Сущность и алгоритм некогерентного накопления сигнала

Коррекция доплеровского набега фазы сигнала за период повторения (компенсация доплеровского смещения частоты принятого сигнала ) при когерентном накоплении

означает либо необходимость предварительного измерения доплеровского смешения частоты принятого сигнала при одноканальном (по доплеровской частоте) корреляционном или фильтровом построении когерент­ного накопителя, либо необходимость многоканального построения когерентного накопителя, совокупность каналов которого перекрывает весь диапазон ожидаемых доплеровских частот. Сложность технической реализации когерентного накопления заставляет часто отказываться от его преимуществ и ограничиваться некогерентным накоплением сиг­нала

,

которое предполагает детектирование одиночных сигналов, их совме­щение во времени и суммирование на интервале наблюдения. Оба алгоритма – когерентного и некогерентного накопления мо­гут быть объединены одним общим выражением – квадратичной формой, отличающейся матрицей обработки :

где элементы матрицы обработки

Квадрат АЧХ устройства и матрица обработки связаны преобразованием Фурье:

.

В случае когерентного накопления АЧХ устройства является гребенчатой (рис. 7.12)

причем ширина зубцов обратно пропорциональна времени наблюдения

т.е. время когерентного накопления равно времени наблюдения

В случае некогерентного накопления АЧХ устройства перестает быть гребенчатой (рис. 8.1)

Она становится равномерной, т.е. ее зубцы как бы расширяются до частоты повторения

а время когерентного накопления сокращается до одного периода повторения

.

Это означает, что при некогерентном накоплении отсутствует спектральная селекция. Некогерентное накопление является существенно нелинейной обработкой, при которой выведение сигнала на фоне по­мех осуществляется не на основе спектральной селекции, а на основе различий законов распределения некогерентно накопленного шума и некогерентно накопленной смеси сигнала и шума.

Рис. 8.1 АЧХ некогерентного накопителя сигнала

Следует заметить, что некогерентное накопление сигнала, как процедура его обработки, в двух случаях является оптимальной:

а) в случае быстро флуктуирующего сигнала (2t_с << T_н), когда энергетический спектр сигнала перестает бить гребенчатым, т.е. исчезает основа спектральной селекции или синфазного (коге­рентного) накопления;

б) в случае сильного сигнала (m >> N), когда использование различий в законах распределения некогерентно накопленных сигнала и шума даёт больший эффект с точки зрения характеристик обна­ружения, чем использование их спектральных различий.

8.2 Способы некогерентного накопления сигнала. Эффект некогерентного накопления сигнала в системе "индикатор-оператор"

Способ технической реализации некогерентного накопления зави­сит от способа осуществления предыдущего этапа обработки (обработка, одиночного сигнала, когерентная компенсация мешающих отражений),

При корреляционном способе реализации предыдущего когерентно­го этапа обработки после образования квадрата модуля результата когерентной обработки; т.е. детектирования, должен быть использо­ван интегратор (рис. 8.2). В качестве интегратора может быть ис­пользован апериодический фильтр (интегрирующая цепь), постоянная времени которого значительно больше времени некогерентного накоп­ления или времени наблюдения (RC >> T_н). Эпюры напряжений, поясняющие работу некогерентного накопителя в составе корреляционного обнаружителя, показаны на рис. 8.3.

Рис. 8.2. Некогерентный накопитель сигнала при корреляционной обработке

При фильтровой обработке одиночного сигнала и когерентной компенсации мешающих отражений, характеризующейся инвариантностью, ко времени запаздывания, для некогерентного накопления сигнала в интересах сохранения свойства инвариантности после детектора должно быть использовано фильтровое устройство череспериодного суммирования (ЧПС) либо на многоотводной линии задержки, либо на рециркуляторе (рис. 8.4). Эпюры напряжений, поясняющие работу не­когерентного накопителя в составе фильтрового обнаружителя, по казаны на рис. 8.5.

Рис. 8.3 Эпюры напряжений, поясняющие работу некогерентного накопителя в составе корреляционного обнаружителя.

Рис. 8.4. Некогерентный накопитель сигнала в составе обнаружителя при фильтровой обработке

Рис. 8.5 Эпюры напряжений, поясняющие работу некогерентного накопителя в составе фильтрового обнаружителя

Некогерентное накопление является важным этапом обработки последовательности сигналов, заметно улучшающим характеристики обнаружения системы. Однако в радиолокационных станциях, в которых результаты обзора отображаются на индикаторах и решение принимается оператором, визуально наблюдающим за экраном индикатора, технически реализованные некогерентные накопители отсутствуют. Дело в том, что во всякой системе «индикатор-оператор» достигается эффект некогерентного накопителя либо за счёт эффекта подсвечивания люминофора экрана индикатора (индикаторы одномерные), либо за счёт эффекта распознавания образов «пачки» послесвечение приводит к накоплению на экране индикатора яркости изображения, что пря­мо указывает на эквивалентность эффекта накопления яркости эффекту некогерентного накопления. Эквивалентность эффекта распознавания образа "пачки" и некогерентного накопления можно пояснить так: чем больше число оценочных сигналов N в "пачке", тем сложнее об­раз цели и тем сложнее помехе его разрушить. Экспериментальные ис­следования подтверждают основные вывода теории визуального обнару­жения, т.е. эквивалентность эффекта визуальной индикации пачки эф­фекту ее некогерентного накопления.

Поэтому даже в отсутствие технически реализованного некогерент­ного накопителя в составе РЛС эффект некогерентного накопления при расчете характеристик обнаружения радиолокационной системы должен учитываться.