§ 11.4. ОСОБЕННОСТИ ПОИСКА СИГНАЛОВ В РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Ранее упоминалось, что наличие сигнала на входе радиоприемного устройства РНС не вызывает сомнения и поиск сводится к грубому измерению времени запаздывания и средней частоты спектра сигнала в заданной области их возможных значений.

Чаще всего возможные значения времени запаздывания априори равновероятны в пределах от 0 до некоторого значения превышающего полного периода сигнала. Диапазон частотных расстроек, в котором проводится поиск, зависит от максимальной скорости взаимного сближения (удаления) наблюдателя и РМ, расхождения частот системного и местного эталонов времени и т. д. и для конкретных условий работы РНС определяется без труда. Будем считать, что возможные значения времени запаздывания и частоты , измеряемые в процессе поиска, образуют на плоскости прямоугольную область неопределенности со сторонами (рис. 11.5).

Требования к точности поиска зависят от параметров каналов сопровождения по времени и частоте, функции которых чаще всего выполняют следящие измерители (см. гл. 14, 15). Следящие измерители вводят в синхронизм, если расстройка по измеряемым параметрам не превосходит определенного значения.

Рис. 11.5

Система автоматической подстройки частоты обеспечивает вхождение в синхронизм, если расстройка по частоте не превышает полосу захвата , системы. В системе сопровождения по времени условие захвата удовлетворяется, если расстройка (исходное время рассогласования) не превосходит значения . В общем случае и область неопределенности может быть разбита на элементарных ячеек. Для ввода систем сопровождения в рабочий режим необходимо указать ячейку, соответствующую искомому сигналу. Поэтому задача поиска может быть сведена к совместной оценке времени запаздывания и частоты, принимающих дискретных значений (см. § 5.2), т. е. к различению сигналов (см. § 3.7). В большинстве РНС интенсивность сигнала в процессе поиска практически неизменна и, следовательно, оптимальным правилом, максимизирующим вероятность завершения поиска правильным исходом , является

вытекающее непосредственно из (4.50).

Стандартные способы нахождения статистики при заданной точности ее дискретной аппроксимации обсуждались в § 5.2 (см. рис. 5.6). Прямая реализация описанпых в § 5.2 алгоритмов потребовала бы одновременного вычисления значений для всех возможных сочетаний дискретизованных аргументов , . Подобную оценку здесь уместно назвать параллельным поиском (все ячейки из области неопределенности анализируются одновременно). Значение определяет число каналов устройства параллельного поиска и в РНС может достигать нескольких десятков тысяч, поэтому практическое осуществление параллельного поиска проблематично. В связи с этим находят применение упрощенные способы поиска, основанные на параллельно-последовательном и последовательном просмотре зоны неопределенности. Суть их состоит в том, чтобы вычислять значения для различных сочетаний (разных ячеек) не сразу, а поочередно. При этом каждый канал поискового устройства используют многократно, формируя статистику последовательно во времени для нескольких ячеек, а общее число каналов уменьшается. При параллельно-последовательном способе поиска одновременно анализируются ячеек зоны неопределенности. Обычно , где — целое число.

При фиксированном значении платой за сокращение числа каналов устройства поиска является увеличение времени поиска в k раз. При простейшем, последовательном, способе поиска и время поиска возрастает в раз по сравнению с параллельным поиском. Помимо этого, для предельного упрощения поисковых процедур отбор значений , максимизирующих , нередко заменяют сравнением в каждой индивидуальной ячейке области неопределенности с некоторым фиксированным порогом. Вычисляемые поочередно для разных ячеек статистики между собой не сравниваются, значение для ячейки, не превысившее порог, при анализе ячейки не используется, и потому требуемый объем памяти минимален — хранить нужно только те данные, которые отвечают анализируемой в текущий момент ячейки. Таким образом, поиск в данном варианте состоит в обнаружении сигнала в каждой из поочередно просматриваемых ячеек плоскости и заканчивается указанием координат первой же ячейки, в которой обнаруживается сигнал. В этом случае время поиска становится случайным, так как, если за время анализа всех ячеек пороговый уровень не превышен, процедура поиска возобновляется с первой ячейкой и продолжается до тех пор, пока в одной из ячеек не превзойдет пороговый уровень.

При проектировании приемоиндикаторов РНС необходимо определить среднее время поиска сигнала t и вероятность правильного завершения поиска . Их значения зависят от вероятностей превышения порога в пустой ячейке (вероятность ложной тревоги )и непревьппения порога в ячейке, содержащей сигнал (вероятность пропуска сигнала , а также от времени анализа [время на вычисление и сравнение с порогом ] в каждой из М ячеек.

Поскольку время также является функцией и , вывод общих зависимостей достаточно сложен, а конечные формулы громоздки. Однако при малых значениях , когда выполняется условие , можно получить достаточно простые формулы для расчета и при последовательном поиске:

Последний результат позволяет установить, что минимум при фиксированной вероятности правильного завершения достигается при ненулевом значении вероятности пропуска в ячейке . Дело в том, что гарантировать достижение заданной вероятности обнаружения сигнала в ячейке можно только затратив на ее анализ время , которое тем больше, чем при прочих равных условиях меньше требуемая вероятность пропуска . С уменьшением до нуля сомножитель в (11.11) стремится к бесконечности, что, несмотря на стремление второго сомножителя к минимуму , приводит к неограниченному росту t. Физически это означает, что добиться гарантированного завершения поиска на первом же просмотре можно только ценой очень долгого «стояния» в каждой ячейке, это затягивает всю процедуру.

Таким образом, предъявлять к вероятности пропуска в ячейке чрезмерно жесткие требования нецелесообразно. Кроме того, иметь и 1 также нельзя: хотя при этом время пребывания в каждой ячейке будет малым, из-за частых пропусков поиск сведется к длительным повторяющимся просмотрам области неопределенности [окажется длительным, что формально проявляется в стремлении к бесконечности второго слагаемого в скобках (11.11) при ]. Как показывают расчеты [5], при общем числе просматриваемых ячеек и значение , минимизирующее t, лежит в пределах .

Назовите основные характеристики РЛС, влияющие на выбор способа обзора заданной рабочей зоны.

Какие параметры характеризуют эффективность выбранного метода обзора?

В чем отличие параллельного, последовательного и параллельно-последовательного методов обзора?

Каковы пути снижения времени обзора заданной рабочей зоны РЛС?

В чем отличие винтового и спирального методов последовательного обзора пространства?

При последовательном спиральном обзоре определите время обзора сектора , если РЛС имеет симметричную ДНА шириной и частоту повторения импульсов . Укажите достоинства многоканального обзора пространства.

В чем суть управляемого по программе и адаптивного способа обзора? Укажите их преимущества и возможность практической реализации.