Цифровая обработка информации в РЛС

Дата добавления: 09 Января 2015 в 02:56
Автор работы: 0*******@mail.ru
Тип работы: реферат
Скачать (665.27 Кб)
Работа состоит из  1 файл
Скачать документ  Открыть документ 

Реферат по ОИТ.docx

  —  680.60 Кб

На рис. 1.6 показана логика выполнения операций экстраполяции и сглаживания (фильтрации) в течение трех первых циклов обзора РЛС. По первым двум отметкам осуществляется завязка траектории, а по оценке скорости экстраполируется положение отметки во время 3-го цикла обзора. Отметка, полученная на 3-м цикле обзора, позволяет скорректировать экстраполированные координаты и скорость цели.

На рис. 1.7 иллюстрируется уменьшение ошибок экстраполяции за счет обработки расширенной последовательности отметок. На рисунке изображены также стробы, которые корректируются на каждом цикле обзора. Площадь строба, пропорциональная ошибке экстраполяции, уменьшается с ростом числа циклов обзора. Представленные на рис. 1.7 стробы имеют форму полярных секторов, однако может быть выбрана и другая форма стробов (например, круговая).

Чтобы завершить анализ рис. 1.5, необходимо рассмотреть случай, когда между отметкой и сопровождаемыми траекториями корреляция отсутствует. Это имеет место в случаях, когда полученная отметка не попадает в стробы сопровождаемых траекторий и

 

 

когда для одной или более траекторий во время очередного цикла обзора не получены новые отметки. В первом случае может быть принята гипотеза о формировании новой траектории, для проверки которой применяются алгоритмы завязки траектории. Во втором случае траектория либо экстраполируется, либо (если отсутствует ряд отметок в последовательных циклах обзора) сбрасывается (этап прекращения сопровождения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. ОБРАБОТКА ДАННЫХ В РЛС С ФАР

 

В последнее время РЛС с ФАР, благодаря их широким возможностям, все чаще становятся объектами исследований и разработок. Однако стоимость ФАР выше, чем антенн с механическим сканированием. Поэтому применение ФАР экономически целесообразно лишь при создании многофункциональных РЛС, т. е. РЛС, выполняющих более одной функции (например, функции поиска, сопровождения нескольких целей, передачи данных и наведения ракет). Это дает возможность повысить надежность информации, по которой осуществляется управление, а также уменьшить размеры системы—факторы, особенно важные для бортовых авиационных РЛС. Можно отметить и другие достоинства РЛС с ФАР. Однако наиболее существенной особенностью многофункциональной РЛС с ФАР является снижение риска информационного насыщения при наличии многих целей, что обусловлено возможностью одновременного сопровождения более одной цели. С другой стороны, в традиционных РЛС увеличение числа целей приводит к необходимости обеспечения совместной работы обзорной станции с несколькими станциями сопровождения.

 

    1. ФАР с электронным сканированием

 

Фазовая антенная решетка состоит из определенного числа отдельных излучающих элементов (например, диполей или открытых концов волноводов), распределенных соответствующим образом по заданной поверхности. В радиолокации наиболее широкое применение получили плоские решетки, хотя используются также линейные и конформные ФАР. В конформных решетках излучающие элементы распределены по неплоской поверхности (например, сферической).

В соответствии с одним из методических подходов ФАР может рассматриваться как совокупность пространственных элементов, взятых на обычной зеркальной антенне. Однако наиболее важной отличительной чертой ФАР является возможность управления сигналами, подводящимися к каждому излучающему элементу. Управление относительной амплитудой и фазой этих сигналов позволяет сформировать заданную ДН и мгновенно направить луч антенны в любую точку контролируемого воздушного пространства. При этом удается избежать механической инерционности, свойственной классическим вращающимся зеркальным антеннам.

Принцип работы ФАР показан на рис. 1.8. Если все излучающие элементы запитываются сигналами с одинаковой фазой, энергия фокусируется в направлении,

перпендикулярном плоскости, в которой размещены элементы. Именно в этом направлении в дальней зоне происходит синфазное сложение волн, излучаемых отдельными элементами. В других направлениях условия для синфазного сложения волн не выполняются и в ДН появляются боковые лепестки низкого уровня. С помощью включаемого перед каждым элементом фазовращателя, обеспечивающего задержку фазы, энергия фокусируется в другом направлении, перпендикулярном новому эквифазному волновому фронту.

Ширина основного луча зависит от отношения размеров апертуры антенны и длины волны. Если решетка имеет форму круга или квадрата, то ДН будет иглообразной; в то же время при прямоугольной решетке ДН может иметь веерообразную форму. Электронное сканирование может производиться как по азимуту, так и по углу места. Круговой обзор по азимуту может быть получен с помощью механического вращения антенны или путем использования четырех плоских решеток, каждая из которых направлена в сбой квадрат. Аналогичный результат может быть достигнут и с помощью одной антенны—сферической конформной ФАР, однако реализация этого подхода сопряжена с большими трудностями.

Значительное влияние на конструкцию ФАР оказывают выбранные способы задержки фазы сигнала и запитки отдельных элементов антенны. Быстродействующие фазовращатели обеспечивают одновременное сопровождение нескольких целей и поиск в различных направлениях, что уменьшает общее время как сопровождения, так и поиска.

Генерирование энергии и ее распределение между элементами антенны может осуществляться двумя способами:

а) в пассивной ФАР энергия генерируется одной выходной лампой, работающей, как правило, с малой скважностью. Затем передаваемая энергия делится между элементами антенны с помощью распределительной сети. При приеме сигналов та же сеть объединяет энергию, поступающую от элементов, и направляет ее на вход приемника (рис. 1.9 а);

б) в активной ФАР каждый элемент антенны (или группа элементов, т. е. подрешетка) непосредственно, соединен с отдельным выходным передающим усилителем,

 

 

например, полупроводниковым усилителем с большой скважностью, а при приеме—с отдельным приемным усилителем (рис. 1.9 6).

Активные ФАР являются более перспективными, так как позволяют снизить потери при передаче и приеме, а также генерировать сигналы с высокой скважностью. Действительно, в полупроводниковых элементах ограничена пиковая мощность, тогда как в традиционных вакуумных элементах ограничена средняя излучаемая мощность.

Сигналы с высокой скважностью целесообразно использовать при взаимном наложении импульсных последовательностей, что имеет место, например, в случае сопровождения нескольких целей. В то же время стоимость активной ФАР выше, чем пассивной. Кроме того, активная ФАР требует коррекции (выравнивания) характеристик всех каналов, связанных с элементами антенны. Выбор между активным и пассивным способами построения ФАР определяется стоимостью реализации этих вариантов. По-видимому, стоимость активных ФАР будет снижаться при массовом производстве полупроводниковых элементов.

Еще одной особенностью ФАР является возможность формирования многолучевой ДН. Несколько лучей могут быть сформированы как на передачу, так и на прием. В качестве примера можно указать на ФАР трехкоординатной РЛС, формирующую несколько лучей в угломестной плоскости, что позволяет измерить высоту цели. В некоторых случаях многолучевая ДН необходима лишь при приеме сигналов. В этом случае импульсные последовательности могут излучаться в различных направлениях с помощью узкого луча, быстро перемещающегося в новое положение в интервалах между импульсами. Другим вариантом такого применения ФАР является система, передача в которой осуществляется с помощью широкой ДН, охватывающей всю зону контролируемого воздушного пространства; при этом для одновременного приема эхосигналов со всех направлений применяется многолучевая ДН со множеством узких лучей.

Следующим свойством ФАР является возможность управления уровнем боковых лепестков ДН при приеме сигналов. Это свойство ФАР может быть использовано в целях уменьшения воздействия мешающих сигналов от направленных передатчиков помех и отражений от местных предметов, поступающих по боковым лепесткам ДН. В первом случае система определяет направление на передатчик помех и формирует глубокий провал в ДН в этом направлении (адаптивное подавление помех). Во втором случае при рассмотрении стационарной РЛС расположение местных предметов, переотражающих излучаемые сигналы, априорно известно, поэтому соответствующая ДН может быть сформирована заранее. В этом случае уровень боковых лепестков

необходимо снижать в широкой угловой зоне. В обоих указанных случаях уровень боковых лепестков ДН уменьшается путем управления усилителями и фазовращателями приемных элементов ФАР. При разработке подобных ФАР используются теоретические методы, развитые для решения задачи управления нулями ДН.

В заключение рассмотрим вопросы надежности и ремонтопригодности ФАР. Вследствие большого числа идентичных элементов ФАР свойственна высокая структурная избыточность. В частности, в активной ФАР отказ отдельных ее элементов приводит лишь к ухудшению ее характеристик. Отказ п усилителей (из общего числа N) приводит к уменьшению отношения сигнал-шум только в (1—n/N) раз. Кроме того, усилители в каналах передачи и предварительные усилители в каналах приема выполнены на полупроводниковых приборах, имеющих большее среднее время наработки на отказ, чем вакуумные приборы. Постоянный контроль состояния каждого элемента РЛС позволяет быстро и точно обнаруживать причину отказа. Такой контроль может осуществляться с помощью центральной ЭВМ и распределенной встроенной системы контроля. По мере ухудшения функционирования аппаратуры и матобеспечения ЭВМ обеспечивает реконфигурацию системы.

 

 

    1. Использование ФАР в РЛС

 

Гибкость сканирования луча, обеспечиваемая электронным управлением, делает использование ФАР в РЛС особенно заманчивым. С этим свойством ФАР связана возможность изменения времени облучения цели и скорости обновления информации.

Использование переменного времени облучения цели. Время облучения каждой цели в РЛС с ФАР может быть выбрано в соответствии с обоснованными специфическими требованиями, тогда как в РЛС с механическим сканированием продолжительность облучения всех целей одинакова. При использовании ФАР может быть реализована возможность интегрирования переменного числа принимаемых импульсов в зависимости от характеристик цели и тактической обстановки, что позволяет контролировать вероятность обнаружения независимо от дальности и эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели. Кроме того, энергетические соотношения для РЛС с ФАР рассчитываются с учетом усредненных характеристик целей, тогда как РЛС с механическим сканированием конструируются исходя из наиболее неблагоприятных условий. Следует отметить также, что вероятность ложных тревог при обнаружении новых целей значительно снижается [9] вследствие возможности повторного зондирования в направлениях, в которых необходима верификация (т. е. подтверждение наличия цели).

Использование изменяемой скорости обновления данных. Способность РЛС с ФАР направлять луч в любую точку пространства в течение чрезвычайно малых интервалов времени позволяет одновременно сопровождать несколько целей. Обновление траекторий после их завязки осуществляется с помощью направления луча в те точки пространства, которые прогнозируются алгоритмом сопровождения. Этот метод обработки радиолокационных данных отличается от классического метода сопровождения в режиме обзора, при котором решение задачи сопровождения зависит от того, в какой степени и с каким качеством решается задача поиска. Кроме того, гибкость управления лучом обеспечивает возможность изменения параметров обработки для различных типов целей. Наблюдаемые цели могут быть сгруппированы по определенным параметрам и скорость обновления данных при решении задачи сопровождения может изменяться в зависимости от установленных приоритетов. Такой подход позволяет оптимизировать управление радиолокационной информацией.

Для реализации преимуществ адаптивного управления лучом, временем облучения и излучаемой мощностью с учетом условий функционирования необходимы гибкие средства обработки сигналов и данных. В отличие от РЛС с механическим сканированием алгоритмы фильтрации и параметры систем обработки сигналов и данных могут изменяться в реальном времени в зависимости от радиолокационной информации, обработанной в предшествующие моменты времени. Очевидно, что центральным элементом такой сложной РЛС должен стать контроллер, осуществляющий функции согласования ресурсов системы с динамически изменяющимися условиями обстановки.

 

 

 

    1. Контроллер

 

Рассмотрим принцип работы контроллера в РЛС с ФАР и функции, выполняемые им. Контроллер, показанный на рис. 1.2 как элемент обобщенной моностатической РЛС, становится ключевой подсистемой РЛС с ФАР.

Контроллер предназначен для решения следующих основных задач:

    • принятие решений о выборе режимов работы РЛС в определенные временные интервалы;
    • формирование команд различным подсистемам РЛС в целях реализации запланированного обзора;
    • сбор информации о состоянии подсистем РЛС (т. е. цифровых последовательностей, характеризующих режим работы процессоров сигналов и данных) для оценки эффективности функционирования и обнаружения отказов;
    • выполнение функций интерфейса с оператором РЛС.

 

Контроллер с заложенным в него пакетом программ обычно реализуется на ЭВМ общего назначения. Иногда в него вводятся также программы ЦОРИ. На рис. 1.10 показаны связи этой ЭВМ с подсистемами РЛС (процессором сигналов, генератором формы сигналов, устройством управления обзором и т. д.) и такими внешними устройствами, как пульт управления и индикатор. В связи с различным быстродействием контроллер и другие подсистемы сопрягаются с помощью буферных устройств и шин передачи данных.

Кратко рассмотрим алгоритмы работы контроллера. Каждый режим работы РЛС (поиск, подтверждение наличия цели, завязка и проводка трассы), требующий ресурсов радиолокационного оборудования и ЭВМ, получает определенный приоритет. Под ресурсами радиолокационного оборудования понимаются время и энергия излучения (в определенном направлении), а под ресурсами ЭВМ—время обработки и объем памяти. Запрограммированное включение различных режимов РЛС осуществляется в соответствии с их приоритетами; таким образом исключается информационная перегрузка РЛС и ЭВМ. Другими словами, программирование режимов происходит так, чтобы потребности в ресурсах РЛС и ЭВМ не превышали имеющиеся возможности систем. Если возникает необходимость выполнения высокоприоритетной функции, то контроллер прерывает работу системы в режиме с низким приоритетом и возвращается к нему вновь при наличии временного ресурса. В случае опасности информационной перегрузки из-за большого числа запросов контроллер несколько снижает качество функционирования системы из-за невыполнения низкоприоритетных запросов.

Описание
Исследования и разработки в области автоматической обработки цифровой информации в радиолокационных системах имели и имеют большой интерес. Это обусловлено тем, что при решении задач управления движением и противовоздушной обороны поступающая в быстром темпе от обзорных радиолокационных систем высокоточная информация должна быть в последующем соответствующим образом обработана.
Содержание
содержание отсутствует