Корреляционные методы обработки сигналов

 

Практическая реализация методов пассивной локации связана с необходимостью отождествления, т. е. установления соответствия между сигналами, принятыми в различных пунктах от одного и того же источника. Отождествление может не потребоваться, если имеется только один источник излучения и можно пренебречь приемом по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. В этом случае при триангуляционном измерении источник должен находиться в точке пересечения соответствующих линий положения. Отождествление также не вызывает затруднения, если излучения источников можно различить по виду сигналов (по несущей частоте, характеру кодовых групп импульсов и т. д.). Отождествление облегчается, если число измеряемых параметров превышает число минимально необходимых для определения координат i-й цели, например. вместо трех параметров измеряются четыре .

Для отождествления стационарных процессов и на входах двух приемников, обусловленных одним и тем же источником излучения, можно использовать возникающие при этом элементы сходства (корреляционные связи) процессов. Возможно использование корреляции одних лишь амплитуд (последетекторная корреляция), корреляции одних лишь фаз (корреляция после ограничения) и корреляции сигналов в целом с учетом и амплитуд и фаз (корреляция сигналов на промежуточной частоте и при достаточно большом динамическом диапазоне приемников).

Последетекторная обработка сводится к вычислению корреляционной функции огибающих сигналов, додетекторная при большом динамическом диапазоне – к вычислению корреляционной функции самих сигналов. Практически обычно удается вычислить интеграл от произведения сдвинутых во времени напряжений сигналов, принимаемых в двух пунктах, в функции временного сдвига , вводимого, например, в одном из них,

 

который, как и ранее, будем называть корреляционным. При бесконечно большом времени интегрирования отношение корреляционного интеграла к величине Т дает корреляционную функцию случайных процессов и . Качество приближения к корреляционной функции определяется произведением – полосы обрабатываемых частот сигнала на время интегрирования. Корреляционная функция стационарных сигналов имеет при этом импульсный характер. Длительность корреляционного импульса обратно пропорциональна полосе обрабатываемых частот.

Положение максимума корреляционного импульса на оси соответствует разности временных запаздываний сигнала на пути между источником и приемными пунктами. Для нестационарных излучаемых сигналов (прерывистых, периодических и т. д.) при подобной обработке могут встретиться затруднения, связанные с пропусками или появлением ложных корреляционных импульсов (ложных отсчетов).

Если на вход коррелятора поступают стационарные колебания от двух независимых источников и , где первый индекс 1 или 2 показывает номер приемника, а второй – номер источника, то напряжение на его выходе

причем в случае большого времени интегрирования Т два последних интеграла малы по сравнению со значением первого при и со значением второго при . Поэтому на выходе коррелятора на фоне небольших остатков будут наблюдаться два корреляционных импульса, которые разрешаются при .

Если максимальная разность временных запаздываний равна , то число разностно-временных (разностно-дальностных, корреляционных) элементов разрешения составит . Произведение в зависимости от метода измерения координат может изменяться в очень широких пределах.

Пусть число разрешаемых элементов по разности хода больше, чем по угловой координате , где – ширина сектора обзора, а – разрешающая способность по углу. Тогда координаты источника излучения могут быть определены более точно при использовании разностно-дальномерного или угломер но-разностно-дальномерного метода, чем при использовании триангуляционного. Системы базовой локации с разностно-дальномерным и угломерно-разностно-дальномерным методами измерения координат, использующие для определения разности расстояний корреляционный метод обработки, называют корреляционно-базовыми. При этом угломерно-разностно-дальномерные корреляционно-базовые системы несколько проще решают задачу отождествления, чем разностно-дальномерные, так как отпадает необходимость отождествлять результаты корреляционных измерений на различных базах.

Особенностью устройств корреляционно-базовой локации является обзор по временному запаздыванию , который осуществляется с помощью корреляторов и может быть параллельным, последовательным и комбинированным. Параллельный обзор по параметру в пассивной радиолокационной системе осуществляется многоканальным коррелятором, состоящим из линии задержки с отводами, умножителей и интеграторов (рис. 13.5).

Рис. 14.5. Многоканальная корреляционная система пассивной радиолокации

Пункт Б

Локационный приемник

Связной передатчик

Связной приемник

Локационный приемник

Интегратор

Умножитель

Многоканальный коррелятор

Пункт А

Умножитель

Интегратор

Умножитель

Интегратор

Время задержки одной секции линии не должно заметно превышать разрешающую способность коррелятора МП по параметру , т. е. число отводов должно соответствовать числу разрешаемых корреляционных элементов. Сигнал с выхода первого приемного устройства подается на умножитель через линию задержки с отводами, с выхода второго – через линию связи одновременно на все умножители. Результаты перемножений интегрируются. Максимальное корреляционное напряжение сигнала будет на выходе интегратора после той секции линии, время задержки в которой соответствует измеряемому параметру *.

Последовательный обзор по временнόму запаздыванию осуществляется одноканальным коррелятором, в котором задержка одного из сигналов изменяется непрерывно. При плавном изменении задержки одного из сигналов на выходе коррелятора имеют место корреляционные импульсы напряжения, пиковые значения которых на оси соответствуют оценкам * для различных источников излучения и могут быть считаны с экрана индикатора с помощью масштабных меток.

Если обзор по времени запаздывания совершается одновременно с последовательным обзором по угловым координатам (например, по азимуту), то время интегрирования Т сокращается. Пусть антенна одного приемного пункта слабо направлена, другого – остро направлена. Тогда длительность принимаемого сигнала определяется шириной диаграммы направленности остронаправленной антенны, просматриваемым сектором и периодом обзора . При параллельном обзоре по параметру возможное время интегрирования будет Т = . При последовательном обзоре оно в п раз меньше, чем при параллельном, где п – число разрешаемых корреляционных элементов.

Возможно комбинированное использование параллельного и последовательного обзора (или взаимное согласование обзора по параметру и по угловой координате ) в целях увеличения времени интегрирования.