делитель) выполняет операцию деления сигнала анализируемого участка дальности на оценку интенсивности шумов.

1&6. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ КООРДИНАТ ЦЕЛИ

В РЛС с цифровой обработкой сигналов дальность до цели определяется, как правило, соотношением г" = 1сТ_я/2, где i- по­мер канала дальности, в котором находится сигнал цели.

Примечание. При многоуровневом квантовании сигналов по амплитуде л in повышения ючности измерения дальности иоле! производиться нссопая (с учетом формы импульса) обриботку сигналов в смежных каналах даль­ности.

Цифровой измеритель азимута может быть реализован с по­мощью устройства (рис. 16.19), включающего обнаружитель с

334

фиксацией границ пачки, преобразователь угла поворота антенны в цифровой кол и схему определения центра пачки.

Рис. 16.19. Цифровой измеритель азимута

Импульсы начала и конца пачки используются для считывания кода азимута с преобразователя, а измеренное значение азимута цели (оценка азимута) определяется но формуле

(16.15)

где р_н, рк- -азимуты начала и конца пачки соответственно.

Преобразователь азимута в цифровой код включает датчик масштабной отметки «сеиер», датчик масштабных азимутальных импульсов (МАИ) и m-разрядный двоичный счетчик. Число раз­рядов счетчика выбирается из условия т = ]\ogn (1 + 36О/Дмаи)[, где Амли—дискретность масштабных азимутальных яипульсов п

градусах.

Схема определения центра пачки состоит из сумматора, ключей

Кл н Кл и устройства управления (триггер Т, схемы Ш, И2, ИЛИ, ИЛИ2, линии задержки Л31, Л32).

Рассмотрим функционирование устройства. Импульсом «Север» счетчик устанавливается в нулевое состояние, а затем начинает счет МАИ, приходящих на его вход с Датчика МАИ. Параллель­ный двоичный код текущего значения азимута подается на ключи Кл. На второй вход,этих ключей поступают в качестве коммути­рующих сигналов импульсы начала или конца пачки. При приходе с обнаружителя импульса начала пачки ив из счетчика в сумма-

335

тор переписывается код азимута р_н, а при приходе импульса кон­ца пачки и_х — код азимута (V. Б сумматоре оба числа складыва­ются и делятся пополам путем сдвига на один разряд в сторону младших разрядов. В качестве импульса сдвига используется им­пульс конца пачки, прошедший через схемы И1 (И2), ИЛИ2 и линию задержки Л31. Бремя задержки в этой линии выбирается таким, чтобы к моменту сдвига в сумматоре закончились пере­ходные процессы, связанные с образованием суммы. После окон­чания сдвига с сумматора выдастся код азимута цели, и сумматор устанавливается в исходное состояние. В качестве импульса, уп­равляющего выдачей кода, используется импульс конца пачки, за­держанный относительно импульса сдвига на определенное время. Чтобы исключить считывание кодов р_н и р„ во время переходных процессов в счетчике, связанных с подачей на его вход очередного импульса МАИ, импульсы начала и конца пачки подаются на ключи Кл через схему запрета, на запрещающий вход которой по­ступают импульсы МАИ. В случае, когда цель находится на нуле­вом пли близком к нему азимуте, вычисления по формуле (16.15) приводят к ошибке, равной 180°. Азимут центра пачки при этом необходимо определять по формуле

— 180°. (16.16)

Операцию пычитапия можно заменить операцией сложения чи­сел в обратном или дополнительном коде. Использование допол­нительного кода предпочтительнее, поскольку нуль в этом коде имеет единственное представление. Переход к вычислению по фор­мулам (16.15), (16.16) происходит автоматически по следующему критерию: если импульс «севера» находится вне интервала пачки, то вычисление необходимо производить по формуле (16.15), а если внутри — по формуле (16.16).

В первом случае с триггера Г, который устанавливается в еди­ничное состояние импульсом начала начки, подается разрешающий потенциал на схему И1, и импульс конца пачки, используемый для сдвига суммы, поступает на сумматор через И1, ИЛИ2, Л31, что сооответствует вычислению по формуле (16.15). Во втором случае до прихода импульса конца пачки триггер импульсом «се­вер» перебрасывается в нулевое состояние, и разрешающий по­тенциал подается па схему И2. Импульс конца пачки с выхода схемы И2 подастся через ИЛИЯ, Л31 для сдвига суммы, а чере;>

Л32—на ключи Кд, обеспечивая подачу на вход сумматора до­полнительного кода числа—180. Бремя задержки в Л32 выбира­ется таким, чтобы в сумматоре закончились переходные процессы, связанные со сдвигом.

Оценим ошибку, вносимую данным устройством я суммарную ошибку измерения азимута. Она имеет систематическую и случай­ную составляющие. Систематическая составляющая обусловлена

338

тем, что импульсы начала и конца пачки выдаются только после выполнения соответствующих критериев. Так, например, для алго­ритма «1/1—к» имеет место смещение вправо момента фикса­ции начала пачки на (/—1) позицию, а момента фиксации кон­ца пачки — на к позиций. Суммарная систематическая ошибка при этом Дрсист = (I + к -— 1) Лр/2. где Др = 360°7\т/(₃ — угловое рас­стояние между импульсами в пачке; /,,— время однократного об­зора зоны. Эта ошибка может быть скомпенсирована схемным путем, например, путем установки сумматора в исходное состоя­ние, соответствующее дополнительному коду числа—Арсист- Слу­чайная составляющая ошибки обусловлена, главным образом, не­симметричностью пропусков сигнальных импульсов на краях пач­ки, где отношение сигнал—шум мало. Среднее квадратическое значение этой ошибки имеет порядок оц = (0,7... 0,9) Др.

В цифровых системах СДЦ наиболее полно проявляются пре­имущества цифровых методов и устройств обработки радиолока­ционных сигналов (54, 55). Их принципиальным отличием от обычных систем СДЦ является цифровая реализация гребенча­того фильтра подавления (рис. 16.20).

16.7. ОСОБЕННрСТИ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СДЦ

16.7.1. Обобщенная структурная схема цифровой системы СДЦ

Рис. 16.20. Обобщенная структурная схема цифровой системы СДЦ

Коэффициент подавления ПП, реализуемый в цифровых сис­темах СДЦ. определяется соотношением

(16.17)

где Кпп upw — предельно достижимый коэффициент подавле­ния ПП для заданных структуры цифрового гребенчатого фильтра подавления (ЦГФП), параметров ПП и динами­ческого диапазона тракта до АЦП;

337

Л'пплци~ 10'"'"'"' (здесь in — разрядность АЦП); Кит —коэффициент подавления, обусловленный неста­бильностью г-ru функционального узла РЛС (генератора СВЧ, местного и когерентного гетеродинов).

Из (16.17) видно, что использование цифровой системы СДЦ еще не является гарантией высокой помехозащищенности РЛС от ГТП. Для полной реализации ее возможностей необходимо принимать меры по стабилизации параметров зондирующего сигнала, частот гетеродинов и расширению динамического диапазона приемного тракта (/),„>> Лпптц)-

Цифровые ГФП могут обрабатывать сигналы по временной или частотной областях. В первом случае ЦГФП являются эквивален­том аналоговых устройств ЧПК соответствующей кратности (с об­ратными связями или без них), а во втором — набора доплеров-ских фильтров корреляционно-фильтровых систем СДЦ.