5.9.2. Пример системы СДЦ

В качестве примера, иллюстрирующего применение цифровой системы СДЦ, рассмотрим цифровое устройство, разработанное за несколько последних лет в лаборатории Линкольна. Это устройство, названное обнаружителем движущихся целей (ОДЦ), предназначено для оптимизации характеристик аэродромных радиолокаторов кругового обзора, входящих в автоматизированную систему Федерального авиационного управления США.

ОДЦ представляет собой специализированное цифровое устройство, способное обеспечить обработку сигналов при обзоре пространства по азимуту на 360°, а по дальности около 90 км с разрешением Блок-схема ОДЦ представлена на рис. 5.45. Он подключается к выходу приемного устройства с большим динамическим диапазоном, работающего в линейном режиме практически во всем диапазоне преобразования АЦП. Требование линейности приемника является в данном случае (но вообще далеко не всегда) весьма важным, так как иначе произойдет расширение спектра помех от земной поверхности. В результате спектр помех попадет в доплеровские фильтры и характеристики системы СДЦ будут ухудшены. Отметим, что жесткое ограничение сигнала, часто применяемое в радиолокаторах с СДЦ, при использовании трехимпулысного подавителя приводит к увеличению порога обнаружения на 20 дБ.

(кликните для просмотра скана)

Принятый сигнал (Преобразуется к основной полосе, чтобы получить его комплексную огибающую. После аналого-цифрового преобразования 11-разрядные отсчеты с выходов обоих квадратурных каналов накапливаются в ферритовой памяти объемом 8000 слов. Сначала на некоторой частоте повторения импульсов для каждой из 768 дальностных полос накапливаются 10 отсчетов. После этого частота повторения изменяется примерно на 20%, и процесс накопления отсчетов повторяется. Во время повторного накопления 10 отсчетов данные, полученные на первом этапе накопления, считываются из памяти. Все 10 отсчетов, относящихся к любой дальностной полосе, считываются последовательно и поступают на обработку, после этого считываются 10 отсчетов, относящихся к следующей дальностной полосе, и т. д. Все 10 отсчетов, относящихся к одной дальностной полосе, поступают в трехимпульсный подавитель, после чего выполняется 8-точечное ДПФ. Одновременно те же отсчеты пропускаются через фильтр нулевой скорости. Описанная совокупность фильтров обеспечивает хорошее приближение к оптимальному обнаружителю [10], работающему при наличии помех от земной поверхности. На рис. 5.46, а и б приведены характеристики двух действующих подоптимальных обнаружителей, в которых для режекции местных помех используется трехимпульсный подавитель, а гребенка доплеровских фильтров реализуется посредством ДПФ. Для уменьшения уровня боковых лепестков доплеровских фильтров, реализуемых с помощью алгоритма ДПФ, используется сглаживание, при этом из всех выходных отсчетов доплеровских фильтров вычитаются отсчеты смежных фильтров, деленные на 4. Эта операция, очень простая в реализации, эквивалентна умножению отсчетов во временной области на весовую функцию, имеющую вид смещенной вверх косинусоиды.

Схема подоптимального обнаружителя намного проще схемы оптимального обнаружителя. Если число доплеровских фильтров: равно 8, то в оптимальной схеме потребовалось бы обеспечить выполнение 64 операций умножения комплексных чисел для каждого элемента разрешения в координатах дальность — азимут. Все эти умножения должны быть завершены приблизительно за так что требуемая скорость перемножения комплексных чисел равна 8 млн. умножений в секунду, а действительных чисел — 32 млн. умножений в секунду. В то же время для подоптимальной схемы при использовании алгоритма БПФ требуется выполнить всего четыре простых умножения на Эти умножения сводятся к умножению на константу вида которое реализуется с помощью четырех сумматоров. Остальная часть схемы ОДЦ также строится таким образом, чтобы избежать, выполнения операций умножения.

Экспериментальное исследование помех от земной поверхности показывает, что уровень помех заметно меняется от одного

(кликните для просмотра скана)

элемента разрешения к другому. В частности, существует много областей с низкой интенсивностью помех, в которых возможность обнаружения самолета зависит только от отношения оигнал/шум. Для того чтобы провести пороговый анализ, с помощью которого можно было бы найти наилучшую оценку уровня помех от земной поверхности и максимизировать вероятность обнаружения самолета, в ОДЦ формируется радиолокационная карта помех от земной поверхности, снимаемая с высоким разрешением (рис. 5.45).

По азимуту вся просматриваемая радиолокатором зона разбивается на 480 интервалов когерентной обработки, каждый из которых соответствует половине ширины диаграммы направленности антенны. На одном из интервалов когерентной обработки излучаются 10 импульсов, имеющих постоянную частоту повторения. На следующем когерентном интервале используется другая частота повторения. Радиолокационная карта местных помех накапливается на магнитном диске, где хранятся отсчетов уровня помех, по одному на каждый элемент разрешения по дальности внутри каждого из интервалов когерентной обработки. Отсчеты уровней местных помех хранятся в формате -разрядных чисел с плавающей запятой, чтобы обеспечить достаточно большой динамический диапазон представления помех.

Для построения радиолокационной карты помех от местных предметов используется рекурсивная фильтрация, которая заключается в том, что при каждом сканировании выходных отсчетов фильтра нулевой скорости добавляется к уже накопленных значений карты помех. Чтобы получить средние значения отсчетов карты, достаточно накопить результаты 10—20 сканирований. Для построения более точной радиолокационной карты местных помех требуется регистрировать уровни помех при вполне определенных положениях антенны. При этом вся зона обзора по азимуту (что соответствует 4096 импульсам изменения азимута) разбивается на 240 азимутальных элементов, каждый из которых проходится за 17 или 18 импульсов изменения азимута. Каждому азимутальному элементу соответствуют два интервала когерентной обработки. На каждые два азимутальных элемента (т. е. через 34 или 36 импульсов изменения азимута или приблизительно через 44 мс) приходится одно обращение к диску, во время которого с диска считываются и записываются на него отсчеты местных помех, соответствующие четырем когерентным интервалам. Время доступа к диску не превышает 18 мс. Входные данные, подлежащие обработке в ОДЦ, предварительно заносятся в буферную память, состоящую из двух блоков объемом по 3000 слов на МДП ИС.

Отсчеты радиолокационной карты помех от местных предметов умножаются на константу и используются при формировании пороговых уровней. Для фильтра нулевой скорости (0) используется

умножитель на коэффициенты от 4 до 8, а для двух смежных с ним фильтров (1 и 7), в которых расчетный уровень попадающих туда помех от земной поверхности равен —40 дБ, используется другой умножитель. Коэффициенты всех этих умножителей равны степени 2 или сумме двух степеней 2, поэтому они строятся на базе схем сдвига и сумматоров.