Архитектура цифровой обработки в радиолокации
Современные радиолокаторы оснащены аналоговым интерфейсом м антенной или антенными элементами, но аналоговые сигналы преобразуются в цифровой вид для обработки. Приёмник обычно включает элементы преобразования с понижением частоты (downconversion) и формирования диаграммы направленности (beamforming), как показано на рисунке 1.
Рисунок 1
Излучатель содержит генератор импульсов, компоненты формирования диаграммы направленности, и цифровое преобразования. Элементы обработки радиолокатора обрабатывают информацию для улучшения сигнала, убирают эффекты от окружающей среды, определяют местоположение и скорость цели и решают другие задачи, такие как управление системой. Ниже приведено более детальное описание перечисленных выше элементов.
Фильтрация диаграмм направленности (Beamforming Filtering)
В радиолокационных системах, формирование диаграмм направленности — это формирование радиолучей, которые излучаются и принимаются в определённом физическом направлении. Формирование диаграмм направленности (beamforming) — это метод пространственной фильтрации для получения большей чувствительности в определённом направлении. На приёмной стороне элементы диаграммы направленности располагаются под углом падения сигнала. Это особенно удобно при использовании фазированной решётки, в которую входят множественные элементы, или большие массивы антенн, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2
Когда радиолокаторы принимают сигнал с помощью антенны или ячейки фазированной решетки, которая тоже является антенной, помехи от нежелательных целей или окружающей среды могут оказать отрицательное влияние на возможности радиолокационной системы. Для устранения этих эффектов, разработчики радиолокаторов создают системы,которые осуществляют пространственную или временную фильтрацию. Пространственная фильтрация фокусируется на расстоянии и направлении в пространстве в то время как временная фильтрация фокусируется на временных (частотных) свойствах сигнала.
Формирование диаграммы направленности выглядит как множество антенн в многоканальном окружении выравнивает задержку сигналов в одном направлении за счет регулировки фазы и усиления так, что эти сигналы от различных антенн конструктивно добавляются в желаемую область и исключаются из нежелательных направлений, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3
Веса также используются для управления формой сигнала, как показано на рисунках 4 и 5.
Рисунок 4
Рисунок 5
Математически, узкополосное формирование диаграммы направленности соответствует фильтру с ограниченной характеристикой (FIR-фильтру). Традиционно, формирование диаграммы направленности использует вычисления с фиксированной точкой. Использование ПЛИС с операциями с плавающей точкой могут упростить задачу по преобразованию системных моделей MATLAB из плавающей точки в фиксированную точку. Рисунок 4 и рисунок 5 изображают принципы формирования диаграммы направленности для узкополосных и широкополосных приложений, соответственно.
На рисунке 6 изображён результат применения FIR фильтра, который контролирует уровни боковых лепестков диаграммы направленности. В этом примере, веса, приложенные к лучу определяют 20 градусный угол пика.
Рисунок 6
Анализ временных доменов (time domain analysis) прекрасно работает с одинарным фильтром, но фазированные решетки фильтруют множественные лучи за раз. Для множественных лучей в широкополосных приложения показано преобразование Фурье на рисунке 7.
Рисунок 7
Ссылки
- Bores Signal Processing, Introduction to DSP—DSP Processors: Data Formats, December, 2010. http://www.bores.com/courses/intro/chips/6_data.htm
- Jeffs, Brian D. Beamforming: A Brief Introduction, Presentation, (Brigham Young University, October, 2004).
- Harris, Fredric J. Multirate Signal Processing for Communication Systems, Chapter 6,(Prentice Hall, ISBN 0-13-146511-2).
- Richards, Mark A. Fundamentals of Radar Signal Processing, Chapter 9, (McGrawHill, ISBN 0-07-144474-2).
- Worsham, Richard. Northrop Grumman Radar Notes, et al, Presented at Radar 2010 Conference, May, 2010
Источники
- https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/wp/wp-01156-dsp-radar.pdf
Материал предназначен для использования в образовательных целях