Принцип программного обнаружения пакета.

Бинарное накопление числа импульсов в пачке является весьма эффективным способом её автоматического обнаружения при известном и неизменном числе импульсов. Вместе с тем, во-первых, как было показано ранее, число импульсов в пачке зависит не только от технических параметров РЛС (периода обзора T_о, ширины ДНА в горизонтальной плоскости q_ог, частоты следования импульсов F_и, частоты сканирования иглообразной ДНА в вертикальной плоскости F_ск), но и от величины ЭПР цели и от её удаления. Во-вторых, в реальных условиях функционирования обзорных РЛС наиболее характерной являются медленные флюктуации ЭПР цели, вызывающие «дружную» флюктуацию амплитуд импульсов пачки. При этом интенсивность всех импульсов пачки случайным образом «дружно» изменяется от обзора к обзору, в результате чего в широких пределах изменяется число импульсов в пачке. Вследствие этих причин использование фиксированных значений величин N и К_о существенно снижает потенциальные возможности бинарных накопителей.

Вторым существенным ограничением этого способа автоматического обнаружения пачки является определенная сложность его технической реализации. Так, например, для автоматического обнаружения пачки в ограниченной зоне 45 км при интервале дискретизации t_д = 0,3 мкс,т. е. при величине дискрета дальности 45 м и числе N = 10 в запоминающее устройство обнаружителя должно содержать 10 ⁴ ячеек.

Поэтому в радиолокации находят широкое применение упрощённые алгоритмы автоматического обнаружения пачки, использующие минимальное число её отличительных признаков. В связи с этим уместно напомнить, что основным содержанием процесса автоматического обнаружения пачки является её селекция (выделение) в присутствии шумов и помех по определённым отличительным признакам. Очевидно, что чем больше отличительных признаков отражённых от цели импульсов от шумов и помех используется для решения задачи обнаружения пачки, тем выше качество её обнаружения (Р_обн, Р_ло). Наибольшее число отличительных признаков используют когерентные способы межпериодной обработки, предусматривающие спектральный анализ пачки, учитывающие число импульсов в пачке, их амплитуду, время запаздывания и др. Некогерентные накопители амплитуд в качестве отличительных признаков наиболее полным образом используют амплитуды импульсов пачки, их число, регулярность их следования с частотой F_и. Бинарные накопители менее эффективно используют амплитудные отличия, а следовательно, и число импульсов в пачке, а также частоту следования F_и и в некоторых случаях длительность импульсов.

Дальнейшее упрощение автоматических обнаружителей состоит в использовании для принятия решения лишь нескольких (трёх-четырёх) первых импульсов пачки. Основными элементами этих обнаружителей являются схемы совпадений, осуществляющие селекцию по частоте повторения импульсов, предварительно отселектированных по амплитуде и по длительности. Схемы совпадений реализуют определённые «мягкие» (дробные) или «жёсткие» (целые) логические критерии обнаружения начала пачки импульсов (рис. 2.15).

По дробным критериям «к из n» начало пачки считается обнаруженным, если в n смежных периодах повторения будет зафиксировано не менее к единиц, соответствующих одному и тому же дискрету («кольцу») дальности («2 из 3», «2 из 4», «3 из 4» и пр.). Дробные критерии называют «мягкими» потому, что они допускают отсутствие отражённых импульсов (единиц) в некоторых периодах повторения. Такие потери импульсов, особенно на краях пачки, являются следствием флюктуаций их амплитуд. Поэтому использование дробных критериев обеспечивает повышение вероятности правильного обнаружения начала пачки, но при этом увеличивается также вероятность ложного обнаружения шумовых (помеховых) импульсов.

По целым критериям « к из к» начало пачки считается обнаруженным при принятии к единиц подряд в одном «кольце» дальности в к смежных периодах повторения («2 из 2», «3 из 3», «4 из 4» и пр.). «Жесткие» критерии «к из к» наиболее просто реализуются и обеспечивают существенное уменьшение вероятности ложного обнаружения. Однако при этом предъявляются достаточно жёсткие требования и к регулярности появления отражённых импульсов пачки, а поэтому вероятность правильного обнаружения будет меньше, чем при использовании критериев типа «к из n».

Автоматические обнаружители пачки по её началу, реализующие критерии типа «к из n» или «к из к» называются программными обнаружителями.

На рис. 2.15 в качестве примера представлена случайная реализация последовательности сигнальных и помеховых выбросов, поступивших с выхода амплитудного детектора в одном кольце дальности. По оси абсцисс откладывается текущее время; в этом случае интервал между смежными выбросами равен периоду следования T_и. На рисунке пунктиром показана ДНА в момент совпадения её оси с направлением на цель. Горизонтальной линией отмечен амплитудный порог u_о схемы бинарного квантования. В нижний части рисунка показана бинарная последовательность, формируемая в результате селекции выбросов видеонапряжения по амплитуде и по длительности. Как видно из рисунка, при сравнительно большом числе импульсов в пачке её обнаружение с помощью логических критериев к/n (к/к) строго говоря, ограничивается обнаружением (фиксацией) начала пачки. Аналогичный критерий может быть использован в качестве конца пачки, однако на практике в качестве конца пачки принимается серия из двух (m = 2) или трёх (m = 3) пропусков (нулей) подряд. В соответствии с этим конец пачки считается обнаруженным, если на одной и той же дальности после обнаружения пачки сигнал отсутствует в m смежных периодах следования. Общий логический критерий программного обнаружителя обозначается в следующем виде «к/n - m» или «к/к - m».

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Рис. 2.5. Изменение масштаба дальности при неизменном ( ) и измененном ( ) периоде следования зондирующих импульсов

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Структурная схема программного обнаружителя.

Сложность технической реализации программных обнаружителей зависит от вида (типа) используемого логического критерия. В общем случае чем «короче» логический критерий, чем меньше смежных периодов следования импульсов подвергается одновременному анализу, т. е. чем меньше величина n, тем меньший объём памяти необходим для хранения информации предыдущих периодов следования, тем меньше, например, число сдвиговых регистров, входящих в состав программного обнаружителя. В качестве примера на рис.8.24 показана схема программного обнаружителя, использующего логический критерий начала пачки 3/4 и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы. В этой схеме сигналом автоматического обнаружения пачки является первый импульс последовательности u_вых. Как видно из рис.8.24, схема обнаружения пачки по логическому критерию 3/4 должна содержать три сдвиговых регистра, каждый из которых хранит информацию одного периода следования в пределах зоны автоматического обнаружения, четыре схемы «и» и три схемы «или». В этой схеме «движущееся» окно охватывает интервал дискретизации u_вх текущего периода следования, а также интервалы дискретизации трёх предыдущих периодов следования (u₁,u₂,u₃), характеризующиеся одним и тем же временем запаздывания (одним и тем же дискретом дальности); дискретное перемещение « движущегося» окна в пределах от минимальной до максимальной дальности зоны автоматического обнаружения происходит с тактовой частотой F_т. Предполагается, что бинарная последовательность u_вх получена в результате предварительной селекции по амплитуде и по длительности, а программный обнаружитель выполняет селекцию этой последовательности по частоте следования импульсов F_и.

1

&

1

&

Одним из важных отличительных признаков пачки полезных сигналов в присутствии пачек помеховых импульсов является число импульсов («длина» пачки). Поэтому при достаточно большом числе импульсов в пачке (N_и > (5...7)) наряду с программными обнаружителями, фиксирующими начало и конец пачки и тем самым обеспечивающим возможность измерения пеленга, предусматривают использование цифровых накопителей двоично-квантованных сигналов. Структурная схема такого обнаружителя показана на рис.8.25.

Наличие программного обнаружителя в составе этой схемы обеспечивает возможность суммирования в цифровом накопителе или числа единиц, поступивших в интервале между фиксацией начала и конца пачки или числа периодов следования в пределах этого интервала. Во втором случае обеспечивается восстановление в составе пачки отсутствующих импульсов при их быстрой флюктуации.

Измеренное число импульсов в пачке направляется в устройство вторичной обработки информации для селекции истинных отметок в присутствии ложных отметок в стробе автоматического сопровождения траекторий.

Нескомпенсированные в приёмном устройстве РЛС внутренние шумы и внешние помехи, поступающие на вход автоматического обнаружителя, формируют на его выходе сигналы ложного обнаружения. Ложные отметки, поступающие на вход устройства вторичной обработки, снижают качество, а в некоторых случаях исключают возможность автоматического сопровождения истинных траекторий. В большинстве случаев повышением уровня амплитудной отсечки u_о, ужесточением логического критерия «к/n - m» и порога К_о можно существенно уменьшить вероятность ложного обнаружения, а следовательно, число ложных отметок.

Однако при этом растут энергетические потери полезных сигналов, уменьшается вероятность правильного обнаружения или дальность автоматического обнаружения истинных пачек. В связи с этим эти три порога устанавливаются таким образом, чтобы темп формирования ложных отметок не превышал некоторой допустимой величины, определяемой техническими возможностями вычислительных средств вторичной обработки и обеспечивающей автосопровождение истинных траекторий с заданным качеством.