Принцип некогерентного накопления импульсов пачки.

В обзорных РЛС число импульсов в пачке сравнительно невелико и поэтому высокое качество обнаружения пачки может быть достигнуто лишь при достаточно большом соотношении сигнал / шум, т.е. при достаточно большой величине а_1. Для этого случая lnI_o(2a₁u)»a₁u. Если принять постоянной интенсивность шума (помехи) в течение времени облучения цели, то решающая статистика пачки импульсов (накопленная решающая статистика) получается путем весового суммирования величин z(u)

где g_i - весовые коэффициенты, величина которых определяется формой ДНА и законом ее развертывания при обзоре пространства.

При определении величины весовых коэффициентов g_i<1 предполагается, что в максимуме ДНА нормированная величина полезного сигнала на входе амплитудного детектора a₁=a₁₀, остальные импульсы пачки имеют величину

Таким образом, оптимальная некогерентная межпериодная обработка N_u импульсов предполагает весовое (взвешенное) суммирование их амплитуд с учетом формы огибающий пачки.

Принятие решения об обнаружении пачки состоит в сравнении накопленной решающей статистики Z_Nи с порогами-границами, разделяющими области статистики, соответствующие принятию гипотезы о наличии пачки от областей принятия альтернативного решения об отсутствии пачки отраженных сигналов.

В задачах обнаружения пачки удобным оказывается принятие решения в соответствии с критерием Неймана-Пирсона. При использовании этого критерия решающая статистика сравнивается с порогом, величина которого выбирается так, чтобы обеспечить максимальную вероятность правильного обнаружения при условии, что вероятность ложного обнаружения не превосходит некоторой заданной (допустимой) величины. В цифровых устройствах обработки допустимая величина Р_ЛО устанавливается исходя из максимально допустимого темпа формирования ложных отметок на выходе пороговой схемы, при котором вычислительные возможности ЭВМ вторичной обработки (быстродействие, объем памяти) обеспечивают сопровождение истинных траекторий с заданным качеством.

Схема оптимальной некогерентной межпериодной обработки импульсов пачки показана на рис.8.10, а процесс взвешенного последетекторного накопления пяти импульсов пачки (N_и=5) на рис.8.11. Эта схема может быть реализована как с помощью аналоговых, так и с помощью цифровых технических средств; во втором случае технические решения оказываются более простыми.

При цифровой обработке видеоимпульсы с выхода амплитудного детектора поступают на многоуровневый аналого-цифровой преобразователь (1). Двоичные коды амплитуд видеоимпульсов записываются в оперативное запоминающее устройство, которое с дискретностью, равной периоду следования импульсов Т_u, выдает их в арифметическое устройство для умножения на весовые коэффициенты (2), последующего суммирования (3) и сравнения двоичного кода накопленной амплитуды с двоичным кодом величины порога. При превышении величины порога формируется сигнал обнаружения пачки, используемый для автоматического съема координат.

Алгоритмы весового некогерентного накопления амплитуд импульсов пачки и реализующие их схемные решения характеризуются большим разнообразием. В качестве линии задержки часто используются регистры сдвига; весовые коэффициенты могут храниться в постоянном запоминающем устройстве, в регистр адреса которого вводятся двоичные коды амплитуд с выходов регистра сдвига; вычисление накопленной решающей статистики обычно производится в параллельном сумматоре, а ее сравнение с порогом - в цифровом компараторе.

Существенное упрощение алгоритма обработки пачки достигается при отказе от учета модуляции амплитуд импульсов формой ДНА. Такой упрощенный способ межпериодной обработки импульсов пачки называется равновесным накоплением.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Принцип адаптивного последовательного обнаружения пакета.

Выбор порога принятия решения об обнаружении пачки на основе критерия Неймана-Пирсона предполагает, что задача проверки статистических гипотез решается однократно, после выборки объёма N_и, т.е. после облучения цели. Иными словами , предполагается что время облучения t_обл, а следовательно. и число импульсов в пачке N_и фиксированы.

Однако, в некоторых условиях радиолокационного наблюдения достаточно большое соотношение амплитуд отражённого от цели сигнала и помехи может позволить принять решение об обнаружении за время меньшее величины t_обл, т.е. по числу импульсов, меньшему N_и. Поэтому, если заранее не фиксировать время облучения цели, то за много циклов обзора можно получить значительную экономию во времени или в расходуемой энергии. Для этого возможность принятия решения об обнаружении или необнаружении должна проверяться многократно по мере получения каждого нового элемента выборки, т.е. каждого из выбросов видеонапряжения, поступающих с одним и тем же временем запаздывания в смежных периодах следования импульсов. Такие многошаговые процедуры называются последовательными в отличие от рассмотренных ранее одношаговых непоследовательных процедур .

Возможность реализации последовательной процедуры обнаружения предполагает необходимость быстрого перемещения ДНА в новое направление сразу же после принятия решения об обнаружении или необнаружении в заданном направлении. Следовательно, в наиболее полной степени последовательная процедура обнаружения может быть использована в РЛС с электронным сканированием ДНА в двух плоскостях и в ограниченной степени - в РЛС с электронным сканированием ДНА только в одной вертикальной плоскости.

ТРЕТИЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Структурная схема адаптивного последовательного обнаружителя.

Последовательная процедура обнаружения слагается из трёх операций (рис.8.14):

1. Вычисление решающей статистики Z_i каждого элемента выборки в i- ом периоде следования импульсов. Содержанием этой операции является:

а) Непрерывное измерение (оценка) эффективного напряжения помехи в окрестности анализируемого дискрета дальности в линейной части приёмного устройства (s_пл) и на выходе амплитудного детектора (s_по);

б) Формирование расчётной величины отражённого сигнала U_ср в соответствии с предполагаемой величиной ЭПР цели s_ц и дальностью анализируемого дискрета дальности; нормирование её по напряжению помехи s_пл и преобразование величины в двоичный код;

в) Измерение величины выброса видеонапряжения U_со на анализируемом дискрете дальности, нормирование её по напряжению помехи d_по и преобразование величины в двоичный код;

г) вычисление решающей статистики в текущем (i- ом) периоде следования

для анализируемого дискрета дальности. Для сохранения разрешающей способности РЛС по дальности вычисление величины Z_i должно выполняться в реальном масштабе времени , т.е. в течение интервала дискретизации. Если быстродействие вычислителя решающей статистики не достаточно для удовлетворения этого требования, то прибегают к использованию запоминающего устройства, где для каждого соотношения u и а₁, т.е. для каждого “адреса”, хранится заранее вычисленное значение величины Z_i. В этом случае получение величины Z_i сводится к её выборке и преобразованию в двоичный код.

Uсо Uср

2. Последовательное накопление решающей статистики за n периодов следования в каждом “кольце” дальности. Накопление решающей статистики осуществляется вычислительным устройством путём суммирования двоичных кодов суммарной амплитуды импульсов видеонапряжения , накопленной в предыдущих (n-1) периодах следования Z_n-1, и амплитуды выброса видеонапряжения в текущем, i-ом , периоде следования. Накопленная решающая статистика за n периодов следования Z_n = Z_n-1 + Z_i направляется в решающее устройство.

Таким образом, вычисление накопленной решающей статистики выполняется в каждом периоде следования последовательно для каждого дискрета дальности от минимальной до максимальной дальности зоны автоматического обнаружения. Максимальное число периодов следования , в течение которых происходит накопление решающей статистики, ограничивается ожидаемым числом импульсов в пачке.

3. Принятие решения об обнаружении или необнаружении путём сравнения величины накопленной решающей статистики Z_n с двумя порогами А и В.

В отличие от непоследовательных методов автоматического обнаружения, где объём выборки n=N_и выбирается заранее исходя из необходимого получения заданного качества обнаружения, в случае последовательного анализа этот объём n является случайной величиной, определяемой случайным характером выборочных данных. Последовательный критерий состоит в сравнении в каждом интервале дискретизации отношения правдоподобия или эквивалентной ему накопленной решающей статистики полученной выборки Z_n с двумя фиксированными порогами A и B (A > Б). При Z_n£ B принимается решение об отсутствии пачки отражённых импульсов; при Z_n ³ A принимается решение об обнаружении пачки, а при условии B< Z_n< A нахождение решающей статистики в данном кольце дальности должно быть продолжено. Процесс накопления решающей статистики и принятия решения иллюстрируется на рис. 8.15.

Как было отмечено выше, при вычислении решающей статистики Z_i учитывается эффективное напряжение помехи в окрестности анализируемого дискрета дальности как в линейной части приёмного устройства (s_пл ), так и на выходе амплитудного детектора (s_по). Следовательно, и накопленная решающая статистика Z_i , и результат её сравнения с порогами зависит от измеренной величины интенсивности помехи. Поскольку в реальных условиях интенсивность естественных и преднамеренных помех характеризуется высокой пространственно-временной изменчивостью, то непрерывное измерение и учёт интенсивности помех обеспечивает непрерывную адаптацию к ней числа посылок зондирующих импульсов в данном направлении. Иными словами, число посылок зондирующих импульсов является функцией интенсивности помех в данном направлении. Поэтому последовательные обнаружители часто называют адаптивными.