книги из ГПНТБ / Лихарев В.А. Цифровые методы и устройства в радиолокации

В. А. Л И Х А Р Е В

ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ

ИУСТРОЙСТВА

ВРАДИОЛОКАЦИИ

МОСКВА ^СОВЕТСКОЕ РАДИО»

1973

П Р Е Д И С Л О В И Е

Современный уровень .развития техники радиолока­ ции, цифровых вычислительных машин, а также теории оптимальных методов выделения сигналов на фоне помех создает предпосылки для создания высокоэффективных многофункциональных автоматизированных радиолока­ ционных систем.

Устройства цифровой обработки радиолокационной информации, реализованные на базе современной дис­ кретной микроэлектроники, имеют целый ряд преиму­ ществ перед аналоговыми: возможность длительного на­ копления слабых сигналов, стабильность характеристик, большой динамический диапазон, высокую точность вы­ полнения арифметических операций, высокую надеж­ ность, малые веса и габариты, высокое быстродействие, возможность гибкой оперативной перестройки пара­ метров устройств. В силу указанных причин цифровая обработка информации находит в радиолокации широкое применение наряду с аналоговой.

К настоящему времени в значительной мере завер­ шено создание статистической теории радиолокации при непрерывном и дискретном времени и непрерывном фа­ зовом пространстве (пространстве состояний). Однако, вопросы обработки сигналов, преобразованных в цифро­ вую форму, решены далеко не полностью.

Реализуемые на практике устройства обработки и алгоритмы зачастую далеки от теоретически оптималь­ ных, что связано, во-первых, с трудностями конкретиза­ ции критериев оптимальности, во-вторых, со сложностью технической реализации ряда алгоритмов. Кроме того, оптимальная система, синтезированная в рамках теории статистических решений, соответствует вполне определен­ ным априорным сведениям о сигналах и помехах, кото­ рые на практике известны лишь частично. Преодоление априорной трудности путем создания самонастраиваю­ щихся систем чаще всего не приводит к желаемым ре­ зультатам из-за малого времени наблюдения и неста­ ционарности соответствующих процессов. Другой спо-

3

соб — построение систем обработки информации, не чув­ ствительных в определенном смысле к изменениям ста­ тистических свойств сигналов и помех (например, непа­ раметрические обнаружители), приводит к созданию систем, имеющих достаточную эффективность для огра­ ниченного круга задач. По этим причинам при создании сложных автоматизированных радиолокационных систем многое зависит от искусства разработчиков, их опыта и интуиции. Нередко системы обработки информации удо­ влетворяют ряду противоречивых требований и в смысле теории статистических решений являются квазиоптамальными. Это приводит к необходимости анализа эффек­ тивности квазиоптимальных устройств и алгоритмов. Во­ просы статистического анализа цифровых систем обра­ ботки радиолокационной информации рассматриваются в книге наряду с задачами синтеза.

Необходимо отметить три аспекта использования электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) и электронных цифровых вычислительных устройств (ЭЦВУ) при обработке радиолокационной информации: во-первых, .применение специальных узлов и элементов ЭЦВМ и Э Ц В У при первичной обработке и цифровой фильтрации; во-вторых, использование специализирован­ ных Э Ц В М при вторичной (траекторией) обработке; в-третьих, использование универсальных Э Ц В М для ста­ тистического моделирования и алгоритмических расчетов при оценке эффективности алгоритмов и устройств обра­

прежде всего практическую реализуемость рассматривае­

Первая глава содержит сведения по теории конечных цепей Маркова и статистическому описанию дискретных процессов. Во второй главе рассматривается широкий круг вопросов синтеза и анализа эффективности цифро­ вых обнаружителей. Третья глава посвящена цифровым измерителям параметров радиолокационных сигналов. В четвертой главе рассмотрены задачи синтеза и ана­ лиза цифровых фильтров. Глава пятая и приложение >1 содержат алгоритмы и методики моделирования некото­ рых задач статистической радиолокации на ЭЦВМ . При-

4

В В Е Д Е Н И Е

Аналого-цифровое преобразование. Использование на* ряду с аналоговыми электронных цифровых вычислитель­ ных устройств (ЭЦВУ) и машин ((ЭЦВМ) для обработ­ ки радиолокационной информации -приводит к необхо­ димости представления сигнала на разных этапах обра­ ботки как в виде непрерывных функций времеии и после­ довательностей, так и в цифровых кодах. Для этой цели используются цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Исходными объектами преобразова­ ния являются случайные процессы на выходе .радиолока­ ционного приемника, а также перемещения (угол пово­ рота антенны в случае механического сканирования).

Узкополосный случайный процесс на выходе линей­ ной части радиолокационного приемника в общем случае представляет собой аддитивную смесь отраженного сиг­ нала и помехи (1]:

6

Та'йЛЦйе В'есыяа эффективно пріі Дв'у'х разрядах преобра­

ными значениями входного сигнала называется 'периодом дискретизации Г д . Временной интервал, в течение кото­

Рис. В.1. Сетки уровнен квантования для знакопеременных (о) и по­ ложительных (б) входных воздействий.

(с АЦП, называется временем •преобразования tnp. Дли­ тельность цикла .преобразования ^щ, равна временной задержке между моментом измерения и моментом вы­ дави хэаответствующего двоичного кода. В АЦП после-

.дааятельного счета ^пр^цпр^^д, в АЦП поразрядного кодирования и считывания 4р=^щгр^7'д. Исключение составляет конвейерный преобразователь напряжения

В КОД [2], ГДЄ . * п р < Г д ^ ц щ ,

Выбор периода временной дискретизации Гд для АЦП, входящего в ту или иную систему, в общем виде достаточно сложен. Чаще всего используются автоном­ ные критерии выбора Гд, без учета критерия качества всей системы в целом. Примерами таких критериев яв­ ляется теорема Котельникова (6], а также требование, •чтобы за"время Г д входной процесс изменился не более :чем на величину единицы младшего разряда выходного кода. К сожалению, автономные критерии сложно свя­ зать с критерием качества всей системы. Вопросы вы-

9