Обработка сигналов в многоканальных РЛС

Многоканальные системы и многоканальная обработка позволяют существенно повысить возможности РЛС. Основной задачей таких систем является анализ и оценка радиолокационной обстановки. К многоканальным относят РЛС, в которых обработка сигналов производится одновременно в нескольких каналах, каждый из которых предназначен для обработки сигналов, приходящих от цели, расположенной в одном элементе разрешения по дальности, скорости, ускорению, угловым координатам. Информация о дальности, скорости, ускорении и угловых координатах каждой цели в многоканальных РЛС выделяется в результате совместной обработки сигналов, принятых по всем каналам. Среди многоканальных РЛС различают многоканальные РЛС по дальности, скорости, ускорению, пространственно-многоканальные, частотно-многоканальные. В многоканальных по дальности РЛС сигналы поступают от различных элементов дальности последовательно во времени, при этом отпадает необходимость в обзоре по дальности. Каждому элементу разрешения по дальности соответствует свой канал.

В многоканальных по скорости РЛС устанавливается набор фильтров, перекрывающих возможный диапазон изменений частоты Доплера.

Пространственно-многоканальные РЛС имеют несколько точек приема и излучения сигналов, разнесенных определенным образом в пространстве. В таких РЛС для обеспечения требуемой скорости изменения положения луча применяются ФАР.

В частотно-многоканальных РЛС имеются несколько каналов излучения и приема, настроенных на различные частоты и использующих одинаковые или различные законы модуляции. Все каналы работают параллельно и формируют луч, в пределах которого излучаются колебания различных частот. К многоканальным по частоте РЛС относятся и РЛС, в которых формируются несколько лучей, в каждом из которых излучаются колебания только на своей частоте.

В многоканальных РЛС сигналы в каждом из приемных каналов отличаются один от другого в зависимости от пространственного положения каждого из каналов. Поэтому принимаемый сигнал является пространственно-временной функцией и при выполнении корреляционной или фильтровой обработки для максимизации отношения сигнал–шум, требуется кроме временных параметров учитывать пространственные координаты цели, заложенные в принимаемом сигнале.

Физический смысл пространственно-временной обработки в многоканальной РЛС на фоне собственных шумов состоит в том, что в направлении на цель формируется максимум суммарной ДНА всех приемных каналов. В результате энергия принимаемого сигнала будет максимальной, а, следовательно, и максимальным будет отношение сигнал–шум.

Пространственно-временная обработка принимаемых сигналов состоит в формировании в каждом приемном канале корреляционного интеграла

, (10.13)

где х_i(t) – сигнал на выходе i-го приемного канала;

s_oi() – опорный сигнал, подаваемый на коррелятор i-го приемного канала;

a, b – углы, характеризующие направления прихода волны в азимутальной и угломестной плоскостях;

Da, Db – угловая расстройка опорного сигнала по отношению к направлению прихода отраженного сигнала.

Дальнейшая обработка предполагает суммирование выходных сигналов каждого из корреляторов. Опорные сигналы формируются с учетом информации о дальности, скорости, взаимного расположения антенн и целей относительно них. Аналогичным образом строится многоканальный пространственно-временной согласованный фильтр (СФ), выходной сигнал которого

, (10.14)

где – импульсная характеристика СФ в i-ом приемном канале.

В пространственно-многоканальных РЛС наиболее простой является раздельная обработка принимаемых сигналов, выполняемая в два этапа. На первом этапе сигнал подвергается обработке с помощью пространственно-временного СФ или пространственного коррелятора, а на втором – временной обработке. В результате пространственной обработки происходит переход от многих пространственных каналов к одному. На втором этапе реализуется последующая временная обработка. На рис.10.15 изображена схема многоканальной РЛС с корреляционной обработкой сигналов.

Пространственная обработка сводится к весовому суммированию сигналов, принимаемых в каждом из каналов РЛС. Компоненты сигналов с большим отношением сигнал–шум усиливаются в большей степени, чем с меньшим. Такое весовое суммирование позволяет увеличить отношение сигнал–шум на выходе пространственного коррелятора, что соответствует образованию суммарной ДН приемной антенны в направлении на цель.

Перемножители в приведенной схеме могут быть заменены регулируемыми усилителями, коэффициенты передачи которых равны f₁(a), f₂(a), …, f_N(a). Временная обработка выполняется с помощью коррелятора или СФ так же, как и в одноканальных РЛС.

Пространственная обработка может быть реализована с помощью пространственной согласованной фильтрацией. В этом случае пространственный СФ представляет собой набор фазовращателей – по одному в каждом канале, с помощью которых осуществляется фазирование напряжений сигналов в каналах. Далее напряжения с выходов фазовращателей суммируются. Структурная схема такой РЛС изображена на рис.10.16.

Согласованный фильтр может быть выполнен и по другой схеме, если в каждый приемный канал включить регулируемые усилители с коэффициентами передачи f_i(a).

Если параметры принимаемого сигнала и помех известны точно, то необходимо проводить их оценку, и на основе оценок параметров формировать опорный сигнал пространственно-временного коррелятора и импульсную характеристику оптимального пространственно-временного фильтра. Поскольку параметры принимаемого сигнала и помех случайным образом меняются во времени, системы их оценки должны строиться как следящие измерители.

Многоканальные системы обработки сложнее, чем одноканальные, однако позволяют решать целый комплекс задач, невыполнимых для одноканальных РЛС.