Под третичной обработкой понимается процесс обработки сигналов или объединения первичной радиолокационной информации по пространству с целью улучшения характеристик радиолокационного наблюдения:
характеристик обнаружения;
характеристик распознавания;
точность характеристик измерения координат и параметров движения воздушного объекта.
При третичной обработке решаются следующие задачи: отождествление отметок от одного воздушного судна, полученных различными источниками информации; формирование измерений по данным от нескольких источников; построение траектории по объединенным данным.
Основой объединения сигналов является наличие рассеянного или излученного воздушным судном сигнала в пространстве, намного превосходящем по размерам ограниченное пространство однопозиционного радиолокационного наблюдения.
Если сигналы или первичную радиолокационную информацию, полученные в отдельных пунктах наблюдения, передать и сосредоточить в некотором центре обработки, то это объединение позволит использовать в интересах улучшения характеристик радиолокационного наблюдения не только дополнительную энергетику, но и корреляционные связи принятых сигналов, а также пространственное подобие первичной радиолокационной информации об одном объекте от разных источников, обусловленное фактическим наличием воздушного объекта в определенной точке пространства.
Энергетика принятого сигнала, которую можно использовать, пропорциональна суммарному раскрыву разреженной апертуры.
Корреляционные связи принятых в разных точках пространства сигналов определяются, во-первых, расстоянием между этими точками, а во-вторых, интервалом пространственной корреляции рассеянного или излученного целью сигнала. Последний определяется длиной волны λ , размером воздушного объекта (или раскрывом антенны излучающей системы) L и расстоянием от объекта до зоны анализа R:
Если расстояние между пунктами приема меньше интервала пространственной корреляции сигнала , то принятые в этих пунктах сигналы являются коррелированными, причем коэффициент их корреляции можно считать равным
В противном случае принятые сигналы следует считать некоррелированными. Корреляционные связи принятых сигналов могут быть использованы как для взаимной когерентной компенсации этих сигналов, так и для их когерентного сложения.
Пространственное подобие первичной РЛИ об одной цели от разных источников (от разных пунктов приема и анализа), обусловленное фактическим наличием цели в определенной точке пространства, может быть использовано для отождествления РЛИ, полученной от разных источников, т. е. для закрепления сведений, полученных от разных источников, за одной определенной целью.
Техническим средством третичной обработки является многопозиционная радиолокационная система (МП РЛС). Под МП РЛС понимается радиолокационная система, которая включает несколько разнесенных в пространстве передающих, приемных или приемопередающих позиций и в которой производится совместная обработка получаемых с помощью этих позиций сигналов или информации о наблюдаемых объектах (целях). Центр или пункт совместной обработки может быть расположен на одной из позиций МП РЛС и должен быть связан линиями связи со всеми позициями. Именно благодаря совместной обработке сигналов или информации достигаются основные преимущества МП РЛС.
Главным и наиболее существенным, с точки зрения структуры и характеристик МП РЛС, классификационным признаком когерентной обработки, определяющим фактически способ пространственного объединения сигналов и первичной РЛИ, является степень пространственной когерентности МП РЛС. Под пространственной когерентностью МП РЛС понимается способность использовать информацию, содержащуюся во взаимных фазовых соотношениях сигналов в разнесенных позициях. Следует различать пространственную когерентность МП РЛС и пространственную когерентность сигналов на входах приемных позиций МП РЛС. Последняя, как известно, зависит от размеров баз между позициями, длины волны, размеров цели, а также неоднородностей среды распространения, в то время как пространственная когерентность МП РЛС характеризует, no-существу, технические возможности аппаратуры. В связи с этим можно выделить три способа пространственного объединения сигналов и первичной РЛИ:
а) способ пространственно-когерентного объединения сигналов с привязкой позиций по времени, частоте и фазе принятых СВЧ-колебаний;
б) способ частичного или неполного пространственно-когерентного объединения сигналов с привязкой позиций по времени и частоте;
в) способ пространственно-некогерентного объединения сигналов и первичной РЛИ с привязкой позиций только по времени.
В пространственно-когерентных МП РЛС можно в принципе наиболее полно использовать информацию, содержащуюся в пространственной структуре электромагнитного поля, рассеянного или излученного целью, в том числе и в соотношении начальных фаз сигналов на входах разнесенных позиций В таких МП РЛС взаимные фазовые сдвиги сигналов в трактах разнесенных позиций и линиях связи известны и сохраняются практически неизменными на интервале времени, намного превышающем время наблюдения сигнала (например, в течение нескольких часов). В МП РЛС с продолжительной пространственной когерентностью необходима взаимная привязка разнесенных позиций не только по времени и частоте (опорным частотам передатчиков и гетеродинов приемников), но и по начальным высоко частотным фазам. С помощью какого-либо опорного сигнала (от радиоастрономического источника, «точечного» отражателя и др.) взаимные фазовые сдвиги могут периодически измеряться и корректироваться (юстироваться) или просто учитываться при обработке. Совокупность разнесенных позиций пространственно-когерентной МП РЛС можно рассматривать как единую разреженную антенную решетку, поэтому для получения приемлемой «диаграммы пространственной избирательности» требуется много позиции.
В пространственно-когерентных МП РЛС с частичной, неполной или кратковременной пространственной когерентностью пространственная когерентность сохраняется на интервале времени порядка времени наблюдения рассеянного или излученного целью сигнала. Обычно это время не превышает долей секунды. При совместной обработке сигналов может использоваться вся информация, содержащаяся в комплексных огибающих сигналов разных позиций, в том числе, в изменениях фазовых соотношений на интервале наблюдения для измерения тангенциальной скорости цели или источника активной помехи разностно-доплеровским методом. Однако информация, содержащаяся в соотношении начальных фаз сигналов, не используется. В таких системах необходима взаимная привязка разнесенных позиции только по времени и частоте. Число разнесенных позиций в таких МП РЛС может быть значительно меньше, чем в пространственно-когерентных МП РЛС, и не требуется взаимная фазовая привязка позиций.
В пространственно-некогерентных МП РЛС фазовая информация полностью исключается в результате детектирования сигналов до их объединения. В связи с этим не требуется не только фазовая, но, как правило, и частотная привязка позиций. Обычно необходима лишь взаимная временная привязка (синхронизация). Пространственно-некогерентные МП РЛС проще, чем МП РЛС с кратковременной, а тем более с длительной пространственной когерентностью. Однако исключение фазовой информации приводит к энергетическим и особенно к информационным потерям. В частности, невозможно измерение тангенциальной скорости источников помех разностно-доплеровским методом.
Пространственная некогерентность МП РЛС не исключает временную когерентность каждой позиции до совместной обработки. В МП РЛС, состоящей из нескольких приемопередающих позиций с временной когерентностью, можно измерять доплеровское смещение частоты эхо-сигналов, а, следовательно, и радиальную скорость цели относительно каждой позиции.
В пространственно-некогерентных МП РЛС объединение сигналов или первичной радиолокационной информации может осуществляться на следующих уровнях:
а) объединение видеосигналов после детектирования в каждой позиции;
б) объединение обнаруженных и проклассифицированных отметок (единичных решений) и единичных замеров; при этом вся первичная обработка смесей сигналов, внешних помех и собственных шумов, включая сравнение с порогом, измерение параметров обнаруженных сигналов и их классификацию, проводится в каждой позиции, а на совместную обработку поступает только информация, которая признана «полезной»;
в) объединение траекторий (трасс); при объединении траекторий в каждой позиции проводится не только первичная, но и вторичная обработка информации, которая завершается построением траекторий целей; параметры траекторий сопровождаемых целей передаются в центр обработки для совместной обработки, в результате которой дополнительно отсеиваются «ложные» и уточняются «истинные» траектории.
Самолетный ответчик состоит из антенно-фидерного устройства, распределительного фильтра (РФ), приемника и дешифратора запросных сигналов, шифратора ответных сигналов и передатчика. Запросные сигналы с антенны ответчика через разделительный фильтр поступают в приемник, где преобразуются, усиливаются по промежуточной частоте и детектируются. Па выходе приемника ответчика образуется пачка парных импульсов запроса (рис. 6.3). Временные кодовые интервалы между парными импульсами (τ зк1 , τ зк2 ) определяют содержание информации, которую должен передать ответчик.
Запросные сигналы поступают на вход дешифратора, в котором производится декодирование запрашиваемой информации. В простейшем случае дешифратор представляет собой набор линий задержек со стандартными временными интервалами задержки и логических схем «И». В результате совпадения двух запросных импульсов в дешифраторе образуется управляющий импульс для шифратора. Шифратор формирует импульсы координатного и соответствующего информационного кода (бортового номера или высоты и др.). На информационные входы шифратора поступает информация от соответствующих датчиков. Шифратор формирует пачку ответных видеоимпульсов, в которой закодирована запрашиваемая информация. Эти импульсы поступают на вход передающего устройства, состоящего из подмодулятора, модулятора и генератора свч.
Пачка видеоимпульсов преобразуется передающим устройством в пачку радиоимпульсов, которые через развязывающий фильтр поступают в антенну и излучаются в пространство. Несущая частота ответных сигналов (f o = 740 или 1090 МГц) отличается от несущей частоты запросных сигналов. Развязывающий фильтр выполняет функции антенного переключателя и выполняется обычно на полосковых линиях.
Ответные сигналы принимаются антенной и приемником вторичного радиолокатора и декодируются. В ответном сигнале имеются два координатных (опорных) импульса. По времени запаздывания этих импульсов относительно запросных с учетом времени задержки на кодирование и декодирование, определяется дальность до ответчика. Угловая координата ответчика определяется методом пеленгации по максимуму (в моноимпульсных системах метод иной и будет изложен ниже).
Дешифратор вторичного радиолокатора выделяет дополнительную ин-
формацию, переданную ответчиком (бортовой номер, высота и др.), которая
отображается на индикаторных устройствах.
В обобщенной структурной схеме изображены лишь основные устройства, поясняющие основной принцип действия системы вторичной радиолокации. Для обеспечения надежной работы системы как наземное, так и бортовое оборудование содержит дополнительные устройства, например, устройства, устраняющие влияние боковых лепестков диаграммы направленности антенны запросчика.
5.3. Кодирование запросных и ответных сигналов
5.3.1. Методы кодирования запросных и ответных сигналов
Для передачи информации во вторичных радиолокаторах применяется импульсное кодирование. Импульсный код - это совокупность импульсов, расположенных в соответствии с правилами кодирования. В качестве кодирующих признаков могут использоваться: длительность импульса, число импульсов, расстояние между импульсами, частота и фаза, наличие или отсутствие импульсов на определенных позициях. Интенсивность сигнала в качестве признака кодирования не используется из-за малой помехоустойчивости.
В существующих системах вторичной радиолокации используются два вида кодирования: времяимпульсное и позиционное.
Времяимпульсное кодирование применяется в запросном канале. При этом методе каждому из значений информации, подлежащей передаче, присваивается свой временной интервал. На рис. 5.4. изображена структура времяимпульсного кода. На рисунке обозначены: Т к - кодовый интервал
Δ t 1 интервал кодирования. Максимальное число днухимпульсных кодов N определяется следующим образом:
Времяимпульсные коды не могут дать большого числа кодовых комбинаций без значительного увеличения кодового интервала или увеличения числа импульсов в коде. Число вариантов запросных сигналов в системах вторичной радиолокации невелико, поэтому в запросном канале применяется двухимпульсное времяимпульсное кодирование.
Ответная информация имеет значительно больший объем, поэтому в ответном канале применяется позиционное кодирование, при котором значение ответной посылки определяется местами расположения импульсов кода на временной оси. Ответная информация имеет постоянный объем, носители информации являются десятичные и двоичные числа, для представления которых используется позиционная система счисления. В этой системе значения разрядов чисел зависят от места, отведенного каждой из цифр. Так, например, десятичное число 623 может быть представлено в виде: 6·10 2 +2·10 1 +3·10°. Каждому разряду числа при этом соответствует своя позиция.
Любое число в позиционной системе может быть записано следующим образом:
где a n , … - коэффициенты слагаемых; Р - основание системы.
При основании Р=2 базисом числа являются две цифры: 0 и 1, а при Р=10 используются цифры 0, 1, ..., 9.
Ответная информация с борта воздушного судна кодируется с использованием двоично-десятичной и двоично-восьмеричной системы счисления. Число значений N дискретной информации, которое может быть переданным кодом, составляет N=2 m (m - разрядность кода). Передача символом 0и 1 двоичных чисел может быть осуществлена импульсным сигналом (отсутствие или наличие импульса на определенной временной позиции). Двоично-десятичная система применяется в ответных кодах режима УВД (отечественный режим) Двоично-восьмеричный код имеет базис цифр 0, ...,7 и применяется для ответных кодов высоты в режиме RBS (международный режим).
При передаче числа позиционным двоичным кодом каждому из его разрядов определено свое место (позиция). Существует два способа предоставления позиций (рис. 5.5).
На рис. 5.5, а изображен четырехразрядный двоичный позиционный код с пассивной паузой. При этом каждому из четырех разрядов предоставляется одна временная позиция. Единица соответствует наличию импульса, нуль - его отсутствию. Во втором случае (рис. 5.5, б) каждому из четырех разрядов двоичного числа предоставляется две временные позиции. Импульс на первой позиции обозначает «1», на второй - «О». Этот метод называется методом с активной паузой.
5.3.2. Структура запросных сигналов
Кодирование запросных сигналов осуществляется с целью уменьшения вероятности срабатывания ответчика от случайных сигналов, а также для получения определенного вида информации по каналу ответа.
В существующих системах вторичной радиолокации применяются два формата стандарта кодирования (отечественный и международный). Передача кодированных сигналов по нормам ICAO производится только на несущих частотах 1030 МГц (запрос) и 1090 МГц (ответ). Отечественный стандарт устанавливает частоты: 837,5МГц (запрос) и 740МГц (ответ). Кодирование запросных сигналов в обоих форматах производиться импульсно-временным кодами.
Запросный код состоит из двух импульсов, обозначаемых Р 1 и Р 3 с кодовым интервалом τ зк между их фронтами. Кодовые интервалы и вид запрашиваемой информации представлены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Сигналы запроса режима RBS имеют вертикальную поляризацию, режима УВД - горизонтальную. Для подавления сигналов боковых лепестков в трехимпульсной системе подавления по каналу запроса между импульсами Р 1 и Р 3 излучается импульс Р 2 следующий через 2±0,15 мкс после импульса Р 1 . Длительность импульсов запросных кодов и импульса подавления составляет 0,8 ±0,1 мкс.
5.3.3. Структура ответных сигналов
5.3.3.1. Ответный сигнал режима УВД
Ответный сигнал самолетного ответчика включает в себя: координатный, ключевой и информационный сигналы. Структура ответного сигнала изображена на рис. 5.6.
Координатный код состоит из двух импульсов, обозначенных РК 1 и РК 3 . Временной интервал между ними зависит от кода запроса и определяется в соответствии с табл. 5.2.
Совместно с импульсами РК 1 и РК 3 может передаваться сигнал «бедствие», который должен отстоять от импульса РК 3 на 6 мкс.
После координатного кода следует ключевой код, состоящий из трех импульсов РКИ 1..3 Интервал τ к _ кл, между импульсом РК 3 координатного хода и импульсом РКИ 1 должен соответствовать следующим значениям: при передаче
бортового номера - 8,5 мкс; высоты полети и запаса топлива 14 мкс; вектора
скорости - 10 мкс. Ключевой код передается в двоичном системе счисления
тремя разрядами методом активной паузы. И каждом разряде дно починим, временной интервал между которыми 4 мкс. Ключевой код 1 К), изображенный на рис. 5.6, соответствует передаче бортового номера.
Для передачи информационного сигнала используется двоичная система счисления. Информация передается 40 разрядами методом активной паузы (80 позиций). Временной интервал между соседними позициями в разряде - 4 мкс. Для повышения достоверности информации на земле, она передается дважды: с 1-го по 20-й разряд и с 21-го по 40-й разряд. Временной интервал между последней позицией ключевого кода и первой позицией информационных импульсов составляет 4 мкс.
На рис. 5.7. изображена полная структура ответного сигнала при запросе бортового номера. Все разряды ответного кода разбиваются на декады (по четыре разряда в каждой), причем в первой декаде передаются единицы, во второй - десятки, в третьей - сотни, в четвертой - тысячи, в пятой - десятки тысяч. Такой код называется двоично-десятичным пятидекадным четырехразрядным. Он позволяет передавать номера от 00000 до 99999. На рис. 5.7 изображена структура ответного сигнала при передаче бортового номера 12345. Формирование кода сигнала бортового номера поясняется таблицей 5.3.
При запросе кодом ЗК2 ответчик передает информацию о высотеполета и остатке топлива. Информация о высоте передается и 1...14 разрядах. В 15-м разряде указывается признак высоты: «1» абсолютам; « - относительная. В 16-м разряде значение «1» соответствует сигналу БЕДСТВИЕ (этот же сигнал указывается импульсом РК 2 в координатном коде). Данные о запасе топлива в процентах от полной вместимости топливных баков даются и 17...20 разрядах информационного кода. На рис. 5.8. изображена структура ответного сигнала при запросе текущей информации: абсолютная высота 1270 м и остаток топлива 30%. Формирование ответного сигнала поясняется таблицей 5.4, 5.5.
В ответном сигнале, возможно, передавать высоту полёта до 30000м с градациями через 10м. Кроме того, возможна передача отрицательных значений абсолютной барометрической высоты от 0 до 300м. При передаче отрицательны значений высоты 8, 13, 14 должны иметь символ «0», а разряды 9, 10, 11, 12 – символ «1». Значение абсолютной высоты передается группой разрядов 1…7.
При запросе кодом ЗКЗ ответчик формирует информационное слово,
обеспечивающее передачу аргумента вектора скорости в пределах от 0 до 360
градусов с градацией 1 градус и значения модуля вектора скорости в интервале от 0 до 3500 км/ч с градацией 10 км/ч. Данные об аргументе и модуле вектора скорости передаются с использованием трех десятичных цифр в соответствии с таблицей 5.6, 5.7.
6.4.3.2 Ответный сигнал режима RBS
Структура ответного сигнала в режиме RBS изображена на рис. 5.19.
Сигнал состоит из двух опорных импульсов F 1 и F 2 , которые являются координатными. Между этими импульсами расположены 13 позиций информационного кода. Информационный код включает в себя четыре трехразрядных декады А, В, С, D информационных импульсов. По требованию диспетчера с земли после импульса F 2 может передаваться импульс опознавания (SPI), предназначенный для опознавания одного из двух воздушных судов с одинаковым кодом опознавания. Несущая частота сигнала 1090МГц, поляризация вертикальная.
Временной интервал между опорными импульсами 20.3 мкс. Импульс: SPI следует за импульсом F 2 через 4,35 мкс. Все импульсы имеют длительность 0,45 мкс. Временные позиции соседних разрядов информационных импульсов следуют через 1,45 мкс.
При запросе кодом А самолетный ответчик передает условный номер натуральным двоично-восьмеричным четырехразрядным кодом. Декадой А передаются тысячи, В - сотни, С - десятки, D - единицы. Каждая декада имеет три разряда, поэтому передача чисел 8 и 9 невозможна. Наибольшее число, которое может быть передано - 7777, а общее количество чисел - 4096.
На рис. 5.10 изображено расположение информационных импульсов
при передаче условного номера 7600, что соответствует сообщению об отсутствии радиосвязи. Позиция, обозначенная Р - резервная. Формирование кода условного номера можно пояснить таблицей 5.8.
При запросе ответчика кодом С с борта воздушного судна передается информация о барометрической высоте в футах с градацией через 100 футов
(30,48 м). Передача данных о высоте ведется четырьмя декадами со следующими ми градациями в декадах:
D-32000 футов,
А - 4000 футов,
В-500 футов,
С - 100 футов.
Отсчет высоты ведется от остаточной - 1200 футов.
При передаче быстроменяющейся информации о высоте международными нормами утвержден циклический код Гиллхема, представляющий собой совокупность трехдекадного кода Грея и специального трехразрядного кода Гиллхема. Особенностью такого кода является то, что для соседних градаций высоты коды различаются в одном разряде, что уменьшает вероятность ошибок при наложении цифровых значений высоты.
Для передачи рефлексного кода Грея используются декады D, А, В ответного сигнала, для передачи специального трехразрядного кода-декада С.
Для того, чтобы десятичное число записать в виде натурального кода Грея, необходимо вначале его представить натуральным двоичным кодом, а затем сдвинуть разряды двоичного числа на один разряд вправо (младший разряд теряется), а потом произвести поразрядное сложение сдвинутого и не сдвинутого числа без переноса из разряда в разряд. При этом считается, что 1+1=0. Зеркальный код Грея создается зеркальным отображением двух младших разрядов натурального кода Грея и заменой у натуральных кодов Грея нулевого старшего разряда на единицу (у чисел 0, 1, 2, 3), а единичного - на нуль (у чисел 4, 5, 6, 7). В таблице 5.9 приведены названные коды.
Таблица 5.9
Рефлексный код Грея строится следующим образом. Если на предыдущих соседних трех позициях высшего разряда передаваемого десятичного числа записано четное число, то на следующих позициях низшего разряда десятичное число запишется натуральным кодом Грея. Если записано нечетное ЧИСЛО, то используется зеркальный код Грея. Специальный рефлексный код, используемый для передачи младших разрядов высоты, приведен в таблице 5.10.
Для примера, рассмотрим структуру ответного сигнала мри кодировании высоты 134480 футов. С учетом остаточной высоты 1200 футов необходимо на землю передать значение высоты, равное 135680. Число градаций старшей декады D определится следующим образом:
135680ф:32000ф=4 (остаток 7680ф).
Число «4» записываем в натуральном коде Грея (более старшей декады нет, что соответствует нулю в предыдущих разрядах): 110, причем D 1 = l; D 2 = l; D 4 = 0. Число градаций, которое необходимо записать в декаде А:
7680ф:4000ф=1 (остаток 3680ф).
Число «1» записываем в том же натуральном коде Грея, поскольку в предыдущем разряде записано четное число. Код будет равен 001 :А 1 =0; А 2 =0; А 4 =1.
Число градаций в декаде В:
В соседней декаде записано нечетное число, поэтому в декаде В число «7» записывается зеркальным кодом Грея, а именно, 000: В 1 =0; В 2 =0; В 4 =0.
В соответствии с таблицей 5.10 180 футам соответствует десятичное число «2», учитывая, что в соседней декаде В записано нечетное число, декаду С
следует кодировать зеркальным специальным рефлексным кодом: 110. При этом С 1 =1; С г =1; С 4 =0. Структура информационного сигнала, в котором закодирована высота 134480 футов, изображена на рис. 5.11.
Для получения числа, обозначающего высоту, необходимо пользоваться специальными таблицами.
5.4. Дешифрация ответной информации
5.4.1. Дешифрация сигналов в режиме УВД
Входная информация, включающая в себя запросные коды и ответные видеосигналы режимов УВД и RBS, с выходов соответствующих корректирующих видеоусилителей поступает на входы трех дешифраторов (рис. 5.13).
Состав обрабатываемой информации определяется структурой запросных кодов. Импульсы запросных кодов Р 1 и Р 3 поступают на дешифратор режимов, где происходит их декодирование и формирование соответствующих стробов режимов А, В, С, D.
Эти стробы являются служебными для селектирования определенной ответной информации. Они поступают через плату сопряжения на выходные устройства.
В плате сопряжения осуществляется нормирования служебных сигналов ВРЛ и распределение их на устройства аппаратуры.
Дешифраторы УВД и RBS включают в себя дешифраторы координатных, ключевых кодов, кодов «Бедствие», «Знак», а также дешифраторы информации, поступающей из приемных устройств ВРЛ.
Для обработки информации от ВС, находящихся на незначительном удалении друг от друга, дешифраторы выполнены как двухканальные, что позволяет производить декодирование сигналов при наложении ответных кодов.
Декодированная координатная информация очищается в фильтре от несинхронных помех. Декодированная информационная посылка ИКАО о высоте полета, передаваемая в футах, преобразуется в метры и поступает так же, как и информационная посылка УВД, на выходные устройства. В режиме А информационная посылка проходит на выходные устройства через преобразователь футы-метры без изменения.
Принцип действия дешифратора УВД
Дешифратор УВД (рис. 5.13) осуществляет декодирование координатного кода, кода «бедствие», ключевого кода, кода «Знак» и информационного слова, выдаваемых ответчиком при запросе кодами ЗК1 и ЗК2.
Дешифратор декодирует одиночные и переплетенные ответные коды, образованные в результате наложения двух ответов для близко летящих ВС, исправляет в ответной посылке одиночные и обнаруживает двойные ошибки. Поскольку каждый разряд информационного слова передается на двух позициях, то возможно преобразование одиночных и двойных ошибок. Одиночной ошибкой считается стирание или возникновение одного из символов в разряде информационного слова. Двойной ошибкой считаются следующие искажения: стирание одного и возникновение другого символа в разряде, образование двух ошибочных символов, стирание двух символов. Так как ответчик при работе кодами УВД на каждый запрос дважды выдает информационное слово, то для обнаружения и исправления ошибок в дешифраторе УВД осуществляется запоминание первого 20-разрядного слова и его поразрядное сравнение с одноименными позициями второго слова.
Дешифратор УВД осуществляет декодирование ключевого кода при одиночных ответах по логике «2 из 3», а при переплетенных ответных кодах - по логике «3 из 3», т.е. совпадением любых двух из трех или трех из трех импульсов ключевого кода.
Входной ответный сигнал поступает на дешифратор кодов ДК1, в котором осуществляются его нормализация по амплитуде и селекция по длительности. Информационное слово без задержки поступает в дешифратор информации. Импульсы стирания запрещают прохождение информационных импульсов на выход платы ДК1. После задержки на 6 мкс в ДК1 все импульсы, предшествующие информационному слову, поступают на дешифратор кодов ДК2, где происходит их дополнительная задержка на 22 мкс, которая позволяет осуществлять декодирование координатного кода, кода «бедствие» и ключевого кода по логике «3 из 3». В дешифраторе кодов ДКЗ декодированная координатная отметка задерживается еще на 16 мкс для совмещения с последним импульсом ключевого кода. В случае одиночных ответов в плате ДКЗ осуществляется также декодирование ключевого кода по логике «2 из 3», что позволяет увеличить вероятность декодирования ключевого кода при подавлении одного из трех импульсов ключевого кода.
Для декодирования информационного слова, служат кварцевый калибратор КК и дешифратор информации ДИ. Декодированным импульс ключевого кода с выхода дешифратора ДКЗ запускает кварцевый калибратор, вырабатывающий опорные импульсы частотой 4 МГц. Из импульсов кварцевого калибратора формируются импульсы сдвига, позволяющие выделить и записать в дешифраторе информации только информационное слово длительностью 160 мкс. В устройстве контроля один раз в 10с формируется контрольный текст, который обрабатывается дешифратором. После анализа выносится решение о состоянии дешифратора.
5.4.2. Дешифратор режима международного диапазона
В состав дешифратора канала МД входят дешифратор режимов, в котором путем декодирования запросных кодов формируются служебные стробы режимов, дешифратор информации, включающий дешифратор аварийных кодов и импульсов опознавания.
Функциональная схема дешифратора канала МД представлена на рис. 5.14. В плате дешифратора режимов, кроме формирования стробов режимов, производится декодирование координатного кода путем задержки ответного сигнала и совмещения опорных импульсов F 1 и F 2 .Совпадение импульсов F 1 и F 2 фиксируется на схеме И1, где и происходит образование импульса декодированной координатной отметки (ДКО). Перед подачей на схему задержки импульсы входной информации селектируются по длительности в пороговом устройстве ПУ и на счетных триггерах распределителя Р преобразуются в перепады напряжений. Данное преобразование улучшает условие прохождения сигнала через узкополосную линию задержки ЛЗ на 20,3 мкс. На выходе ЛЗ импульсы восстанавливаются по длительности и поступают на схему И1 и на сдвигающие регистры дешифратора информации.
Декодирование запросных кодов осуществляется по принципу совпадения импульсов Р 1 и Р 3 запросных кодов, соответствующих режимам. Стробы режимов формируются на триггерах Тг1...Тг4, которые запускаются импульсами декодированных запросных кодов, а в нулевое состояние возвращаются импульсом «Конец дистанции».
В плате дешифратора координатных отметок ДКО производится логическая обработка КО. Двухканальная схема построения ДКО и ДИ канала МД позволяет декодировать ответы от двух самолетных ответчиков, информационные посылки от которых взаимно наложились. Исключение представляет случай. когда интервал между кодовыми импульсами первой и второй посылками равен точно 1,45 мкс. В этом случае ДКО выдает только координатные отметки, а ответная информация не обрабатывается. Схема анализа в этом случае выдает сигнал «Искажение информации» и блокирует выдачу сигналов «Считывание» и «Признак». Декодированные координатные отметки запускают девятиразрядные счетчики Сч, причем схема управления включения СУВ счетчиков обеспечивает запуск Сч1 первой КО, а второй - последней КО в их возможной серии на интервале 24,65 мкс. Счетчики с помощью импульсов кварцевого генератора КГ, период следования которых пропорционален 1,45 мкс, формируют выходную координатную отметку, а также последовательность стробирующих, сдвигающих и других вспомогательных импульсов, которые управляют работой дешифратора информации. Выходная координатная отметка (ВКО) канала МД формируется через 24,65 мкс (20,3 + 4,35 мкс) после запуска счетчика. При работе с совмещенными кодами ВКО снимается с последнего триггера счетчика через 37,7 мкс после его запуска, т.е. дополнительно задерживается на 13 мкс и используется в плате формирователя канала ОД для выработки сигналов управления дешифратором отечественного капана. Одновременно с ВКО формируются сигналы считывания (переписи) и признака канала. Импульс считывания аварии совпадает по времени с ВКО 24,65 мкс. Импульс считывания SPI представляет собой ВКО 37,7 мкс, задержанную дополнительно на 4,35 мкс. Сигнал «Перепись» позволяет пересылать информацию из сдвигающегося регистра PC в регистр памяти РП ДИ. По существу ДИ представляет собой преобразователь последовательного кода в параллельный. С выходов регистров памяти информация поканально в параллельном коде поступает на дешифратор аварийных кодов ДАК, а также на преобразователь информации «Футы-метры». Декодирование аварийных кодов осуществляется на схемах совпадения при наличии строба «Режимов А + В» и импульса считывания аварии. В блоке ДИ канала МД предусмотрено накопление декодированных импульсов аварии в течение нескольких зондирований для уменьшения вероятности ложной тревоги и последующей выдачи на выходное устройство сигналов аварии: 7700, 7600 и 7500.
Информация о высоте в футах, передаваемая согласно нормам ИКАО, в режиме С кодом Гиллхэма преобразуется в преобразователе «Футы-метры» в метрическую систему счисления и представляется в виде двоично-десятичного кода. Четыре канала преобразователя осуществляют координатный анализ и обработку поступающей информации. В режимах А и В информационная посылка не подвергается преобразованию.
Выходная декодированная координата дополнительно очищается от несинхронных помех в устройстве защиты, представляющем собой гребенчатый фильтр, настроенный на частоты, кратные частоте повторения импульсов запуска ВРЛ (рис. 5.15). Основу фильтра составляют два регистра сдвига Рг на 35
разрядов каждый и схемы совпадения. Каждый разряд состоит из двух ячеек триггерной памяти: основной и промежуточной. С помощью тактовых импульсов входной сигнал продвигается по регистрам сдвига, причем время задержки в каждом регистре определяется генератором тактовых импульсов ГТИ, который запускается импульсом генератора запуска ГЗ, совпадающим с началом отсчета дальности, а останавливается импульсом счетчика Сч, соответствующим концу периода следования запросных импульсов ВРЛ. При логике обработки 2/2 задержанный сигнал подается на схему совпадения И с Рг1.При логике обработки 2/3 задержанный на два периода повторения сигнал снимается с выхода регистра Рг2. Сигнал «Управление очисткой» позволяет блокировать фильтр. Дешифратор МД выполнен на четырех печатных платах с использованием микросхем 130, 133, 136 и 217 серий.
5.5. Дискретно-адресная система вторичной радиолокации
Существующая система вторичной радиолокации обладает рядом недостатков, наиболее существенными из которых являются следующие:
Наложение ответных сигналов от воздушных судов, имеющих близкие значения наклонной дальности и азимута;
Ложные ответы на запросы по боковым лепесткам ДНА;
Переотражения сигналов от находящихся вблизи систем вторичной радиолокации «местных» предметов (возвышенностей, зданий и т.п.);
- насыщение радиоканала сигналами из-за приема всех ответов па все запросы.
Кардинальным решением для устранения недостатков является переход к системам вторичной радиолокации с адресным запросом. В такой системе каждое воздушное судно имеет свой код адреса и отвечает на запрос только на свой код. При индивидуально-адресном запросе ответный сигнал будет излучать только один ответчик, адрес которого указан в запросе.
Дискретно-адресная система предполагает присвоение каждому воздушному судну адресного кода. Наземная станция должна содержать в оперативном запоминающем устройстве данные об адресном коде и приблизительном местоположении всех воздушных судов, находящихся в зоне обнаружения ВРЛ. Для выявления новых воздушных судов предусмотрен режим опроса всех самолетов. По ответной посылке наземная станция определяет оснащенность воздушного судна аппаратурой DABS (Discrete address beacon system). To воздушное судно, которое имеет ответчик дискретно-адресной системы, в режиме опроса сообщает свой адресный код. Последующий запрос будет направляться только по соответствующему адресу, поэтому ответчики, имеющие другие адреса, на него не отвечают. В наземной станции предполагается использование моноимпульсного метода радиолокации, что позволит повысить точность определения азимута объекта. Все это обусловливает уменьшение помех в каналах запроса и ответа, а также уменьшить темп запроса.
Формат сигналов запроса адресной системы ВРЛ выбран таким образом, чтобы она была полностью совместима с существующей системой. Система имеет общий и адресный коды запроса. Структура сигнала общего запроса изображена на рис. 5.16.
На общий запрос реагируют ответчики воздушных судов в любом режиме. Интервал в соответствует режиму RBS, интервал с - режиму УВД. Импульс Р4 используется адресным отметчиком для сообщения запросчику индивидуального кода.
Адресный запрос (рис. 5.17) начинается с преамбулы, состоящей из двух импульсов, воспринимаемых обычными ответчиками как запрос, излучаемый по боковым лепесткам ДНА. Поэтому обычные ответчики на адресный запрос не отвечают. За преамбулой (или ключевым кодом) следует информационный
сигнал, который содержит 56 или 112 бит информации, передаваемой относительной фазовой модуляцией. Модуляция фазы высокочастотной несущей обеспечивает скорость передачи данных 4 Мбит/с, что позволяет передать 112-битовое сообщение за время, соответствующее блокировке обычных ответчиков. При относительной фазовой модуляции первый поворот фазы является синхронизирующим. Каждый следующий поворот возможен с декретом 0,25
мкс. Для защиты адресного ответчика от приема запросов по боковым лепесткам ДНА используется импульс подавления РS, который передается с помощью антенны, центрируется относительно момента опрокидывания синхрофазы. Появление импульса Р5 при достаточной амплитуде затеняет опрокидывание синхрофазы в адресном ответчике, и результате чего информация не кодируется,
Информационная часть сигнала запроса, передаваемая импульсом Р6 содержит:
Две продолжительные посылки (1,25 и 0,5 мкс), предназначенные для подстройки по фазе гетеродина бортового ответчика;
32 или 88 импульсов для передачи кода запроса;
24 импульса адреса запроса.
Код адреса имеет разряд, служащий для выявления ошибки в коде путем проверки его на четность. Код позволяет создавать 2 23 (примерно 16 млн.) индивидуальных запросов. Информационный сигнал передается с помощью фа-зоманипулированного сигнала. Символу «0» соответствует нулевая фаза несущей частоты, символу «1» - φ = 180°.
Адресный ответ (рис. 5.18) состоит из четырехимпульсной преамбулы, сопровождаемой последовательностью импульсов, которые содержат 56 или 112 битов информации.
Двоичные данные передаются со скоростью 1 Мбит/с, причем интервал 1 мкс соответствует каждому биту. Такая скорость передачи данных по каналу «борт-земля» позволяет генерировать отпетые импульсы в режимах УВД, RBS, S (адресный запрос) одним передатчиком. Если значение бита равно единице, то импульс длительностью 0,5 мкс передается и нерпой половине интервала, если нулю - во второй.
Четырехимпульсный ключ позволяет легко различить адресный ответ от ответа режимов УВД, RBS и разделить их при взаимном наложении. Выбор кодоимпульсной модуляции для передачи данных по каналу ответа позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость к мешающим сигналам УВД, RBS, a также способствует получению постоянного числа импульсов в каждом коде, гарантирующем достаточную энергию для точного моноимпульсного приема.
К характеристикам систем вторичной радиолокации, работающим в режиме S (дискретно-адресный режим), предъявляются более жесткие требования. Обязательным является использование моноимпульсной обработки для измерения азимута воздушных судов. Допуск на нестабильность частоты составляет ±0,01 МГц. Дискретно-адресные системы позволяют эффективно работать в зонах с интенсивным движением воздушных судов. Широкие перспективы таких систем обусловлены высокой надежностью, большой пропускной способностью цифровых линий передачи данных.
На основе анализа тактических требований определяются перспективы развития радиолокационных средств и производящей их промышленности, планируются исследования в области радиолокации и радиоэлектроники. Реализация тактических требований ограничивается возможностями производства, достигнутым уровнем развития техники, технологии и науки. Исходя из этого, припроектировании новых РЛС к ним предъявляются тактико-технические требования.
Под тактико-техническими требованиями (ТТТ) понимают количественные значения основных характеристик РЛС с учетом тактических требований, современного состояния науки, техники, возможностей промышленности и экономических возможностей государства.
РЛС, состоящие на вооружении, характеризуются тактико-техническими данными (ТТД), представляющими собой количественные значения основных характеристик конкретного образца РЛС для средних условий его боевого использования иэксплуатации. Они определяются в результате тщательной экспериментальной проверки образцов данного типа РЛС. Количественно ТТД могут совпадать или несколько отличаться от ТТТ.
Тактико-технические данные определяют боевые возможности РЛС изаносятся в ее формуляр. Задача личного состава, эксплуатирующего РЛС, - поддерживать технические параметры станции на уровне, обеспечивающем реализацию ТТД.
Систему показателей, используемых для оценки боевых возможностей РЛС и проведения тактических расчетов, принято называть тактическими характеристиками РЛС. Основными из них являются:
состав выдаваемой информации;
зона обзора (форма зоны и ее параметры);
точность выдаваемой информации;
разрешающие способности по измеряемым координатам;
информационная способность;
дискретность выдачи данных;
помехозащищенность;
надежность;
электромагнитная совместимость;
маневренные характеристики (время развертывания и свертывания, время включения и выключения, мобильность и т. д.).
1.2. СОСТАВ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ
Состав информации определяется, главным образом, требованиями потребителей информации и решаемыми ими задачами. Для обеспечения беспоискового захвата цели станциями наведения ракет в состав радиолокационной информации должны входить данные о пространственных координатах цели. При решении задач наведения авиации необходима информация о пространственных координатах как цели, так и истребителя.
Наиболее удобной для представления информации о местоположении воздушных объектов в пространстве является прямоугольная система координат . В ней проще производить преобразование координат в единую для группировки средств систему, отождествлять и объединять информацию, получаемую от нескольких источников. Однако устройства обработки сигналов в РЛС позволяют измерять иотображать информацию либо в сферической , либо в цилиндрической системах координат. При необходимости преобразование координат в прямоугольную систему производится в системе обработки информации.
Для оценки воздушной обстановки и решения задач боевого управления средствами ПВО помимо пространственных координат целей необходима информация о принадлежности обнаруженных объектов (государственной, ведомственной и индивидуальной), применении и характере создаваемых противником помех, курсе и скорости полета целей.
Используемые в настоящее время зондирующие сигналы и методы обработки отраженных сигналов не позволяют по виду последних опознавать обнаруженные объекты. Эта задача возлагается на специальную систему радиолокационного опознавания (СРЛО), представляющую собой комплекс наземной и бортовой аппаратуры, обеспечивающий опознавание государственной принадлежности объектов в масштабе Вооруженных Сил на основе единой системы кодирования сигналов . Сведения о курсе и скорости полета цели могут быть получены после вторичной обработки радиолокационной информации.
При определении наряда сил и средств ПВО, необходимых для успешного решения боевой задачи, нужно иметь данные о количественном составе целей, участвующих в ударе. Для получения такой информации РЛС должны обладать высокой разрешающей способностью по координатам, обеспечить которую не всегда представляется возможным. Поэтому практически к большинству РЛС предъявляются требования выдачи данных о характере обнаруженной цели (одиночная или групповая) и лишь приближенных данных о количественном составе. Точные данные о количественном составе целей получают от других средств разведки или от специализированных РЛС.
Таким образом, в общем случае информация, выдаваемая РЛС, должна включать:
пространственные координаты целей;
государственную и индивидуальную принадлежность;
характеристику цели (одиночная или групповая) и по возможности количественный состав групповой цели;
виды создаваемых помех и их интенсивность.
1.3. ЗОНА ОБЗОРА
Зоной обзора РЛС называется область пространства, в пределах которой РЛС обеспечивает получение радиолокационной информации о цели с заданным средним значением эффективной поверхности с качеством не ниже требуемого.
Под качеством РЛ информации в данном случае понимают совокупность следующих показателей:
вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги (качество обнаружения);
точности информации и дискретности ее выдачи.
Системы управления боевыми действиями авиации, кроме рассмотренных выше задач по обработке информации, поступающей от одной РЛС, решают еще одну задачу, которая связана с объединением информации о целях, полученных от нескольких РЛС или первичных постов обработки РЛИ, и созданием общей картины воздушной обстановки.
Обработку РЛИ, поступающей от нескольких источников, условились называть третичной обработкой информации (ТОИ).
В виду того, что зоны обзора РЛС или зоны ответственности постов обычно перекрываются, сведения об одной и той же цели могут поступать одновременно от нескольких станций. В идеальном случае такие отметки должны накладываться одна на другую. Однако на практике этого ненаблюдается из-за систематических и случайных ошибок в измерении координат, различного времени локации, а также из-за ошибок пересчета координат между точками стояния источника и приемника информации.
Главной задачей третичной обработки является решение вопроса,
сколько целей находится в действительности в зоне ответственности. Для решения этой задачи необходимо выполнить следующие операции:
Произвести сбор донесений от источников;
Привести отметки к единой системе координат и единому времени отсчета;
Установить принадлежность отметок к целям, т.е. решить задачу отождествления отметок;
Выполнить укрупнение информации.
Для решения этих задач используются все характеристики целей. Устройства третичной обработки реализуются на специализированных ЭВМ с полной автоматизацией всех выполняемых операций. Однако иногда для упрощения автоматических устройств некоторые операции ТОИ могут производиться по командам и с участием оператора. В частности, таким образом выполняются операции отождествления и укрупнения.
Третичная обработка является завершающим этапом получения информации о воздушной обстановке.
Донесением о целях принято называть информацию, содержащую сведения о местоположении целей, об их характеристиках, выдаваемую от источников по каналам связи для ее дальнейшей обработки и использования.
Задача сбора донесений заключается в том, чтобы принять возможно больше информации при минимальных потерях.
Каждое поступающее на вход донесение должно быть обработано, на что требуется некоторое время. Пусть в момент поступления донесения производится обработка предыдущего донесения. В этом случае поступившее донесение может либо покинуть систему не обработанным, либо ждать своей очереди на обслуживание, пока система не освободится, либо ожидать обработки строго ограниченное время. В соответствии с этим все системы массового обслуживания разделяются на системы с отказами, системы с ожиданием и системы с ограниченным ожиданием (смешанного типа). На практике получили распространение системы смешанного типа с временем ожидания, выбранным из условия наилучшей обработки.
Координаты целей измеряются в системе координат обнаружившейих РЛС, поэтому при передаче данных на пункт ТОИ необходимо пересчитать их к точке стояния приемника информации . В качестве единой системы координат могут использоваться геодезическая, полярная или прямоугольная системы координат. Наиболее точной является геодезическая, однако расчеты в ней сложны. Поэтому она используется лишь тогда, когда источники и приемники информации находятся набольших расстояниях друг от друга и велик фактор кривизны Земли. В остальных случаях пользуются полярной или прямоугольной системами координат с поправкой по высоте. Расчеты в этих системах достаточнопросты и приемлемы для решения целого ряда практических задач.
В АСУ передача координат целей обычно осуществляется в прямоугольной системе координат. На пункте обработки также используется прямоугольная система. Следовательно, задача сводится кпреобразованию прямоугольных координат целей относительно точкистояния источника в прямоугольные координаты относительно точкистояния пункта обработки.
К единому времени отсчета приводятся отметки, полученные напункте ТОИ от разных источников. Единое время необходимо для того, чтобы определить положение обрабатываемых отметок по состоянию накакой-то один момент времени. Эта операция значительно облегчает задачу отождествления отметок.
Координаты отметок приводятся к единому времени путем определения для каждой отметки времени экстраполяции относительнозаданного момента сравнения. Учитывая сравнительно высокий темп обновления информации, целесообразно при экстраполяции приниматьгипотезу равномерного и прямолинейного изменения координат.
Все источники РЛИ обрабатывают информацию автономно инезависимо друг от друга. За счет перекрытия зон ответственности в составе донесений могут быть дублирующие донесения, полученные отнескольких источников по одной и той же цели.
В процессе отождествления отметок целей вырабатывается решение, устанавливающее:
Сколько целей имеется в действительности, если донесения о нихпоступают от нескольких источников;
Как распределяются поступившие донесения по целям.
Обычно отождествление выполняется в два этапа. Сначала производится грубое отождествление или сравнение отметок, а затем проводится распределение отметок, позволяющее принять более точное решение на отождествление.
В основе этапа сравнения лежит предположение, что донесения ободной и той же цели должны содержать одинаковые характеристики. В силу этого решение о тождественности отметок принимают на основании и сравнения характеристик. Однако в действительности из-за различных ошибок полного совпадения характеристик не бывает. В результате возникает неопределенность, выражаемая двумя конкурирующими гипотезами:
1. Гипотеза предполагает, что отметки от одной и той же цели,
хотя произошло несовпадение.
2. Гипотеза предполагает, что отметки от разных целей, поэтомупроизошло несовпадение.
Решение на выбор той или иной гипотезы принимается на основанииоценки величины несовпадения и использования критерия минимумаошибки принятия решения.
На этапе распределения для группирования отметок по отдельнымцелям используются признаки их принадлежности к источникаминформации и нумерации целей в системе этих источников. Правилалогического группирования отметок в соответствии с принадлежностьюдонесений о целях к источникам информации формулируютсяследующим образом.
1. Если в области допустимых отклонений получены отметки отодного и того же источника, то число целей равно числу отметок, так какодна станция в один и тот же момент времени не может выдавать от
одной цели несколько отметок.
2. Если в области допустимых отклонений от каждого источникаполучено по одной отметке, то считается, что эти отметки относятся кодной и той же цели.
3. Если от каждой станции получено по равному числу отметок, тоочевидно, что число целей равно числу отметок, полученных от однойстанции, ибо маловероятно, чтобы в пределах небольшой области станцияобнаруживала только свои цели и не обнаруживала цель, которуюнаблюдает соседняя станция.
4. Если от нескольких источников поступило неодинаковоеколичество отметок, принимается, что источник, от которого полученонаибольшее количество отметок, дает наиболее вероятную обстановку.При этом общее количество целей определяется числом отметок,принятых от указанного источника.
Таким образом, обработка донесений в группе состоит вгруппировании отметок от нескольких источников к одной цели. Этазадача решается сравнительно просто при использовании первого ивторого правила и значительно труднее при применении третьего ичетвертого.
По гипотезе третьего правила имеем две цели, к каждой из которыхотносится по одному донесению от каждого источника. Необходимоопределить, какие пары отметок относятся к каждой цели. Наиболееправдоподобный вариант выбирается в результате сравнения суммквадратов расстояний между отметками. Принимается та комбинация, длякоторой эта сумма минимальна.
Приведенные правила сравнения и распределения отметок неединственные, и в зависимости от требуемой точности могут бытьусложнены или упрощены.
После отождествления сведения о цели выражаются группой отметок,полученных от нескольких источников. Для формирования одной отметкис более точными характеристиками координаты и параметры траекторииусредняются.
Простейший способ усреднения заключается в том, что вычисляетсясреднее арифметическое координат. Этот способ достаточно прост, но онне учитывает точностных характеристик источников информации. Болееправильным является усреднение отметок целей с учетом коэффициентавеса отметок, а коэффициент выбирается в зависимости от точностиисточника. И наконец, в качестве усредненных можно взять ординатыотметки, полученные от одного источника, если имеются данные, чтоэтот источник выдает наиболее точную информацию.
Укрупнение (группирование) отметок целей проводится в тех пунктахобработки, где не требуется информация по каждой цели или жеплотность поступления отметок от целей оказывается выше рассчитаннойпропускной способности. Обычно группирование производится навысших инстанциях системы управления.
Группирование осуществляется теми же способами, что иотождествление, и ведется по признаку близости координатных описанийгруппируемых объектов. Для этого формируется строб по темкоординатам, которые назначаются как характерные для группы целей.Координаты центра строба распространяются на всю группу. Обычноделается так, что центр строба совпадает с отметкой головной цели вгруппе. Размеры строба определяются, исходя их навигационных итактических требований. Обычно используется полуавтоматическийметод укрупнения, который включает в себя следующие основные этапы:
1. Выделение компактных групп целей на основе близости координатx , y , H . Оператор визуально определяет компактную группу целей покоординатам, выделяет головную цель, назначает один из стробовукрупнения и вводит в ЭВМ номер строба и головной цели. На основеэтой информации ЭВМ завершает процесс выделения компактнойгруппы.
2. Селекция внутри выделенных групп по скорости. Цель остается всоставе укрупненной цели, если:
где – составляющие скорости головной цели;– порог селекциипо скорости.
3. Определение характеристик укрупненной цели. Укрупненной целиприсваивается количественный состав, и формируется обобщенныйпризнак действия.
4. Корректировка решения оператора. Ввиду того что обстановка ввоздухе меняется, имеется возможность скорректировать данныеукрупненной цели путем ее укрупнения, разукрупнения, отукрупненияили приукрупнения.
5. Сопровождение укрупненной цели. Эта операция осуществляетсяавтоматически ЭВМ. При этом производится корректировка координат,обеспечивается выбор головной цели при исчезновении информации остарой головной цели.
Таким образом, в процессе ТОИ производится сбор донесений отисточников, приведение отметок к единой системе координат и единомувремени отсчета, установление принадлежности отметок к целям(отождествление отметок) и выполнение укрупнения информации.
Заключение
1. Операции, производимые при первичной обработке, может производитьРЛС самостоятельно.
2. Если при первичной обработке из смеси сигнала с шумом на основе статистического различия структуры сигнала и шума выделяется полезная информация, то вторичная обработка, используя различия в закономерностях появления ложных отметок и отметок от целей, должна обеспечить выделение траекторий движущихся целей.
3. Траектория движения цели представляется в виде последовательности полиноминальных участков с различными коэффициентами и степенями полиномов, т.е. система обработки должна перестраиваться в соответствии схарактером движения каждой цели.
4. В процессе ТОИ производится сбор донесений от источников, приведение отметок к единой системе координат и единому времени отсчета, установление принадлежности отметок к целям (отождествлениеотметок) и выполнение укрупнения информации.
На самоподготовке необходимо подготовиться к контрольной работе последующим вопросам:
1. Назначение и содержание первичной обработки радиолокационной информации.
2. Назначение и содержание вторичной обработки радиолокационной информации.
3. Определение параметров движения целей в процессе вторичнойобработки радиолокационной информации.
4. Экстраполяция отметок в процессе вторичной обработки радиолокационной информации.
5. Продолжение траектории движения в процессе цели вторичной обработки радиолокационной информации.
6. Назначение и содержание третичной обработки радиолокационной информации.
7. Сбор донесений в процессе цели третичной обработки радиолокационной информации.
8. Приведение отметок целей к единой системе координат и единому времени отсчета в процессе цели третичной обработки радиолокационной информации.
9. Отождествление отметок целей в процессе цели третичной обработки радиолокационной информации.
10. Укрупнение информации в процессе ТОИ.
Единичная отметка от цели лишь приближенно отражает истинное положение цели в момент локации. По ней еще нельзя принять достоверного решения об обнаружении цели, тем более судить о параметрах движения цели.
В связи с этим становится очевидным, что первичная обработка не дает исчерпывающей информации о целях, находящихся в зоне обзора РЛС. Чтобы принять правильное решение о наличии цели и определить параметры ее движения, необходимо проанализировать информацию, полученную за несколько периодов обзора. Именно так и поступает оператор, наблюдающий за экраном индикатора. Если в какой-либо точке экрана появилась одиночная отметка, оператор фиксирует ее как возможную цель. Если в следующем обзоре отметка появилась вновь и, кроме того, сдвинулась на некоторое расстояние, то уже имеется основание для принятия решения об обнаружении цели. Одновременно можно определить направление и скорость движения цели. Операции, выполняемые оператором, могут быть формализованы, а их выполнение возложено на специализированную ЭВМ. При этом возможны полуавтоматическая и автоматическая системы обработки информации.
Автоматическая или полуавтоматическая обработка информации, полученной за несколько периодов обзора РЛС с целью обнаружения и непрерывного сопровождения траекторий целей, называется вторичной обработкой радиолокационной информации.
Она включает в себя следующие операции:
определение параметров движения целей (курс, скорость, ускорение и т.д.) по данным, полученным за несколько обзоров РЛС;
выделение области пространства, в которой с некоторой вероятностью ожидается появление отметки в следующем обзоре (экстраполяция отметок);
сличение экстраполированных координат с вновь полученными и привязка новой отметки к траектории цели (продолжение траектории).
Основными данными, определяющими траекторию движения цели , являются пространственные координаты отметок цели, изменение которых соответствует закону движения цели в пространстве. Траектория движения цели зависит от многих факторов и условий, таких, как тип цели, высота полета, скорость, маневренные возможности и т. п. Кроме того, на траекторию полета оказывает влияние целей ряд случайных факторов, под которыми подразумеваются все причины, искажающие траекторию или затрудняющие ее обнаружение и воспроизведение.
Перечисленные и некоторые другие факторы вынуждают отнести движение целей к категории процессов со случайно изменяющимися во времени параметрами. Очевидно, для статистического описания таких процессов необходимо знать законы распределения вероятности параметров, определяющих эти процессы. Однако практически таких законов получить не удается, поэтому приходится задаваться некоторыми гипотезами о статистических характеристиках обрабатываемых сигналов, т.е. исходить из более или менее правдоподобной статистической модели движения цели.
Если устройство предназначено для обработки траекторий самолетов или крылатых ракет, то модели их движения представляют собой совокупность участков с прямолинейным и равномерным движением и участков маневра.
Для такого рода устройств за основу может быть взята полиноминальная модель движения. Она основана на представлении процесса изменения координат цели на ограниченном участке наблюдения в виде полинома степени n относительно времени:
где – коэффициент, определяющий параметры траектории, на которые накладываются те или иные ограничения.
Исходя из характера движения целей, формируются три основных требования к системам автосопровождения:
На участках прямолинейного полета и на участках маневра гипотезы о характере изменения координат во времени должны быть различными;
На участке прямолинейного полета изменение координат во времени проще описывать полиномами первой степени
На участке маневра процесс изменения координат во времени лучше всего описывать полиномами второй степени
(3)
где – ускорения по каждой координате.
Процесс вторичной обработки разбивается на два самостоятельных этапа: обнаружение траекторий и слежение за траекториями.
Автоматическое обнаружение является начальным моментом вторичной обработки. Пусть появилась одиночная отметка № 1 от цели. Она принимается за начальную отметку траектории. В следующем обзоре вторую отметку, принадлежащую той же траектории, следует искать в некоторой области, заключенной внутри кольца и имеющую площадь
(4)
где – период обзора РЛС;,– возможные минимальная и максимальная скорости цели.
В область может попасть не одна, а несколько отметок, и каждую из них следует считать как возможное продолжение предполагаемой траектории. По двум отметкам вычисляются скорость и направление движения каждой изпредполагаемых целей, а затем экстраполируется положение отметки наследующий обзор. Вокруг экстраполируемых отметок образуются круговые области . Если в какую-либо областьв третьем обзоре попала отметка, онасчитается принадлежащей к обнаруживаемой траектории, траектория продолжается, и отметка передается на сопровождение.
Операции, которые выполняются при автообнаружении, сводятся к экстраполяции координат, их сглаживанию и стробированию отметок.
Процесс экстраполяции состоит в том, что по координатам ранее полученных отметок вычисляются координаты будущей отметки.
Экстраполяция требует знания закономерностей движения цели, на основекоторых прокладывается траектория.
Слежение за траекториями целей заключается в непрерывной привязкевновь полученных отметок к своим траекториям, в сглаживании координат ивычислении параметров движения целей. Если слежение производитсяавтоматически, то его называют автосопровождением.
Пусть в n смежных обзорах РЛС получены отметки, создающие траекторию полета цели (рис. 1). Сначала производится сглаживаниекоординат и вычисление параметров траектории, которые выдаютсяпотребителю.
Рис. 1 Получение траектории цели
Если в -м обзоре получено несколько отметок, то необходимо определить, какая из них принадлежит данной траектории. Используя данные известных,иn -го обзоров, и, экстраполируя на один обзор вперед, можно предсказать положение -й отметки траектории. Как правило, эта рассчитанная отметка не совпадает ни с одной из вновь полученных. Если известны статистические характеристики ошибок измерения координат и заданы вероятностные характеристики степени достоверности полученного решения, то можно выделить вокруг экстраполированной отметки область, например, в виде прямоугольника со сторонамии, которую принято называть стробом. Координаты центра строба совпадают с координатами экстраполированной отметки. Если размеры строба выбраны так, что вероятность попадания в него истинной отметки велика, то отметку, попавшую в строб, следует отнести к данной траектории.
Таким образом, в процессе автосопровождения выполняются следующие операции:
Сглаживание координат и определение параметров траектории;
Экстраполяция координат цели на следующий обзор или на несколькообзоров вперед;
Выделение строба, в котором с некоторой вероятностью ожидаетсяпоявление новой отметки;
Сличение координат экстраполированной отметки с координатами отметок, попавших в строб, и выбор одной из них для продолжения траектории.
Стробирование может быть физическим и математическим. Физическое стробирование – это выделение предполагаемой области появления отметки, принадлежащей сопровождаемой траектории, путем непосредственного воздействия на приемное устройство РЛС. Математическое стробирование –это формирование предполагаемой области появления отметки в виде границ строба. Строб может задаваться в полярной и прямоугольной системах координат.
Задача селекции отметок, т.е. выбора единственной отметки из всех имеющихся в стробе, решается путем вычисления квадратов линейных отклонений отметок от центра и сравнению результатов с целью выбора минимального.
Таким образом, если при первичной обработке из смеси сигнала с шумом на основе статистического различия структуры сигнала и шума выделяется полезная информация, то вторичная обработка, используя различия в закономерностях появления ложных отметок и отметок от целей, должна обеспечить выделение траекторий движущихся целей. Траектория движения цели представляется в виде последовательности полиноминальных участков с различными коэффициентами и степенями полиномов, т.е. система обработки должна перестраиваться в соответствии с характером движения каждой цели.
ГЛАВА I
Пространственно-временная обработка
радиолокационной информации
1.1. Принципы получения радиолокационной информации
Получение радиолокационной информации базируется на следующих основных принципах.
1. Информация получается путем возмущения среды распространения различными объектами, в частности за счет излучения объектом радиоволн.
2. Для получения необходимой информации учитываются и используются реальные закономерности распространения радиоволн в пространстве.
3. Выделение слабых сигналов, приходящих от объектов, и разрешение объектов обеспечивается за счет различий сигналов и помех, а также сигналов от разных объектов между собой.
4. Информация об объектах получается параллельно или последовательно во времени и выдается в виде информационных потоков.
К видам излучения относятся: вторичное излучение, переизлучение и собственное излучение радиоволн. В первых двух случаях радиолокатор излучает в направлении на объект мощный сигнал (зондирующий сигнал); в последнем случае облучения объекта не требуется. Радиолокация с использованием вторичного излучения и переизлучения называется активной, а радиолокация с использованием собственного излучения - пассивной.
Радиолокация с пассивным ответом основана на том, что радиолокационная станция (РЛС) излучает электромагнитные колебания, которые отражаются от объекта и попадают в приемник в виде отраженного сигнала. Важным требованием к объектам в этом случае является отличие их отражающих свойств от отражающих свойств окружающей среды. Явление вторичного излучения позволяет обнаружить объекты, не являющиеся источниками собственных радиоизлучений или переизлучений (рис. 1.1, а).
Радиолокация с активным ответом (рис. 1.1, б), именуемая иногда как вторичная радиолокация (в первом случае радиолокация первичная), характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специальных средств (ответчики - ретрансляторы). При этом значительно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения, улучшается помехоустойчивость. Данный метод широко применяется для определения государственной принадлежности воздушных судов (с помощью специальных кодов). В гражданской авиации метод активного ответа используется весьма широко, так как с его помощью можно получить много дополнительной полетной информации (номер борта, высота полета и др.).
Системы активной радиолокации могут быть совмещенными и разнесенными. В совмещенном радиолокаторе передающее и приемное устройство располагаются совместно, при этом возможно поочередное использование одной и той же антенны на передачу и прием.
В разнесенной системе передающее и приемное устройства располагаются на определенном удалении друг от друга.
Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения объектов (рис. 1.1, в). Электромагнитные колебания создаются элементами объекта: его нагретыми частями (тепловое излучение в диапазоне инфракрасных или миллиметровых волн), радиотехническими устройствами связи, навигации, локации, радиопротиводействия, а также колеблющимися частицами ионизированных участков атмосферы в окрестности объекта. Прием может осуществляться одним или несколькими разнесенными приемными устройствами.
При определении координат воздушных объектов в любой радиолокационной системе используются определенные закономерности распространения радиоволн. Ограничимся случаем распространения радиоволн в свободном пространстве, которое является однородным, изотропным и недиспергирующим. Для всех точек такого пространства скорость распространения радиоволн одинакова, не зависит от поляризации волны и частоты колебаний (c=3*10 8 м/сек). При этом зондирующий и отраженный сигналы распространяются по прямолинейной траектории и без искажения своей формы. Время запаздывания Г 3 отраженного сигнала относительно зондирующего (рис. 1.2) для разнесенной системы определяется соотношением
Концентрация излучаемой энергии в каком-то одном направлении и направленный прием обеспечивают существенное увеличение дальности радиолокации. Появляется возможность измерять угловые координаты воздушных объектов - азимут и угол места, например, по максимуму отраженного сигнала, а также разрешать объекты по угловым координатам (рис. 1.3).
Ширина диаграммы направленности антенны радиолокатора определяется соотношением ее геометрических размеров к длине волны. Поэтому высокие направленные свойства обеспечиваются за счет увеличения размеров антенны и использования дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазона волн.
Даже при остронаправленном облучении объекта от его поверхности отражается незначительная часть излучаемой энергии. Еще в большей степени рассеяние энергии проявляется на пути от объекта до приемной антенны в силу слабой направленности вторичного излучения. Приходящие сигналы, особенно на больших дальностях, оказываются слабыми и необходимо принимать меры для их выделения на фоне помех и шумов. К числу таких мер относятся: увеличение средней мощности сигналов передатчиков, габаритов антенн, применение малошумящих приемников. Должна предусматриваться такая обработка смеси слабых сигналов и помех, при которой обеспечивается наилучшее использование взаимных различий сигнала и помех.
Большинство современных радиолокаторов формируют поток информации об объектах в участке пространства, содержащем большое число разрешаемых объемов. При этом могут использоваться принципы последовательного, параллельного или параллельно-последовательного составления потока информации.
Принцип последовательного обнаружения объектов радиолокатором с лучом игольчатого типа наглядно изображен на рис. 1.4. Закон перемещения луча может быть различным, например, по спирали.
Путем создания пучка игольчатых лучей (рис. 1.5) реализуется принцип параллельного получения нескольких потоков информации. Каждому из лучей необходим свой приемник.
Если по одной из угловых координат (углу места) поток информации получается параллельно, а по другой (азимуту) - последовательно, имеет место параллельно-последовательное составление потока информации.
Последовательные, параллельные и параллельно-последовательные потоки информации могут быть образованы также с помощью двух и более разделенных радиолокаторов. Например, радиодальномеры с диаграммой, изображенной на рис. 1.6 сплошной линией, образуют последовательный поток информации об азимуте объектов. Специальные радиолокаторы (высотомеры) с узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости (пунктир на рис. 1.6) производят последовательный обзор по углу места и определяют высоту объектов на тех азимутах, где они обнаружены дальномером.
Для объединение и обработки информации нескольких радиолокаторов могут создаваться радиолокационные узлы (рис. 1.7). Несколько радиолокационных узлов, обменивающихся информацией, образуют радиолокационную систему (рис. 1.8).
Средства радиолокации широко используются для решения задач радионавигации, связанных с определением местоположения воздушных судов и других движущихся объектов. На рис. 1.9 изображено местоположение объекта Ц в пространстве, которое может быть отображено в сферической системе координат (D, β, ε) либо в цилиндрической системе координат (D г,β, Н).
На рисунке обозначено: D - наклонная дальность (или просто дальность); Dp - горизонтальная дальность; ft - азимут (угол между направлением на север и проекцией направления на объект в горизонтальной плоскости, отсчитываемой по часовой стрелке); £ - угол места (угол между проекцией направления на объект в горизонтальной плоскости и направлением на объект); Н - высота объекта.
Для радиолокации характерно, что весь процесс определения координат производится из одной точки (на рисунке точка О). Исключение составляют разнесенные радиолокационные системы. Непосредственно определяемыми координатами являются D, Д е. При этом можно считать, что объект Ц расположен в точке пересечения трех поверхностей: сферы радиусом D и двух плоскостей (вертикальной, проходящей через точку Ц и наклонной, расположенной под углом s к горизонту). Эти поверхности являются геометрическим местом точек пространства, в которых данный измеряемый параметр постоянен, и называются поверхностями положения. В навигации используются следующие методы определения местоположения объектов: дальномерный, основанный на измерении дальностей от двух различных точек (линия положения - окружности); угломерный (пеленгационный), когда пеленгаторы, расположенные в различных точках, определяют направления (линии положения - прямые); дальномерно-угломерный; разностно-дальномерный, когда измеряется разность расстояний от двух точек (линии положения - гиперболы) и др.
1.2. Пространственно-временная обработка
Радиолокационная информация об объектах содержится в пространственно-временном сигнале (ПВС), отраженном или излученном объектами. Радиолокационная информация извлекается из ПВС путем его пространственно-временной обработки, отражающей две формы существования поля. Векторное электромагнитное поле (в отличие от скалярного) характеризуется пространственно-временной и поляризационной структурой, поэтому пространственно-временная обработка сигнала включает три компоненты: временную, пространственную и поляризационную.
Следует различать принципы, способы, схемотехнику и язык описания пространственно-временной обработки сигнала.
Принципы пространственно-временной обработки сигнала сводятся к совокупности следующих трех доказанных ранее положений.
Во-первых, пространственно-временная обработка сигнала делится на два этапа: этап подавления помехи и этап выделения сигнала.
Во-вторых, подавление помехи осуществляется путем пространственно-временного дифференцирования или спектральной режекции по всему пространству наблюдения.
В-третьих, выделение сигнала осуществляется путем когерентного пространственно-временного интегрирования или спектральной фильтрации на определенном интервале пространства наблюдения и последующего некогерентного пространственно-временного интегрирования на оставшемся интервале пространства наблюдения.
Способы пространственно-временной обработки сигнала: корреляционный и фильтровой (возможно их сочетание). Корреляционный способ обработки предполагает наличие опорного сигнала (прообраза принятого), перемножение опорного и принятого сигналов и интегрирование (по каждому элементу разрешения пространства наблюдения). Фильтровой способ обработки предполагает наличие одного пространственно-временного фильтра, импульсная характеристика которого согласована с пространственно-временной структурой сигнала и который обладает многомерной инвариантностью (в общем случае - ко времени запаздывания, угловому положению цели и доплеровскому смещению частоты). Оба способа обработки приводят к формированию корреляционного интеграла, модульное значение которого однозначно связано с отношением правдоподобия. Многоканальность в сочетании с простотой каждого канала при корреляционной обработке и сложность одного (единственного) пространственно-временного фильтра с многомерной инвариантностью при фильтровой обработке - главные привлекательные и отпугивающие характеристики этих способов.
Схемотехника, используемая для реализации корреляционного и фильтрового способов обработки сигнала, может быть аналоговой, цифровой и оптической.
Существует 2 языка описания пространственно-временного сигнала и пространственно-временной обработки - пространственно-временной и спектральный. Пространственно-временной язык адекватно отражает две формы существования материального мира с привычными пространственно-временными координатами х, у, z, ?, состоящего из вещества и поля, в котором мы живем. Спектральный язык, в основе которого лежит преобразование Фурье пространственно-временного процесса, описывает процессы, явления и свойства материального мира в мерности другого - спектрального пространства с координатами со*, (£> у, co z , со, являющимися пространственными и временной частотами. Спектральный язык - это искусственный язык, нашедший в силу ряда удобств широкое распространение, особенно в радиотехнике, оптике, акустике.
Например, сформулированные выше принципы пространственно-временной обработки сигнала изложены на двух языках. Так, принцип подавления помехи на пространственно-временном языке сформулирован как пространственно-временное дифференцирование, а на спектральном - как спектральная режекция. Принцип выделения сигнала на пространственно-временном языке сформулирован как пространственно-временное интегрирование, а на спектральном - как спектральная фильтрация.
Пространственно-временная обработка принятого сигнала является основой решения всех задач радиолокационного наблюдения: обнаружения, распознавания, измерения, а, следовательно, основой получения всей радиолокационной информации (о наличии или отсутствии цели, о классе или типе цели, о координатах и параметрах движения цели). Действительно, сформировав отношение правдоподобия или любую иную величину, однозначно с ним связанную, и испытав их на порог, можно принять решения о наличии или отсутствии цели по всем элементам разрешения пространства наблюдения с показателями качества F и D гарантирующими минимальный средний риск, т.е. решить задачу обнаружения.
Аналогичным образом сформировав в результате пространственно-временной обработки сигнала отношение правдоподобия по каждому элементу пространства распознавания и обеспечив тем самым получение радиолокационного портрета целей как распределения комплексных амплитуд принятого сигнала по всем элементам пространства распознавания, осуществив в дальнейшем М-канальную обработку портретов в соответствии с заложенными в эти каналы априорными сведениями об М классах распознаваемых целей, сравнив результаты обработки и выбрав большее, можно принять решение о классе распознаваемой цели с показателями качества D K , F K , гарантирующими минимальный средний риск решения в условиях многоальтернативного выбора, т.е. решить задачу распознавания. И, наконец, сформировав отношение правдоподобия и подобрав тем или иным способом такое значение измеряемого параметра, при котором отношение правдоподобия максимально, можно измерить координату или параметр движения цели с минимальной ошибкой, т.е. решить задачу измерения.
Таким образом, осуществляя полную пространственно-временную обработку принятого сигнала и решая на этой основе задачи обнаружения, измерения, распознавания, можно получить необходимую радиолокационную информацию о целях.
1.3. Пространственно-временная обработка радиолокационной информации
Обработка радиолокационной информации предполагает объединение не на уровне сигналов, а на уровне первичной информации, т.е. единичных решении о наличии и классе целей и единичных (разовых) оценок координат и параметров движения целей.
Пространственно-временная обработка включает: первичную обработку сигнала, вторичную и третичную обработку информации.
Под первичной обработкой подразумевается обработка принятого сигнала в одном пункте приема за один радиолокационный контакт с целью. Таким образом, такая обработка ограничена по пространству и по времени. Пространство ограничено размерами антенной системы (единицы метров), а время - временем наблюдения (единицы - десятки миллисекунд). При этом с определенным качеством (вероятностями правильных и ложных решений, ошибками измерения) могут решаться все задачи радиолокационного наблюдения (обнаружение, измерение, распознавание). Такую обработку сигнала принято называть первичной, а извлекаемую из принятого сигнала в результате ограниченной по пространству и времени обработки информацию - первичной радиолокационной информацией, подразумевая под ней единичные решения о наличии или отсутствии целей, о классе целей, единичные оценки-замеры координат или параметров движения целей.
Как правило, в каждом пункте наблюдения к цели обращаются не один раз, а многократно. Если первичную информацию о целях объединить во времени за несколько циклов обращения к цели, то качество радиолокационной информации улучшится. Процесс объединения во времени первичной радиолокационной информации принято называть вторичной обработкой радиолокационной информации. В результате объединения во времени единичных решений о наличии или отсутствии цели в том или ином элементе разрешения пространства наблюдения улучшаются характеристики обнаружения, а в результате объединения во времени единичных решений о классе цели улучшаются характеристики распознавания. Объединением во времени единичных оценок-замеров координат и параметров движения цели уменьшаются ошибки измерения. Вторичная обработка позволяет уменьшить влияние естественных и искусственных помех, расширить объем получаемой информации путем вычисления скорости и курса объектов или его траектории. Способы объединения во времени первичной информации и его характеристики составляют содержание проблемы вторичной обработки радиолокационной информации.
Если радиолокационная система состоит из нескольких пунктов наблюдения (приема), то первичную информацию о целях можно объединить не только по времени, но и по пространству. При этом качество радиолокационной информации улучшится. Процесс объединения по пространству первичной (или вторичной) информации о целях принято называть третичной обработкой радиолокационной информации. Третичная обработка тоже приводит к улучшению характеристик обнаружения, распознавания и измерения.
Следует отметить, что первичная обработка сигнала (из одного пункта за время наблюдения) в сочетании с вторичной и третичной обработкой информации не эквивалентна полной пространственно-временной обработке сигнала. Дело в том, что вторичная и третичная обработка первичной РЛИ заранее предопределяет некогерентное пространственно-временное объединение результатов первичной обработки. Типичными примерами такого объединения являются АСУ воздушным движением ГА, основу которых составляют группировки некогерентных по времени и по пространству РЛС.
Однако в общем случае при многопозиционном построении радиолокационной системы с взаимной привязкой (позиций) не только по времени, но и по частоте и по фазе результаты первичной обработки сигналов, разделенные по времени и пространству, могут иметь корреляционные связи, которые должны быть использованы при полной пространственно-временной обработке сигнала.
На рис. 1.10 изображена классификация пространственно-временной обработки информации.
1.4. Физический смысл пространственно-временной обработки сигналов на фоне помех в адаптивных антенных решетках
Реализация адаптивных методов в радиолокации стала возможной в связи с появлением и интенсивным развитием антенных решеток. Чтобы правильно понимать и оценивать возможности таких адаптивных РЛС, необходимо рассмотреть особенности обработки сигналов в антенных решетках и формирование ими диаграмм направленности.
На рис. 1.11, а изображена диаграмма направленности (ДН) решетки, содержащей 8 элементов в полярных координатах. Она формируется в результате весового суммирования напряжений отдельных элементов решетки на частоте . Если теперь обеспечить задержку во времени выходных сигналов от отдельных элементов, как это показано на рис. 1.11, б, то в результате главный лепесток ДН повернется на угол , где с-скорость распространения сигналов в среде, d - расстояние между элементами антенной решетки,
Относительный сдвиг фазы между соседними элементами решетки.
Рис. 1.11. Диаграммы направленности 8-элементной антенной решетки:
а - исходная, б - для приема сигналов при отклонении ДН от нормали к плоскости решетки
Изменяя величины задержки выходных сигналов во времени от отдельных элементов, можно обеспечить электрическое управление главным лепестком ДН в заданном угловом секторе.
Отношение сигнал-шум на выходе антенной решетки уменьшается при попадании на ее элементы мешающих сигналов по главному и боковым лепесткам. Отношение сигнал-шум падает также из-за изменения пространственных положений источников помех во времени, неудачного расположения антенной системы, а также из-за движения луча. Сказанное иллюстрирует рис. 1.12, а, где показана та же антенная решетка, что и на
Помехи \
Помела \
Рис. 1.12. Диаграмма направленности 8-элементной антенной решетки при воздействии
одного источника помехи:
а - исходная, б - с нулем, сформированным в направлении на источник помехи
рис. 1.11, а, но с направления, указанного пунктиром поступает помеховый сигнал с частотой . Он принимается по одному из боковых лепестков ДН. И если его мощность достаточно велика, то мощность помех на выходе решетки может оказаться сравнимой или даже существенно больше мощности полезного сигнала. Это может привести к потере работоспособности РЛС с такой антенной системой, если не будут приняты специальные меры. Они могут заключаться в том, например, чтобы выставить весовые коэффициенты решетки так, как указано на рис. 1.12, б. При этом ДН решетки на частоте изменится следующим образом. Боковой лепесток, максимум которого ранее совпадал с направлением на источник помехи, сместится так, что направление нулевого приема совпадет с направлением на источник помехи. Главный лепесток ДН изменится при этом незначительно. Таким образом, будет существенно снижена чувствительность решетки по отношению к сигналу и помехе. Можно подобрать значения весовых коэффициентов решетки так, чтобы образовать зоны нулевого приема в направлениях на несколько источников помех. Но для этого необходимо заранее знать их угловые положения. В реальных условиях такой информации обычно нет, поэтому стремятся построить адаптивные системы, которые автоматически выставляют нули в направлениях воздействия источников помех. Прежде чем перейти к описанию такого рода систем, которые получили название адаптивных антенных решеток, кратко рассмотрим их различные схемы построения. По своей структуре все адаптивные антенные решетки представляют собой весовые сумматоры (рис. 1.13). В фильтре, предназначенном для обработки узкополосных процессов (рис. 1.13, а), каждый элемент решетки соединен с переменным весовым умножителем и с фазовращателем (на 90°). К его выходу подключен второй умножитель. Сигналы с выходов умножителей суммируются. Такая решетка обеспечивает линейную обработку узкополосных процессов. Если необходимо обрабатывать помехи и сигналы в широком диапазоне частот, то все фазовращатели необходимо заменить линиями задержки с отводами.
Рис. 1.13. Виды адаптивных антенных решеток без цепей автоподстройки весовых коэффициентов для приема узкополосных сигналов (а) и для приема широкополосных сигналов или не разделяющейся обработки (б)
К каждому отводу подключается свой весовой умножитель. Если расстояние между отводами достаточно мало, то такая схема приближается к идеальному фильтру, который мог бы обеспечить управление фазой и величиной сигнала на каждой из частот заданного диапазона. Сигналы с выходов весовых умножителей суммируются для получения выходного напряжения решетки. Этот вариант схемы решетки представлен на рис. 1.13, б. В такой системе удается сформировать нули ДН в направлениях на источники помех на каждой из частот заданного диапазона.