5.8.2. Разрядность АЦП

Разрядность АЦП определяется двумя факторами: допустимым уровнем шума квантования и «выбранным динамическим диапазоном. Для оценки эффектов квантования можно воспользоваться результатами анализа, проведенного в предыдущем разделе, а также моделированием работы АЦП. В этом разделе рассматриваются требования, предъявляемые к АЦП с точки зрения динамического диапазона.

Необходимо помнить, что в полностью цифровой системе обработки данных аналого-цифровое преобразование предшествует операции сжатия импульсов. Если цель точечная, то динамический диапазон определяется отношением наибольшего ожидаемого уровня эхо-сигнала до его сжатия к уровню шума. Однако если цель распределенная, то эхо-сигналы накладываются еще до сжатия и ожидаемый уровень сигнала возрастает. Рассмотрим этот случай подробнее.

Найдем уровень сигнала до сжатия, считая, что после отражения зондирующего сигнала от совокупности целей эхо-сигналы будут иметь амплитуды и задержки Принятый сигнал как функция времени описывается выражением

Если предположить, что отражатели, как это обычно бывает, независимы, то мощность принятого сигнала будет равна

Перепишем это выражение в недискретизованной форме

где плотность ЭПР (т. е. величина ЭПР на единицу расстояния). Если функция постоянна и равна Со, импульс длительности Т и амплитуды А, то

Величина мощности шума в полосе сигнала равна где — спектральная плотность мощности шума (постоянная «в пределах полосы сигнала). Следовательно, динамический диапазон равен

т. е. произведению мощности сигнала, отнесенной к единичному интервалу времени, на длительность сигнала, деленному на произведение мощности шума, отнесенной к единичной полосе, на ширину полосы сигнала. Поэтому требуемое число разрядов АЦП равно

Отметим, что при увеличении энергии сигнала требуемое число разрядов возрастает, так как амплитуда принятого сигнала будет увеличиваться (в том числе за счет наложения большого числа эхо-сигналов). Но с увеличением полосы сигнала требуемое число разрядов уменьшается, поскольку уровень шума при этом возрастает, а величина поддерживается на постоянном уровне, равном 1.

Использование модели отражения с постоянной плотностью ЭПР позволило легко вычислить мощность принятого сигнала (5.55) и затем с помощью соотношения (5.57) проанализировать некоторые взаимосвязи. В общем случае для каждой конкретной системы с учетом возможной целевой обстановки нужно ввести свою модель отражения и определить требуемое число разрядов АЦП. Подобное моделирование работы радиолокатора проводилось неоднократно и показало, что для полос сигналов 10—50 МГц требуемая разрядность АЦП обычно составляет 8—12 бит.

Рассмотрим подробнее некоторые из предположении, использовавшихся выше при анализе разрядности АЦП. Прежде всего предполагалось, что минимальный шаг квантования АЦП равен среднему квадратическому значению входного шума, т. е. Возникает вопрос, следует ли выбирать его таким же при наличии - помех от местных предметов. При уменьшении этого отношения шум не будет превышать одного шага квантования, поэтому, если на одном и том же интервале кроме помех от местных предметов будет принят эхо-сигнал низкого уровня (до сжатия более слабый, чем шум), то часть энергии (или даже вся энергия) этого эхо-сигнала будет потеряна. Таким образом, важно, чтобы независимо от уровня помех от местных предметов флуктуации шума

выходили за пределы то крайней мере одного уровня квантования. Отметим также, что если шум будет флуктуировать в пределах большего числа уровней квантования, то это приведет к сокращению динамического диапазона. В предыдущем разделе уже было показано, что выбор приводит к небольшому ухудшению отношения сигнал/шум, но при проектировании радиолокационной системы приходится учитывать даже эти незначительные потери.

Еще одним параметром, входящим в отношение является уровень шума . В некоторых радиолокационных системах для сокращения требуемого динамического диапазона вводят дополнительный аддитивный шум. Это оказывается возможным лишь при достаточно болыжж отношении сигнал/шум, так как при таком методе сокращения динамического диапазона оно понижается. Однако во многих случаях отношение сигнал/шум оказывается достаточно большим, поэтому метод введения аддитивного шума вполне может быть использован он уже неоднократно использовался) на практике.