Глава 8. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ, СТРУКТУРНАЯ И КОМБИНИРОВАННАЯ СЕЛЕКЦИИ

8.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СЕЛЕКЦИЯ

Методы и средства функциональной обработки сигналов дают возможность проводить раздельное измерение угловых координат нескольких источников радиоизлучения и параметров радиосигналов (амплитуды, частоты и т. д.). Благодаря этому на этапе обработки видеосигналов осуществляется селекция полезного сигнала.

Задача одновременной оценки нескольких параметров требует построения многоканального измерителя, который представляет собой многоканальную РЛС с приемной антенной решеткой [8, 167, 2091.

При отсутствии шумов измерение нескольких параметров радиосигналов сводится к получению и решению определенной системы уравнений с неизвестными, являющимися искомыми параметрами радиосигнала. Обычно система уравнений имеет вид

где — функция искомых параметров измеренные значения комплексных амплитуд поля в раскрыве антенны либо комплексных авто- и взаимокорреляционных функций сигналов в независимых каналах измерений.

Практически функции искомых параметров представляют собой сигналы им на входах элементарных антенн многоканального радиолокационного измерителя

где — частота 1-го сигнала; амплитуда 1-го сигнала входе антенны, — начальная фаза 1-го сигнала. фаза определяется относительным положением 1-го источника по отношению к антенне. Для линейной антенной решетки

где смещение антенны относительно центра решетки радиолокационного измерителя, угол прихода сигналов от 1-й цели. Здесь предполагается, что все целей находятся на одной дальности.

Если считать частоту а, известной и одинаковой для всех сигналов, то неизвестными величинами являются амплитуды начальные фазы и угловые координаты источников Для определения всех неизвестных необходимо решить систему независимых уравнений.

При некогерентных сигналах их начальные фазы можно не учитывать (из-за усреднения). Тогда для определения угловых координат и амплитуд требуется независимых уравнений вида

Проблема определения неизвестных сводится по сути дела к воспроизведению распределения поля в раскрыве решетки по отсчетам.

Каждому пространственному распределению целей соответствует свое распределение поля в раскрыве решетки и своя диаграмма направленности, именуемая откликом радиолокационного измерителя.

Рассмотрим проблему разрешения двух источников сигналы которых имеют амплитуды и Угловое положение источников характеризуется углами Каждый из источников порождает в измерителе отклик . Для измерения четырех неизвестных антенная решетка должна иметь четыре элемента.

Пусть нормированный отклик радиолокатора на воздействие одиночного сигнала имеет вид

где обобщенная угловая координата; апертура антенны; текущий угол между направлением на цель и осью антенны.

Функция применяется здесь в связи с тем, что описывает дифракционную диаграмму при равномерном распределении поля в раскрыве антенны РЛС (отклик измерителя) и используется в теореме отсчетов В. А. Котельникова.

Отклики измерителя на действие одиночных сигналов изображены на рис. 8.1 пунктиром. В соответствии с теоремой отсчетов отклик может быть полностью воспроизведен, если отсчеты проводятся со сдвигом

При действии двух сигналов с амплитудами и угловыми координатами суммарный отклик (рис. 8.1) является суперпозицией двух одиночных откликов вида (8.1.2)

где безразмерные амплитуды. Поэтому он может быть воспроизведен отсчетами, взятыми через интервал

Если измеренные значения амплитуд равны , то может быть составлена система из четырех независимых трансцендентных уравнений типа

где обобщенная координата точки отсчета (рис. 8.1)

Рис. 7.1.

Система уравнений типа (8.1.4) позволяет найти искомые значения углов Разделив уравнение на 1-е, получим

Отсюда

По аналогии из уравнений находим

Из (8.1.6) и (8.1.7) получаем

Пусть (рис. 8.1). Тогда, принимая во внимание нечетность функции найдем

Из (8.1.8) с учетом (8.1.9) имеем

После преобразований получим систему линейных уравнений типа

где индексы могут принимать любые значения из ряда 1, 2, 3, 4 (например, 1, 2, 3 или 2, 3, 4).

Более удобная форма записи уравнения (8.1.11) меет вид

где показатель степени ).

Решая совместно два уравнения типа (8.1.11) для конкретных значений углового положения элементарных антенн, например, для и для (рис. 8.1), получаем

Так как

Отсюда искомые значения координат источников и

Приведенный пример показывает, что даже в простейшем случае измерения параметров двух сигналов вычислительные операции являются довольно громоздкими. Так, трехантенная РЛС, описанная в [209—211], кроме измерителей фаз и амплитуд, имеет специальное вычислительное устройство, с выхода которого снимаются две угловые координаты Поэтому в состав РЛС с функциональной обработкой входят вычислительные устройства, предназначенные для решения сложных систем нелинейных уравнений.

Достоинством РЛС с функциональной обработкой является то, что обработка сигналов в основном переносится на видеотракт. Это снимает ряд серьезных требований к высокочастотным элементам приемной антенной решетки, которая может иметь «замороженное» распределение поля по раскрыву. В этом смысле функциональные РЛС имеют те же преимущества, что РЛС с голографической

обработкой сигналов. Недостатком РЛС с функциональной обработкой является сложность вычислительной аппаратуры и необходимость априорного знания числа целе- для «точного» выбора необходимого алгоритма вычисленийй В заключение отметим, что применение принципов функ. циональной обработки в классических РЛС, находящихся в эксплуатации, позволяет повысить их помехозащищенность. Так, типичная моноимпульсная РЛС, имеющая четыре приемных антенны, с успехом может решать задачу одновременного определения координат двух целей и измерения мощностей приходящих от них сигналов [209—211]. Однако достигается это за счет значительного усложнения аппаратуры.