Файл: цифровые процессоры.doc

10. Контрольные вопросы и упражнения

1) Запишите алгоритм и нарисуйте структурную схему аналогового устройства, реализующего оптимальный алгоритм: а) для обнаружения пачки некогерентных импульсов; б) для оценки положения центра пачки.

2) Сравните алгоритм и структурную схему исследуемого СП с оптимальным аналоговым.

3) Поясните выбор порога квантования U₀аналогового сигнала и цифрового порога обнаружения пачки сигналов К₀, при флуктуирующем и нефлуктуирующем сигнале.

4) Покажите, как изменится структурная схема устройства обработки (СФОИ, СП) при изменении вида сигнала (ЛЧМ, ФМ) и вариации его параметров (Т_п,_и,f_c,m). Чем определится выбор частоты дискретизации дальности (₁) в СП?

5) Сравните характеристики обнаружения оптимального аналогового обнаружителя и исследуемого цифрового СП.

6) Сравните точностные характеристики оптимального аналогового измерителя центра пачки и цифрового СП.

7) Покажите, как изменяются рабочие характеристики СП при изменении _шпри включенной и выключенной системе АРПК.

8) Поясните недостатки и преимущества цифровой обработки сигналов с точки зрения: а) потерь пороговой энергии; б) стабильности статистических характеристик; в) затрат на реализацию, настройку и эксплуатацию.

9) Поясните работу многоканального по дальности СП.

10) Поясните, как осуществляется многоканальность по дальности СП, какие требования предъявляются к элементам СП.

11) Как осуществляется съем данных о дальности и угловом положении обнаруживаемой цели?

12) Поясните принцип работы МЗО. В каких тактических условиях работы РЛС возникает потребность применения МЗО? Покажите положение МЗО в структурной схеме обнаружителя.

13) Пояснить выбор числа отводов в ЦЛЗ МЗО и цифрового порога обнаружения при флуктуирующем и нефлуктуирующем сигнале.

14) Оценить влияние разрядности АЦП на качественные характери-стики МЗО. Пояснить выбор числа разрядов АЦП в МЗО. (Факультативно).

15) Оценить влияние коэффициента корреляции выборочных значений шума в соседних интервалах разрешения по дальности на качественные характеристики МЗО.

16) Оценить влияние соотношения амплитуд двух целей, располо-женных в двух смежных интервалах разрешения по дальности, на вероятность правильного обнаружения цели 1 (на основании проведенного эксперимента).

11. Требования к отчету.

Отчет по работе должен содержать:

1) Технические данные установки.

2) Структурную схему СП.

3) Расчетные зависимости рабочих характеристик СП.

4) Экспериментальные результаты, нанесенные на графики расчетных зависимостей.

5) Выводы по проделанной работе.

12.Приложение

В настоящем сборнике помещены лабораторные работы, посвящен­ные исследованию цифровых специализированных процессоров (СП) об­наружения и определения углового положения цели в обзорных РЛС, использующих в качестве зондирующего сигнала некогерентную после­довательность радиоимпульсов. Цель приложения - показать возможное построение РЛС, использующей многоканальный по дальности СП, поз­накомить более подробно с устройствами временной и амплитудной дискретизации.

П.1. Задачи, решаемые радиолокационными комплексами (РЛК)

В процессе обзора воздушного пространства в РЛК решаются раз­личные задачи, последовательность выполнения которых можно услов­но разделить на следующие этапы.

I. Обнаружение сигналов, отраженных от целей с заданной ве­роятностью правильного обнаружения D и ложной тревоги F на фоне собственных шумов и внешних помех во всей зоне обзора, по даль­ности и угловым координатам.

Измерение (оценка) координат обнаруженных целей на проходе (за время нахождения цели в луче диаграммы направленности (ДН) антенны).

Оцифровка данных и передача извлеченной радиолокационной информации в центральную специализированную цифровую электронную вычислительную машину СЭВМ (СЦВМ).

Решение этих задач осуществляется в каждом периоде обзора РЛС и относятся к первичной обработке радиолокационной информации.

II. Обнаружение траекторий целей по совокупности радиолока­ционных отметок, полученных за несколько периодов обзора на эта­пе первичной обработки.

Сопровождение траектории цели и уточнение параметров её дви­жения в процессе сопровождения.

Решение этих задач, относящихся к вторичной обработке ра­диолокационной информации, осуществляется обычно в специализиро­ванных электронных (цифровых) вычислительных машин СЭВМ (СЦВМ).

По результатам сопровождения траекторий осуществляется вы­бор наиболее важных целей и передача их на сопровождение в специ­ализированные автономные измерительные устройства, что обеспечи­вает повышение точности измерения координат цели и сопровождения ее траектории. Выбор цели на автосопровождение в автономном изме­рительном устройстве может осуществляться автоматически либо оператором по результатам визуальной оценки воздушной обстановки, отображаемой на экране дисплея.

III. Объединение информации нескольких РЛС, составляет тре­тий этап и имеет задачу получения дополнительной информации о ха­рактеристиках движения целей, их идентификации и т.д.

На рис. 10 приведена функциональная схема обзорной РЛС (возможный вариант построения). РЛС осуществляет обзор воздушного пространства в заданном диапазоне дальностей (Rmin,Rmax) и по одной из угловых координат азимуту, либо углу места в диапазоне углов (min,max) и сопровождение выбранных целей.

Синхронизатор РЛС формирует последовательности синхроимпульсов, осуществляющих временную синхронизацию работы всех устройств, входящих в состав РЛС, а также последовательности опорных и изме­рительных импульсов.

Импульсы запуска передатчика (ИЗП) с периодом повторения Тп поступают на вход модулятора (Мод), формирующего импульс модуля­ции мощного СВЧ магнетронного генератора (МГ). В случае приме­нения сигналов сложной формы структурная схема передатчика сущест­венно усложняется. С выхода МГ высокочастотные зондирующие радиоимпульсы, через антенный переключатель (АП) поступают в антенну(А) и излучаются в пространство.Отраженные от целей радиоимпульсы принимаются антенной и через АП поступают на вход усилителя высокой частоты (УВЧ). Для уменьшения влияния отражений от близких местных предметов, может быть предусмотрено стробирование АП на время относительно начала зондирующего импульса.

В смесителе осуществляется перенос сигналов на промежуточ­ную частоту выделением комбинационной частоты, образующейся при смещении отраженных сигналов с напряжением гетеродина (Г). Для по­вышения стабильности частоты гетеродина f_г, Г охвачен цепью ав­томатической регулировки частоты гетеродина (АПЧГ).

Основное усиление отраженных сигналов осуществляется в уси­лителе промежуточной частоты УПЧ. С целью уменьшения динамическо­го диапазона амплитуд отраженного сигнала зависящих от дальности при фиксированной ЭПР цели осуществляется регулировка усиления УПЧ. Управляющее напряжение вырабатывается схемой временной авто­матической регулировки усиления ВАРУ, синхронизация работы которой производится ИЗП. При

Рис.10. Структурная схема обзорной РЛС с цифровой обработкой сигналов

использовании сложных сигналов в тракте про­межуточной частоты осуществляется согласованная фильтрация одиночного радиоимпульса. Частотная характеристика согласованного фильтра

,

где - комплексно-сопряженный спектр одиночного радиоимпульса.

Сигнал с выхода УПЧ детектируется в амплитудном детекторе, и поступает на устройство временной и амплитудной дискретизации {УВАД). Временная дискретизация осуществляется с частотой, опре­деляемой шириной спектра сигнала (). На входе УВАД образуется цифровые коды выборочных значений амплитуд сигнала, поступающих с выхода АД на вход специализированного процессора цифровой обработки (СПЦО) с частотой. В дальнейшем под специализированным процессором (СП) первичной обработки ра­диолокационной информации будем понимать совокупность УВАД и СПЦО. В СП в соответствии с выбранным алгоритмом обработки осуществля­ется принятие решения на обнаружение целей (ОБН), оценка углового положения цели (ЦП) и грубая оценка дальности до обнаруженной це­ли. Оценка дальности до цели осуществляется фиксацией текущего кода дальности AR в момент обнаружения цели. Код дальности AR поступает из синхронизатора РЛС со счетчика СТAR . Изменение состояния СТAR происходит с частотой Fдд, а начальная установка по импульсу ИЗП. Оценка угловой координаты осуществляется фикса­цией текущего кода угла Aв момент наличия сигнала ЦП. Код Aпоступает со счетчика CTA. Изменение состояния CTAпроисхо­дит с частотой дискретизации угла, а начальная уста­новка импульсом начала обзора (НО), поступающим от системы управ­ления антенной (СУА) с периодом Т0. Обычно.

Сигналы ОБН, ЦП, коды AR, Aпоступают в устройство ввода/вывода первичной информации (УВВПИ), содержащего контроллер вво­да/вывода и буферное ОЗУ, предназначенное для накопления инфор­мации поступающей из СП и информации, предназначенной для обмена между СП и СЭВМ по шине обмена (ШО).

Результаты вторичной обработки информации в СЭВН через ус­тройство вывода визуальной информации (УВВИ) поступают на дисплей отображения воздушной обстановки (ДОВО). Часть информации с УВВИ, прежде чем поступить на ДОЗО подвергается преобразованию в анало­говую форму в блоке цифроаналоговых преобразователей (блок ЦАПВИ).

Автономные измерительные устройства - устройства, автосопровождения по дальности (АСД), и по углу (АСН) осуществляют сопровождение наиболее важных целей. На рис.10 показана реализация АСД и АСН в аналоговом виде, что вызывает необходимость введения в состав РЛС преобразователей дальность-код (ПДК) и преобразова­телей направление-код (ПНК), необходимых для представления коорди­нат в цифровой форме. Целеуказание по дальности в АСД поступает от СЭВМ через ЦАПД, а по углу в АСН через ЦАПУ. Прохождение информа­ции о захвате цели по соответствующей координате условно не пока­зано. Обмен информацией между СЭВМ автономными измерителями осу­ществляется через устройство ввода/вывода следующих систем УВВ СС.

Устройство ввода данных оператора (УВДО) служит для оперативного воздействия оператором на процесс обработки данных СЭВМ по результатам визуальной оценки воздушной обстановки. Связь СЭВМ РЛС в комплекс, состоящий из нескольких станций, осуществляется через устройство ввода/вывода системы связи УВВС и систему связи (СС).

П-2. Построение устройств временной и амплитудной дискретизации

Обобщенная схема УВАД приведена на рис.11а. Устройство состо­ит из схемы выборки и запоминания (СВЗ) и аналого-цифрового преоб­разователя (АЦП). СВЗ осуществляет фиксацию амплитуды входного сиг­нала на время Тдд. Длительность импульса управления СВЗ определяется шириной спектра обрабатываемого сигнала и необходимой точ­ностью фиксации выборочного значения амплитуды. Наличие СВЗ позволяет существенно снизить требования по быстродействию к АЦП. Импульсы запуска АЦП следуют с периодом Тдд, и задержаны относитель­но Тдд на время переходных процессов в СВЗ свз. Время установления многоразрядного кода амплитуды сигнала с выхода СВЗ в АЦП (tацп) с учетом времени сброса кода в последующее устройство можно определить из выражения. Появление быстродействующих АЦП параллельного типа (II07ПBI, II07ПB2, 1107ПВ3) позволяет осуществить "стробирование налету" т.е. обойтись без СВЗ. Однако следует учитывать, что стоимостные показатели и потребление у них значительно выше, чем у менее быстродействующих АЦП последовательных приближений (1108ПВ1). Процесс установления кода в устройстве поясняется на рис.11б.

Желание сократить аппаратурные затраты при реализации УВАД и СП, привело к появлению устройств временной и амплитудной дискретизации, выходным сигналом которых является однобитовый код (рис. I.2в). Этo устройство принято называть амплитудно-временными квантователями. В пороговом устройстве (ПУ) осуществляется сравнение входного сигнала Uвх с пороговым напряжением U0.