6.4. Автоматические дискретные цифровые обнаружители

6.4.1. Двоичное накопление.

В связи с развитием цифровой техники и успехами микроминиатюризации элементов значительно возросло внимание к устройствам дискретной обработки радиолокационных сигналов. Этому способствуют ограниченное число эффективно накапливаемых импульсов в аналоговых накопителях.

При дискретной обработке сигнал преобразуется из непрерывной, (аналоговой) формы в дискретную путем разбиения на дискретные значения как по амплитуде, так и по времени. Дискретизация по амплитуде сводится к разбиению сигнала на несколько уровней (квантование). Простейшее квантование - двоичное (бинарное). При превышении принимаемым колебанием некоторого порогового уровня U₀ (первый порог) ему приписывается уровень 1 и образуется стандартный импульс. В противном случае образуется 0. Далее производится счет стандартных импульсов. Если из числа ожидаемых импульсов число единиц достигает некоторого порогового значения к0 (второй порог), то принимается решение о наличии цели.

Так как счет числа импульсов не имеет каких-либо технических ограничений, то в отличие от аналоговых накопителей, кроме потерь, вызванных самим двоичным квантованием, отсутствуют потери, связанные с ограниченным временем накопления и другими факторами.

Вместе с тем в дискретном накопителе отсутствует такое важное свойство накопителя с запаздывающей обратной связью и других подобных устройств, как естественная многоканальность по дальности. Здесь дискретизация по времени должна быть связана с числом требуемых каналов дальности.

На рис. 6.9, а изображена структурная схема двоичного накопителя, а на рис. 6.9, б показаны временные диаграммы напряжения. После ограничителя снизу, при условии превышения порога U0, вырабатываются стандартные импульсы (1 при наличии такого импульса и 0 при отсутствии). Далее в зависимости от своего временного положения единицы и нули «выбираются» определенным селектором дальности (т. е. тем, у которого положения стробирующего и стандартного импульсов совпадают). Все селекторы охватывают некоторый диапазон дальностей, а интервал селекции целесообразно взять соответствующим разрешающей способности по дальности. Подсчет числа единиц, поступающих через период повторения импульсов РЛС в течение длительности пачки, производится счетчиком для каждой дальности. Если за N периодов счетчик даст число

,

где , то вырабатывается импульс цели (метод «А из N»).

Алгоритм обработки можно называть безвесовым. Он является оптимальным для пачки импульсов с прямоугольной огибающей. Для непрямоугольной пачки следует произвести весовое суммирование, которое сводится к алгоритму

,

где Ui - весовой коэффициент, равный амплитуде i-го импульса полезного сигнала.

Рис. 6.9. Двоичное накопление

При некогерентной обработке в случае большого отношения сигнал-шум коэффициенты Ui; аппроксимируются диаграммой направленности (ДН) по мощности, а при малом отношении сигнал-шум квадратом ДН по мощности. Однако алгоритм

,

требующий программирования весовых коэффициентов Ui в пределах пачки, связан на практике с определенными трудностями. Поэтому часто оптимальную весовую обработку предпочитают квазиоптимальной безвесовой. Если проигрыш в пороговом сигнале двоичного весового накопления по сравнению с весовым аналоговым составляет I дБ, то при двоичном равновесном он возрастает лишь до 1,5 дБ.

Важна и особенность обнаружителя пачки двоично-квантованных импульсов состоит в том, что у него, кроме порога обнаружения пачки к₀, имеется еще первый порог U₀ обнаружения отдельных импульсов.

Сначала с ростом порога k0 отношение сигнал-шум стремится к снижению, а затем оно возрастает, что указывает на то, что существует оптимальное значение k₀ опт, соответствующее минимуму порогового отношения сигнал-шум. Оптимальный порог k₀ опт определяется формулой

k₀ опт = 1.5 N^1/2.

Это соотношение сохраняется и при весовой обработке для независимо флуктуирующих импульсов при N = N0.5, для дружных флуктуации и нефлуктуирующих импульсов

k₀ опт  N_0.5/2.

Проигрыш в оптимальном случае по сравнению с идеальным некогерентным накопителем составляет лишь 2 дБ. Некоторое улучшение отношения сигнал-шум получается при квантовании по нескольким уровням. Для этого в каждом канале дальности от амплитудного анализатора на счетчики подаются сигналы, соответствующие каждому уровню квантования. Достигаемое в этом случае небольшое снижение потерь (около 1 дБ) требует, однако, значительного усложнения аппаратуры.