14.2. Цифровая обработка сигналов РСА

При аналоговой обработке в РСА с использованием фотопленки информация извлекается с большим запаздыванием относительно момента записи.

Цифровая обработка сигналов в РСА позволяет получать картографическую информацию в реальном масштабе времени, если обеспечиваются требуемые быстродействие и объем памяти специализированного вычислителя (процессора).

Структурная схема устройства цифровой обработки сигналов РСА. С помощью АЦП (рис. 14.12) сигналы фазовых детекторов двух квадратурных каналов преобразуются в цифровой код и подаются в ОЗУ, состоящие из азимутальных каналов и каналов дальности. Кодированные сигналы в каждый период повторения записываются в соответствующий азимутальный канал, имеющий ячеек дальности (см. рис. 14.7). Поэтому в каждой ячейке дальности содержится информация о сигнале, отраженном от цели, находящейся на данном расстоянии и наблюдаемой под определенным азимутальным углом к направлению полета. Содержимое ОЗУ считывается с некоторой задержкой относительно момента записи. При этом в каждом периоде повторения

сигнал снимается поочередно с каждого из каналов дальности, образованного определенными ячейками дальности азимутальных каналов. Такой сигнал содержит информацию об изменении отраженного сигнала от цели на дальности при движении ЛА на интервале синтезирования Сигналы с ОЗУ обрабатываются процессором реализующим алгоритм (14.7) при фокусированной обработке или (14.8) при нефокусированной. Весовые коэффициенты и фазовые сдвиги вводит вычислитель опорной функции ВОФ, который вырабатывает сигнал, представляющий собой аналог импульсной переходной характеристики

Рис. 14.12. Структурная схема устройства цифровой обработки сигналов РСА

Устройства фокусированной обработки. Фокусированная обработка требует умножения сигнала каждого канала дальности на зависящую от дальности функцию Для этого с помощью вычислителя опорной функции формируется сигнал, описываемый выражением (14.7), который перемножается с сигналом ОЗУ. После умножения производится суммирование сигналов с данной дальности по всем азимутальным ячейкам, в результате чего образуются сигналы соответствующие корреляционным интегралам квадратурных каналов. Выходной сигнал процессора представляет собой корень квадратный из суммы квадратов и

Компенсирующий сдвиг фазы у (14.7) можно ввести, изменив ортогональные проекции вектора сигнала. Это достигается изменением составляющих сигнала в квадратурных каналах. В самом деле, если нужно ввести фазовую поправку а вектор сигнала имеет квадратурные составляющие и то новый фазовый угол, очевидно, будет или При этом квадратурные составляющие вычисляют по формулам

Следовательно, алгоритм ввода компенсирующего сдвига фазы путем изменения ортогональных составляющих сигнала и получается следующим:

Таким образом, ввод поправки сводится к формированию составляющих после сложения и вычитания квадратурных взвешенных с весами составляющих Значение следовательно, и веса по азимутальным ячейкам меняются в соответствии с соотношением (14.4) и рис. 14.9, г для различных каналов дальности, так как у зависит от

В каждом периоде повторения в любом канале дальности (рис. 14.12) формируется сумма сигналов с азимутальных ячеек каждого квадратурного канала. Выходы каналов дальности объединяются коммутатором.

Требования к устройствам цифровой обработки сигналов РСА. Пусть задано значение на расстоянии Для этого при требуется сформировать искусственный раскрыв (апертуру) размером При скорости движения носителя радиолокатора время запоминания сигнала При число каналов дальности равно Число суммируемых сигналов равно числу отраженных импульсов за время запоминания и при Гц составляет 2000. Если динамический диапазон системы обработки 102, то необходим объем памяти около двоичных единиц.

Быстродействие системы обработки должно быть достаточным для получения радиолокационного изображения в реальном масштабе времени. При нефокусированной обработке в каждом канале дальности за должны выполняться одна операция сложения (прибавляется очередной отраженный импульс) и одна операция вычитания (устраняется первый из накапливаемых импульсов). Скорость обработки при этом составляет При фокусированной обработке сложению сигналов предшествует введение компенсирующего сдвига фаз, что увеличивает требуемое быстродействие до

Таким образом, цифровые устройства требуют элементной базы со значительным быстродействием и использования сложных аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразований, что приводит к росту стоимости, размеров и массы устройств.

Рис. 14.13. Структура одного канала дальности при фокусированной обработке информации в процессоре РСА

Структурная схема устройства на приборах с зарядовой связью. Приборы с зарядовой связью (ПЗС) перспективны для обработки сигналов в РСА, поскольку в них необходима только дискретизация сигнала по времени, а АЦП не требуется, что существенно упрощает построение устройства обработки и снижает требования к быстродействию и объему памяти. При использовании ПЗС для обработки сигналов РСА (рис. 14.14) сигнал после фазового детектора квадратурных каналов дискретизируется по времени дискретизатором и превращается в последовательность примыкающих друг к другу видеоимпульсов с изменяющейся амплитудой. Эти видеоимпульсы запоминаются в ячейках ОЗУ на ПЗС период за периодом в течение Считывание информации производится с одинаковых ячеек дальности ОЗУ на ПЗС, т.е. по азимуту. Сама обработка амплитуд видеоимпульсов реализуется в аналоговом виде в процессоре на ПЗС (ППЗС) и может заключаться в простом суммировании сигналов азимутальных ячеек ОЗУ при нефокусированной обработке или в суммировании взвешенных сигналов квадратурных каналов при фокусированной. Управление устройством осуществляется тактовыми импульсами (ТИ). С выхода процессора аналоговый сигнал сразу может подаваться на индикатор для отображения информации.

Рис. 14.14. Структурная схема одного квадратурного канала обработки на ПЗС

В литературе приводятся следующие данные о характеристиках РЛС с СА[ 13]:

(см. скан)

Вид изображения местности на экране индикатора БРЛС в режиме фокусированного синтезирования апертуры с цифровой обработкой сигналов в реальном масштабе времени показан на рис. 14.15.

Рис. 14.15. Изображение гористой местности на экране индикатора (монитора) РЛС с СА

Контрольные вопросы

(см. скан)