Цифровая обработка сигналов РСА

Цифровая обработка сигналов РСА

При аналоговой обработке в РСА с использованием фотопленки информация извлекается с большим запаздыванием относительно момента записи (до нескольких часов). Цифровая обработка сигналов в РСА позволяет получать картографическую информацию в реальном масштабе времени, если обеспечиваются требуемые быстродействие и объем памяти специализированного вычислителя (процессора)

 

Структурная схема устройства цифровой обработки сигналов РСА. С помощью АЦП (рис. 18) сигналы фазовых детекторов двух квадратурных каналов преобразуются в цифровой код и подаются в ОЗУ, состоящие из N+1 азимутальных каналов и n каналов дальности. Кодированные сигналы в каждый период повторения записываются в соответствующий азимутальный канал, имеющий n ячеек дальности (см. рис. 7). Поэтому в каждой ячейке дальности содержится информация о сигнале, отраженном от цели, находящейся на данном расстоянии и наблюдаемой под определенным азимутальным углом к направлению полета. Содержимое ОЗУ считывается с некоторой задержкой относительно момента записи. При этом в каждом периоде повторения сигнал снимается поочередно с каждого из каналов дальности, образованного определенными ячейками дальности азимутальных каналов. Такой сигнал содержит информацию об изменении отраженного сигнала от цели на дальности R при движении ЛА на интервале синтезирования L_эф. Сигналы с ОЗУ обрабатываются процессором П, реализующим алгоритм (7) при фокусированной обработке или (8) при нефокусированной. Весовые коэффициенты W_i и фазовые сдвиги j_i вводит вычислитель опорной функции ВОФ, который вырабатывает сигнал, представляющий собой аналог импульсной переходной характеристики H(i).

 

Устройства фокусированной обработки. Фокусированная обработка требует умножения сигнала каждого канала дальности на зависящую от дальности функцию H(R₀). Для этого с помощью вычислителя опорной функции ВОФ формируется сигнал, описываемый выражением (5), который перемножается с сигналом ОЗУ. После умножения производится суммирование сигналов с данной дальности по всем азимутальным ячейкам, в результате чего образуются сигналы X_S иY_S, соответствующие корреляционным интегралам квадратурных каналов. Выходной сигнал процессора представляет собой корень квадратный из суммы квадратов  и .

Компенсирующий сдвиг фазы φi, (6) можно ввести, из­менив ортогональные проекции вектора сигнала. Это дости­гается изменением составляющих сигнала в квадратурных ка­налах. В самом деле, если нужно ввести фазовую поправку и вектор сигнала  имеет квадратурные составляющие , то новый фазовый угол, очевидно, будет . При этом квадратурные составляющие вычи ляются как

Следовательно, алгоритм ввода компенсирующего сдвиг фазы φ путем изменения ортогональных составляющих сигнала X₁ и Y₁ получается следующим:

.

Таким образом, ввод поправки сводится к формированию составляющих Х₂, Y₂ после сложения и вычитания квадратур­ных взвешенных с весами cosψ и sinψ составляющих Х₁ и Y₁. Значение φ, а следовательно, и веса cosψ и sinψ по азиму­тальным ячейкам меняются в соответствии с соотношени­ем (3) и рис. 8, г для различных каналов дальности, так как φ зависит от Ro.

В данном периоде повторения в любом канале дальности (рис. 18) формируется сумма сигналов с N+1 азимутальных ячеек каждого квадратурного канала. Выходы каналов дальности объединяются коммутатором.

Рис. 18. Структура одного канала дальности фокусированной обработки» информации в процессоре РСА

 

Требования к устройствам цифровой обработки сигналов РСА. Пусть за­дано значение δl=6 м на расстоянии Rо=160 км. Для этого при λ=3 см требуется сформировать искусственный раскрыв (апертуру) размером . При скорости движения носителя радиолокаторе 400 м/с время запоминания сигнала t=L/V=2 с. Число каналов дальности при δR = δl и Rmax = Ro = 160 км равно n = Rmax/δl = 2,5·10⁴. Число суммируе­мых сигналов равно числу отраженных импульсов за время запоминания и при Fп=1000 Гц составляет 2000. Если динамический диапазон системы обра­ботки 10², то необходим объем памяти около 10³ двоичных единиц.

Быстродействие системы обработки должно быть достаточным для полу­чения радиолокационного изображения в реальном масштабе времени. При не-фокусированной обработке в каждом канале дальности за Т_п должны выпол­няться одна операция сложения (прибавляется очередной отраженный импульс и одна операция вычитания (устраняется первый из накапливаемых импульсов). Скорость обработки при этом составляет 4nF_т = 10⁸ операций/с. При фокусированной обработке сложению сигналов предшествует введение компенсирующего сдвига фаз, что увеличивает требуемое быстродействие до 10⁹ . . . 10¹⁰ операций/с.

Таким образом, цифровые устройства требуют элементной базы со значительным быстродействием и использования слож­ных аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований, что приводит к росту стоимости, размеров и массы устройств.