Цифровая обработка сигналов РСА

 

При аналоговой обработке в РСА с использованием фотопленки информация извлекается с большим запаздыванием относительно момента записи (до нескольких часов). Цифровая обработка сигналов в РСА позволяет получать картографическую информацию в реальном масштабе времени, если обеспечиваются требуемые быстродействие и объем памяти специализированного вычислителя (процессора).

 

16.2.1. Структурная схема устройства цифровой обработки сигналов РСА

С помощью АЦП (рис. 16.8) сигналы фазовых детекторов двух квадратурных каналов преобразуются в цифровой код и подаются в ОЗУ, состоящие из N+1 азимутальных каналов и n каналов дальности. Кодированные сигналы в каждый период повторения записываются в соответствующий азимутальный канал, имеющий n ячеек дальности (рис. 16.7). Поэтому в каждой ячейке дальности содержится информация о сигнале, отраженном от цели, находящейся на данном расстоянии и наблюдаемой под определенным азимутальным углом к направлению полета. Содержимое ОЗУ считывается с некоторой задержкой относительно момента записи. При этом в каждом периоде повторения сигнал снимается поочередно с каждого из каналов дальности, образованного определенными ячейками дальности азимутальных каналов. Такой сигнал содержит информацию об изменении отраженного сигнала от цели на дальности R при движении ЛА на интервале синтезирования L_эф. Сигналы с ОЗУ обрабатываются процессором П, реализующим алгоритм (16.7) при фокусированной обработке или (16.8) при нефокусированной. Весовые коэффициенты W_i и фазовые сдвиги вводит вычислитель опорной функции ВОФ, который вырабатывает сигнал, представляющий собой аналог импульсной переходной характеристики H(i).

Устройства фокусированной обработки. Фокусированная обработка требует умножения сигнала каждого канала дальности на зависящую от дальности функцию H(R₀). Для этого с помощью вычислителя опорной функции (ВОФ) формируется сигнал, описываемый выражением (16.5), который перемножается с сигналом ОЗУ. После умножения производится суммирование сигналов с данной дальности по всем азимутальным ячейкам, в результате чего образуются сигналы и , соответствующие корреляционным интегралам квадратурных каналов. Выходной сигнал процессора представляет собой корень квадратный из суммы квадратов и .

Компенсирующий сдвиг фазы φ_i, (16.6) можно ввести, изменив ортогональные проекции вектора сигнала. Это достигается изменением составляющих сигнала в квадратурных каналах. В самом деле, если нужно ввести фазовую поправку и вектор сигнала имеет квадратурные составляющие и то новый фазовый угол, очевидно, будет . При этом квадратурные составляющие вычисляются как

a)

i

i

-2 -1 0 1 2

Рис. 16.9. Коэффициенты усиления и фазовые сдвиги в фазовращателях (а) и функциональная схема устройства оптимальной обработки сигнала в РСА (б) при синтезировании апертуры

Следовательно, получается алгоритм ввода компенсирующего сдвиг фазы φ путем изменения ортогональных составляющих сигнала X₁ и Y₁

Таким образом, ввод поправки сводится к формированию составляющих Х₂, Y₂ после сложения и вычитания квадратурных взвешенных с весами cosψ и sinψ составляющих Х₁ и Y₁. Значение φ, а следовательно, и вес cosψ и sinψ по азимутальным ячейкам меняются в соответствии с соотношением (16.3) и рис. 16.8, г для различных каналов дальности, так как φ зависит от R_o.

В данном периоде повторения в любом канале дальности (рис. 16.8) формируется сумма сигналов с N+1 азимутальных ячеек каждого квадратурного канала. Выходы каналов дальности объединяются коммутатором.

Требования к устройствам цифровой обработки сигналов РСА. Пусть задано значение δl=6 м на расстоянии R_о=160 км. Для этого при λ=3 см требуется сформировать искусственный раскрыв (апертуру) размером L. При скорости движения носителя радиолокатор 400 м/с время запоминания сигнала t=L/V=2 с. Число каналов дальности при δR = δl и R_max = R_o = 160 км равно n = R_max/δl = 2,5·10⁴. Число суммируемых сигналов равно числу отраженных импульсов за время запоминания и при F_п=1000 Гц составляет 2000. Если динамический диапазон системы обработки 10², то необходим объем памяти около 10³ двоичных единиц.

Uвых

XΣ

YΣ

От КГ

T

φ =

Λ #

T

T

T

T

T

T

Σ

Σ

Λ #

φ =

Память на НТ

Рис. 16.10. Структура одного канала дальности фокусированной обработки информации в процессоре РСА

Быстродействие системы обработки должно быть достаточным для получения радиолокационного изображения в реальном масштабе времени. При нефокусированной обработке в каждом канале дальности за Т_п должны выполняться одна операция сложения (прибавляется очередной отраженный импульс и одна операция вычитания устраняется первый из накапливаемых импульсов). Скорость обработки при этом составляет 4nF_т = 10⁸ операций/с. При фокусированной обработке сложению сигналов предшествует введение компенсирующего сдвига фаз, что увеличивает требуемое быстродействие до 10⁹ – 10¹⁰ операций/с.

Таким образом, цифровые устройства требуют элементной базы со значительным быстродействием и использования сложных аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразований, что приводит к росту стоимости, размеров и массы устройств.