ГЛАВА 7. ПОДАВЛЕНИЕ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ СИГНАЛОВ НА ВЫХОДЕ СОГЛАСОВАННОГО ФИЛЬТРА

7.1. Введение

В гл. 6 было показано, что при подаче на вход согласованного фильтра ЛЧМ сигнала форма сигнала на выходе будет определяться функцией которая характеризуется наличием боковых лепестков на оси дальности или времени по обе стороны от сжатого импульса. Первый и наибольший на этих боковых лепестков по дальности лишь на 13,2 дб ниже пикового значения сжатого импульса, в то время как последующие боковые лепестки уменьшаются приблизительно на 4 дб при переходе от лепестка к лепестку; между лепестками сигнал спадает до нуля, причем для идеальной функции нули расположены на расстоянии друг от друга, где номинальная ширина спектра. При наблюдении с помощью радиолокатора, использующего сжатие импульса, большого числа целей, имеющих широкий динамический диапазон отражающих поверхностей, упомянутые выше боковые лепестки по дальности представляют собой источник интерференционных помех, которые могут замаскировать более слабые сигналы.

Такой случай изображен на рис. 7.1 Успешное применение методов сжатия импульсов с помощью согласованных фильтров часто зависит, причем в некоторых случаях очень сильно, от того, удастся ли получить на выходе согласованного фильтра сжатый сигнал с низким уровнем боковых лепестков по дальности. Для ЧМ сигнала общего вида, который мы ранее определили в виде

сигнал на выходе согласованного фильтра может быть записан как

или

Наличие нежелательных боковых лепестков по дальности определяется интегральной записью сжатого сигнала; оно связано с модулем спектра сигнала, как и следует из выражения (7.3).

Рис. 7.1. Влияние боковых лепестков по дальности на обнаружение слабых сигналов: а — обычные импульсные сигналы; б - сигналы на выходе согласованного фильтра.

Для того чтобы минимизировать воздействие этих нежелательных сигналов на функционирование системы, были предложены и рассмотрены различные методы управления модулем спектра сигнала. Они входят в общий класс методов весовой обработки, т. е. формирование спектра с помощью частотной фильтрации или формирование огибающей сигнала как функции времени. Можно также применять управление функцией ЧМ, как уже говорилось в гл. 3, для непосредственного получения подходящего спектра сигнала. Методы компенсации с помощью линий задержки, называемые трансверсальной фильтрацией, были также использованы для синтезирования эффективных частотных передаточных функций с целью получения заранее заданного распределения амплитудного спектра на выходе согласованного фильтра.

Одним из важных аспектов всех этих общих методов является отыскание оптимальных функций модуля спектра. Здесь «оптимальность» есть широко определенный термин, который обычно понимается в смысле минимума средйих потерь в разрешающей способности и характеристиках обнаружения сигнала при максимальном

уменьшении помех, созданных боковыми лепестками. Однако определение оптимальности может также включать и такие практические соображения, как простоту реализации, чувствительность к изменениям параметров модуля спектра (из-за допусков при расчете или случайных ошибок) и воздействие изменений несущей частоты входного сигнала на уровень боковых лепестков по дальности. Скорость спадания амплитуды боковых лепестков также может явиться предметом тщательного рассмотрения в том случае, если конструктор системы решит использовать сигнал, у которого ближние к сжатому импульсу лепестки будут относительно больше, за счет чего дальние лепестки можно получать более ослабленными, особенно если при этом потери в разрешающей способности или ухудшение отношения сигнал/шум будут небольшими.

Рис. 7.2. Два основных типа структур боковых лепестков по дальности сигналов на выходе согласованного фильтра: а — для сигналов с частотной модуляцией; б - для сигналов, построенных на основе фазовых кодов.

В настоящей главе будут подробно рассмотрены различные методы уменьшения уровня боковых лепестков по дальности для класса ЧМ сигналов, которые используются в системах с согласованными фильтрами. Мы будем рассматривать эти сигналы отдельно от дискретных или фазомодулированных сигналов с согласованной фильтрацией, так как поведение боковых лепестков по дальности для каждого из этих классов сигналов имеет различный характер. Боковые лепестки ЧМ сигналов обычно уменьшаются при удалении от центра сжатого импульса, и, если форма спектра фиксирована, их поведение относительно независимо от произведения полосы на длительность или коэффициента сжатия. Таким образом в этом случае особый интерес представляет уменьшение этих боковых лепестков по дальности вблизи точки появления интересующего нас сигнала. Уровень боковых лепестков дискретных или фазоманипулированных кодов обычно зависит от произведения длительности на полосу и обычно сохраняет практически постоянное значение на интервалах сек по обе стороны сжатого импульса, где длительность несжатого импульса.

Сравнение этих двух типов поведения боковых лепестков по дальности приведено на рис. 7.2. Так как у фазоманипулированных сигналов боковые лепестки по дальности имеют большую длительность, то выделение слабых сигналов на их фоне часто бывает более сложной задачей, чем при выделении на фоне боковых лепестков

ЧМ сигналов. Это становится особенно Важным при плотном потоке целей, рассмотренном в гл. 10. Изучение фазоманипулированных сигналов, используемых в системах с согласованными фильтрами, проводится в гл. 8.

Один из главных выводов, который может быть сделан при изучении вопросов, рассмотренных в настоящей главе, состоит в том, что для большого числа практически интересных задач ЛЧМ сигналы при дополнительной весовой обработке для уменьшения боковых лепестков являются наилучшими. Поэтому мы рассмотрим некоторые специальные вопросы, относящиеся к сигналам именно такого типа. В число их входит исследование функции предыскажения частотной модуляции, которая может быть эффективно использована для формирования ЛЧМ сигналов с низким уровнем боковых лепестков.