Исследование алгоритмов вторичной обработки радиолокационной информации учебное пособие к лабораторной работе. Радиолокационной информации Обработка радиолокационной информации от многих источников

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Введение
• 2. Системы ЦОС
• 3. Оптоволокно

• 4. Гигабитный Ethernet(1000base-T)28
• 5. VPX стандарт
• Заключение
• Список литературы
• Введение
• Радиолокация - область радиоэлектроники, занимающаяся применением радиоволн для обнаружения, определения координат и измерения параметров движения различных объектов. Все объекты наблюдения в радиолокации называются целями. К ним относятся, например, корабли, самолёты, танки и др. Операции, выполняемые в радиолокации для обнаружения целей, измерения их координат и параметров движения, называются радиолокационным наблюдением.
• Структура радиолокационного канала. Она включает в себя собственно РЛС, носитель РЛС, среду распространения радиоволн, группу объектов, систему навигации и систему индикации и управления каналом (рис.%). Все эти элементы структуры участвуют в процессе обнаружения и определения характеристик заданных объектов.
• Группа объектов состоит из заданных объектов (целей), вспомогательных объектов (ориентиров), сопутствующих объектов (фона), объектов излучающих или переизлучающих помеховые сигналы (источников помех).
• Цели - заданные объекты, которые могут иметь различную физическую природу: воздушные цели (самолёты, ракеты, облака, дождь, турбулентности атмосферы и т.п.), наземные цели (скопление войск и отдельные виды техники, взлётные полосы аэродромов и сельскохозяйственные угодья, инженерные сооружения и дороги и т.п.), морские цели (корабли, ледовые поля, морская поверхность).
• Ориентиры - вспомогательные объекты, которые помогают решать основную задачу обнаружения и определения характеристик целей. Так, например, ориентир - объект с известными координатами - используется для высокоточного определения координат целей, расположенных вблизи от этого объекта. Фон - сопутствующие объекты, которые обычно препятствуют обнаружению целей. Так, если малоразмерная цель наблюдается на фоне подстилающей (земной) поверхности, то фон маскирует цель. Сигнал от фона намного превышает сигнал от цели, что требует особой системы обработки сигналов для подавления сигнала фона и выделения сигнала цели.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Рисунок 1. Структура радиолокационного канала.
• радиолокационный канал оптический волокно
• Активные и пассивные источники помех являются объектами, которые излучают или переизлучают сигналы, мешающие обнаружению сигналов цели. Помехи обычно используются в процессе радиоэлектронной борьбы, однако они могут быть и непреднамеренными (естественными), например в виде излучения других радиопередающих устройств. Пассивные помехи создаются специальными отражателями (облака диполей, аэрозолей и других образований), отражения от которых маскируют сигналы целей.
• Среда распространения радиоволн - пространство между РЛС и объектом. Обычно считается, что электромагнитная волна от объекта до РЛС распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью. Наличие неоднородности среды (коэффициента преломления) вносит ошибки в процесс измерения характеристик цели, а потери энергии вследствие поглощения в среде приводят к уменьшению дальности обнаружения целей. Поэтому при решении радиолокационных задач требуется учитывать характеристики среды распространения.
• РЛС - включает в себя собственно аппаратуру РЛС («железо») и программное обеспечение (ПО) работы РЛС. Аппаратура РЛС включает в себя следующие основные блоки:
• антенные и приёмо-передающие модули. Антенно-фидерные устройства модулей обеспечивают направленное излучение и приём радиоволн с учётом их поляризации. Передающие модули обеспечивают усиление, амплитудную и фазовую модуляцию радиочастотных колебаний. Приёмные модули обеспечивают малошумящее усиление и преобразование частоты принимаемых радиочастотных колебаний;
• синтезатор сигналов, который генерирует колебания заданной радиочастоты, частот модуляции и преобразования для приёмопередающих модулей;
• процессор обработки сигналов, выполняющий с помощью аналоговых и цифровых устройств заданный алгоритм обработки принимаемых колебаний (синтезирования апертуры);
• БЦВМ управления и обработки данных, обеспечивающая согласование работы и режимов всех устройств РЛС и носителя РЛС в соответствии с решаемой задачей, а также обработку данных с выхода сигнального процессора.
• Кроме перечисленных составных частей РЛС, в неё также входят устройства технической диагностики, источники питания, сеть распределения сигналов и коммутационные устройства.
• Система навигации снабжает необходимой информацией системы обработки сигналов управления.
• Система индикации и управления обеспечивает связь между оператором и РЛС с использованием устройств отображения информации интеллектуальных систем управления, реализуемых с помощью ЭВМ.
• Носитель РЛС выполняет не только транспортные функции, но и обеспечивает заданное пространственное положение РЛС (траекторию), исходя из задачи формирования требуемого пространственно-временного траекторного сигнала.
• В соответствии с заданным режимом работы синтезатор сигналов вырабатывает высокочастотные колебания несущей частоты зондирующего сигнала, а также частоты преобразования и модуляции сигналов.
• Излучённая электромагнитная волна, пройдя среду распространения от РЛС до объекта, формирует поле облучения объекта. В зависимости от свойств объекта и параметров поля облучения, характеризуемых функцией отражения объекта, формируется рассеянная объектом ЭМВ, распространяющаяся в сторону РЛС. Отражённая от объекта ЭМВ, пройдя среду распространения от объекта до РЛС, возбуждает поле на апертуре приёмных антенных модулей.
• Процессор обработки сигналов и БЦВМ выполняют заданные алгоритмы синтезирования апертуры, обнаружения, определения координат и распознавания цели, обеспечения помехозащищённости и другие алгоритмы. Полученные данные используются оператором и подаются в другие системы (разведка, оружие, оборона и т.п.).
• 1. Методы получения радиолокационной информации
• Носителями информации о целях являются принимаемые РЛ сигналы. Прием этих сигналов обеспечивается в результате вторичного излучения, переизлучения или собственного излучения радиоволн целью. Различают соответственно активную радиолокацию с пассивным ответом, активную радиолокацию с активным ответом и пассивную радиолокацию.
• Активная радиолокация с пассивным ответом основана на использовании эффекта вторичного излучения (отражения) радиоволн (рис. 1, а). Активный ее характер состоит в облучении цели мощными зондирующими колебаниями. Пассивным ответом на облучение является вторичное излучение радиоволн. Особенности вторичного излучения существенно влияют на характер этого метода радиолокации. На активную радиолокацию с пассивным ответом существенно влияет также и характер размещения приемной и передающей аппаратуры на позиции. Если приемная позиция совмещена с передающей, активное РЛ средство называют совмещенным.
• Совмещенное средство часто содержит одну антенну, коммутируемую поочередно на передачу и прием. Возможен разнос приемной и передающей позиций на расстояние d, называемое базой. Базы бывают не только постоянными d = const (рис. 1, б), но и переменными (рис. 1, в). Приемный пункт, например головка самонаведения (рис. 1, в), располагается на ракете, так что d = var. Наряду с однобазовыми (двухпозиционными) разнесенными активными РЛ средствами возможны многобазовые (многопозиционные). В связи с усложнением задач радиолокации интерес к разнесенным РЛ средствам в последнее время существенно возрастает.
• Рис. 1. Обобщенные структурные схемы, поясняющие сущность методов радиолокации.
• Активная радиолокация с активным ответом (вторичная радиолокация) позволяет получать надежную информацию о своих объектах (например, о кораблях, самолетах, танках и т. д.). Для этого их облучают (рис. 1, г) запросными (зондирующими) сигналами. На объектах устанавливают ответчики, т. е. приемопередатчики, переизлучающие принятые (излучающие ответные) сигналы. Несущие частоты, законы модуляции (коды) запросных и ответных сигналов могут изменяться в широких пределах. Это обеспечивает опознавание государственной принадлежности объектов («свой - чужой») и индивидуальное опознавание. Активный ответ широко применяется также в задачах УВД.
• Пассивная радиолокация использует собственные излучения элементов цели и их ближайшей окрестности. Излучения создают нагретые участки поверхности, связные, локационные и навигационные средства (обеспечения безопасности полета в том числе), средства РЭП, ионизированные образования различного вида. В общем случае средство пассивной радиолокации может быть размещено на одной (рис. 1, д) или нескольких разнесенных позициях. На принципах пассивной радиолокации работают, в частности, средства радиотехнической разведки излучений. Пассивные и активные РЛ средства могут составить единое целое - это будут активно-пассивные РЛК.
• Важное значение для активных и активно-пассивных СРЛ имеет характер зондирования пространства. Увеличивая отношение размеров антенны к длине волны, добиваются, как известно, высокой направленности антенн.
• Высокая направленность зондирующего излучения обеспечивает концентрацию его энергии, облегчая последующее выделение отраженных сигналов. Зондирование различных участков пространства часто проводится поэтому неодновременно, т. е. наряду с одновременным обзором участков пространства реализуется последовательный обзор. Поскольку колебания, излучаемые в каждом направлении, обычно модулированы во времени, законы модуляции для различных направлений не совпадают.
• В этом случае имеет место пространственно-временная модуляция зондирующих колебаний. Она достигается путем временнуй модуляции в передатчиках и перемещения характеристик направленности передающих антенн в пространстве. Возможные виды пространственно-временной модуляции обеспечивают последовательный обзор пространства по жесткой программе либо по гибкой - в зависимости от результатов текущих наблюдений. Для повышения оперативности обзора используют антенны с электрическим управлением положением луча типа ФАР. На параметры принимаемых РЛ сигналов и их использование для измерения координат целей влияют свойства среды, в которой распространяются радиоволны. Простейшим и основным является случай распространения в свободном пространстве, которое принято полагать: 1) однородным; 2) изотропным; 3) недиспергирующим. Это значит, что скорость распространения радиоволн: 1) одинакова для всех элементов этого пространства; 2) не зависит от направления распространения и поляризации волны; 3) не зависит от частоты колебаний (с? 3 10 8 м/с). Зондирующий и отраженный сигналы распространяются по прямолинейным траекториям без искажения своей формы. Времена запаздывания tз отраженных от точечных целей сигналов относительно зондирующих определяются для разнесенных (рис. 1, б) и совмещенных (рис. 1, а) РЛС соотношениями
• tз = (Д1 + Д2)/с и tз = 2Д/с.
• Дальность до цели кодируется тем самым во временной структуре принимаемых колебаний. Для совмещенных РЛС дальность однозначно определяется временем запаздывания:
• Дц = с tз/2.
• При использовании разнесенных пунктов приема или одной многоэлементной антенны можно говорить о пространственно-временнуй структуре принимаемых колебаний. Набор временных запаздываний характеризует не только дальности, но и угловые положения целей. При малом разносе приемных элементов (в пределах ФАР), когда разностью запаздываний огибающих сигналов до приемных элементов можно пренебречь, угловая координата цели находится по распределению начальных фаз принимаемых колебаний. С этим же распределением связано формирование ДНА. Вращая ДНА (сканируя), можно сравнительно просто измерять угловые координаты - азимуты и углы места целей, например, по максимуму отраженного сигнала (рис. 2, а), обеспечивать их угловое разрешение (рис. 2, б). Информация о различных угловых направлениях при одноканальном приеме поступает последовательно во времени, при многоканальном (когда характеристики рис. 2, б относятся к разным каналам приема) ее можно получать параллельно, практически одновременно.
• Рис. 2. Схема, иллюстрирующая принцип измерения угловых координат и разрешения целей
• Рис. 3. Структурная схема простейшей импульсной РЛС
• Реализацию принципов обнаружения целей, измерения их угловых координат и дальности поясним на примере структурной схемы простейшей активной импульсной РЛС с совмещенной приемопередающей антенной и одним приемным каналом (рис. 3). Важным элементом РЛС является синхронизатор, запускающий ее основные элементы. Зондирование короткими радиоимпульсами обеспечивает неодновременность приема и излучения. Это позволяет использовать общую антенну, коммутируемую антенным переключателем на передачу и прием.
• После излучения ЗС антенна соединяется с приемником. ИКО обеспечивает возможность обнаружения оператором вторичного излучения цели, измерения дальности до цели и ее угловых координат (азимута). Предусматривается использование цепей автоматики. Последние связывают индикаторное устройство с антенной, выдают информацию о текущем положении ДНА, а значит, угловых координатах целей, а также управление этой диаграммой (контур управления на рис. 3 не показан).
• В более общем случае прием может быть многоканальным, длительность сигнала не обязательно должна быть малой. Приемная и передающая антенны могут быть разделены (даже в совмещенной локации).
• Существенную роль в радиолокации играет фактор движения целей, вызывающий изменение временных запаздываний отдельных элементов, а значит, всей структуры сигналов. Так, радиальное движение цели относительно совмещенной импульсной РЛС: 1) изменяет запаздывание последовательно принимаемых импульсов; 2) приводит к известному из физики изменению несущей частоты - эффекту Доплера. Оба эффекта порознь могут использоваться для измерения радиальных скоростей цели и их скоростного разрешения. Как поясняется ниже, они - проявления эффекта трансформации сигнала за счет движения цели. Селекция по скорости широко используется для защиты от пассивных помех.
• При любом из методов радиолокации приходящие сигналы часто оказываются слабыми. Особенно это относится к активной радиолокации, где имеет место двукратное рассеяние энергии: на пути до цели и обратно. Для выделения слабых сигналов принимают ряд мер: увеличивают по возможности габариты передающей и приемной антенн, среднюю мощность зондирующих колебаний; применяют высокочувствительные (малошумящие) входные элементы радиоприемных устройств.
• 2. Системы ЦОС

Этап 1. Цифровая фильтрация и спектральный анализ

На этом этапе развития (1965--1975 гг.) основной предметной областью теории ЦОС были цифровая фильтрация и спектральный анализ (рис 2), причем оба направления рассматривались с общей позиции частотных представлений. Общей основой развивающихся направлений был синтез цифровых фильтров частотной селекции. Базовые положения теории ЦОС закладывались и апробировались фактически на теории дискретных систем и теории цепей с использованием известного к тому времени набора машинных алгоритмов и, прежде всего, алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Рис 2 - основной предметной областью теории ЦОС

К числу основных проблем, получивших эффективное решение в эти годы, относятся: машинная аппроксимация функции передачи цифровых фильтров (ЦФ) в классе фильтров с конечной (КИХ-фильтров) и бесконечной (БИХ-фильтров) импульсной характеристикой, разработка алгоритмов высокоскоростной свертки и малошумящих структур БИХ-фильтров, построение цифровых спектроанализаторов на основе использования полосовых фильтров и алгоритма БПФ.

Возможности технической реализации цифровых фильтров и спектроанализаторов в этот период можно охарактеризовать как этап машинного моделирования в реальном времени с применением малых ЭВМ или специализированных устройств, построенных на ИС средней степени интеграции. Первые цифровые устройства с позиции сегодняшних представлений обладали низкой эффективностью и имели крайне ограниченное применение, связанное, как правило, с военными технологиями. Однако прогнозируемые успехи в области микроэлектроники и цифровой схемотехники вселяли надежду на скорое радикальное изменение подобного состояния дел.

Этап 2. Многоскоростная фильтрация и адаптивная обработка сигналов

В начале 70-х годов появляются первые однокристальные микропроцессоры (МП) - «провозвестники» новой волны компьютерной революции. Начинается новый этап становления техники ЦОС и компьютерных технологий.

Открываются новые возможности и возникают новые проблемы. Теория ЦОС входит в очередной этап своего развития, который условно можно ограничить периодом с 1975 по 1985 г. Именно в этот период формируются четыре основных взаимосвязанных направления современной теории ЦОС (рис.3).

Первое направление -- цифровая частотная селекция сигналов, закрепляет и систематизирует достижения в области проектирования цифровых полосовых фильтров и их наборов. Наиболее оригинальные работы в этом направлении были связаны с развитием теории многоскоростной обработки сигналов на основе эффектов прореживания по времени и по частоте.

Второе направление -- быстрые алгоритмы обработки сигналов, ориентировано на построение высокоскоростных алгоритмов ЦОС путем исключения «избыточности» операций преобразования и замены трудоемких операций умножения операциями сложения и сдвига (многочисленные модификации алгоритма БПФ и методы теоретико-числовых преобразований).

Третье направление -- адаптивная и оптимальная обработка сигналов, охватывает широкий спектр методов решения задач оптимальной фильтрации (фильтры Винера, Калмана и др.) и обработки сигналов в условиях априорной неопределенности о характере исследуемого динамического процесса.

Четвертое направление -- обработка многомерных сигналов и полей, является естественным развитием обработки одномерных сигналов на случай многомерных цифровых систем.

Указанные направления взаимосвязаны друг с другом, и эта взаимосвязь базируется как на общей математической основе, «питающей» все четыре направления, так и на прямом использовании основных положений и методов одних направлений в других.

Этап З. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах

В первой половине 80-х годов сначала фирма NEC (Япония), затем фирма TexasInstruments (США) объявило промышленном выпуске первых сигнальных процессоров mPD7720 и TMS32010 и тем самым ознаменовали открытие новой эры в технике ЦОС -- эры СБИС обработки сигналов. Новый класс микропроцессорных систем фактически представлял собой семейство однокристальных микро-ЭВМ, ориентированных внутренней архитектурой на высокоэффективную программно-аппаратную реализацию классических алгоритмов ЦОС. За относительно короткий промежуток времени -- 15 лет, цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС) прошли несколько этапов развития. В конкурентную борьбу на рынке перспективных электронных технологий вступили такие фирмы, как Motorola, AnalogDevices, AT&T, SGS Thomson (США) и др. В результате интенсивных разработок в значительной степени выросли вычислительная производительность и внутренние ресурсы однокристальных ЦПОС, появились мощные программные и аппаратные средства поддержки микропроцессорных систем ЦОС. Уменьшение стоимости и расширение функциональных возможностей СБИС обработки сигналов способствовали широкому практическому использованию методов ЦОС в различных сферах научной и производственной деятельности человека.

Новый этап развития теории ЦОС (с середины 80-х годов) -- интенсивное внедрение методов обработки цифровых сигналов с применением однокристальных ЦПОС и многопроцессорных систем, построенных на их основе. Теория ЦОС, поступательно двигаясь во всех указанных выше направлениях, все в большей степени развивается в направлении практического использования в конкретных областях с учетом ограничений, накладываемых внутренними ресурсами применяемых сигнальных процессоров. Традиционно базовыми областями применения техники ЦОС остаются: цифровая обработка речи, звука, изображений, а также статистическая ЦОС в радиотехнике, связи и управлении. Но именно в этот период методы и техника ЦОС из сферы, как правило, военных технологий, переходят в сферу интенсивных коммерческих разработок.

Острая конкурентная борьба на рынке новых информационных и компьютерных технологий способствовала прорыву в области методологии и техники проектирования систем ЦОС, обеспечивающему значительное сокращение сроков разработок. Формулируется общая концепция оптимального автоматизированного проектирования систем ЦОС. Создаются мощные программные средства поддержки автоматизированного проектирования, начиная с этапа моделирования системы и заканчивая схемотехнической реализацией на сигнальных процессорах и СБИС обработки сигналов. К их числу относятся такие интегрированные оболочки, как MATLAB фирмы TheMathWorks, Inc., Hypersignal фирмы Нурегсерtion, Inc., пакеты по синтезу цифровых фильтров QEDesign фирмы MomentumDataSystems (США), DIFID и PICLOR фирмы «Радис, Лтд» (Россия) и др. Разработка многопроцессорных систем ЦОС, ориентированных на обработку потоков информации в темпе их поступления, потребовала создания специализированных программных средств управления -- операционных систем реального времени (ОСРВ), оптимизированных для систем ЦОС. Получили известность и широкое использование ОСРВ SPOX фирмы SpectromMicrosystems, Inc. (США) и Virtuoso фирмы EonicSystems, Inc. (Бельгия).

Этап 4. Однокристальные многопроцессорные системы и оптимальное проектирование на ПЛИС

Современный этап развития методов и техники обработки сигналов во второй половине 90-х годов определяется как новыми уникальными возможностями однокристальных многопроцессорных ЦПОС (семейство TMS320C80), так и применением архитектурно перепрограммируемых СБИС ЦОС на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Имея до 1 млн. логических вентилей на кристалле и работая на внутренней тактовой частоте до нескольких сотен мегагерц, ПЛИС обработки сигналов прочно занимают свою нишу между специализированными заказными СБИС и универсальными ЦПОС, интенсивно расширяя сферу применения перепрограммируемых СБИС ЦОС и вытесняя с рынка высоких технологий сигнальные процессоры.

Проектируемые на ПЛИС системы сочетают в себе сверхвысокую производительность заказных СБИС и высокую гибкость ЦПОС на уровне архитектурной адаптации к заданному классу алгоритмов, а также возможность размещения на одном кристалле ПЛИС всей структуры системы, включая нестандартную периферию. В тех случаях, когда проектируемая система должна быть ориентирована на решение сложных, разветвленных алгоритмов обработки в реальном времени на различных скоростях потоков входных данных, наивысшая эффективность достигается при совместном использовании ПЛИС и сигнальных процессоров.

Новая концепция построения системы ЦОС базируется на широком использовании потенциальных возможностей ПЛИС и методике оптимального проектирования, гарантирующей достижимость заданных показателей качества при минимальных аппаратных затратах. При этом акцент, по-прежнему, смещается в сторону прикладных систем, разработка и промышленное внедрение которых идут нарастающими темпами.

Вместе с тем и вопросы общей теории ЦОС не теряют своей значимости. К числу наиболее актуальных задач теории и техники ЦОС относятся:

Систематизация методов и алгоритмов обработки цифровых сигналов по различным направлениям и создание пакетов прикладных программ по автоматизированному проектированию систем ЦОС;

Разработка методики и пакетов прикладных программ оптимального проектирования систем ЦОС на сигнальных процессорах и ПЛИС;

Развитие новых концепций по основным направлениям теории ЦОС -- многоскоростная обработка, быстрые алгоритмы, адаптивная обработка, спектральное оценивание, частотно-временная обработка, вейвлетовские и фрактальные преобразования, нелинейная фильтрация, обработка многомерных сигналов и др.

3. Оптоволокно

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы. Кроме того, такие проблемы передачи информации по проводам как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, позволяя протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на много большие дистанции, достигающие 120 км.

Оптическое волокно -- чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое -- для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность -- волокнами из кевлара. Оптоволоконный кабель идеально подходит для создания сетевых магистралей, и в особенности для соединения между зданиями, так как он нечувствителен к влажности и другим внешним условиям. Также он обеспечивает повышенную по сравнению с медью секретность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности. Недостатки оптоволокна в основном связаны со стоимостью его прокладки и эксплуатации, которые обычно намного выше, чем для медной среды передачи данных. Эта разница стала привычной, тем не менее, в последние годы она стала сглаживаться. Сама оптоволоконная среда только слегка дороже UTP категории 5. Но независимо от указанных преимуществ и недостатков применение оптоволокна приносит с собой другие проблемы, такие как процесс прокладки. Разводка оптоволоконного кабеля в основном ничем не отличается от укладки медного, но присоединение коннекторов требует принципиально иного инструмента и технических навыков.

Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле. В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км. В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 - 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 - 5 км. Многомодовый кабель - это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 - 20 дБ/км. Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4-- 5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

3.1 Стандарты оптических волокон

Если сравнивать многомодовые волокна между собой (рис. 2.1 а, б), то градиентное волокно имеет лучше технические характеристики, чем ступенчатое, по дисперсии. Главным образом это связано с тем, что межмодовая дисперсия в градиентном многомодовом волокне - основной источник дисперсии - значительно меньше, чем в ступенчатом многомодовом волокне, что приводит к большей пропускной способности у градиентного волокна. Одномодовое волокно имеет значительно меньший диаметр сердцевины по сравнению с многомодовым и, как следствие, из-за отсутствия межмодовой дисперсии, более высокую пропускную способность. Однако оно требует использования более дорогих лазерных передатчиков.

В ВОЛС наиболее широкое используются следующие стандарты волокон (табл. 2.1):

Таблица 2.1 Стандарты оптических волокон и области их применения

Многомодовое волокно	Одномодовое волокно
MMF 50/125 градиентное волокно	MMF 62,5/125 градиентное волокно	SF (NDSF) ступенчатое волокно	DSF волокно со смещенной дисперсией	NZDSF волокно с ненулевой смещенной дисперсией
	ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM)	Протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM), магистрали SDH)	Сверхпротяженные сети, супермагистрали (SDH, ATM)	Сверхпротяженные сети, супермагистрали (SDH, ATM), полностью оптические сети

· многомодовое градиентное волокно 50/125 (рис. 2.1 а);

· многомодовое градиентное волокно 62,5/125 (рис. 2.1 б);

· одномодовое ступенчатое волокно SF (волокно с несмещенной дисперсией или стандартное волокно) 8-10/125 (рис. 2.1 в);

· одномодовое волокно со смещенной дисперсией DSF 8-10/125 (рис. 2.1 г);

· одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (по профилю показателя преломления это волокно схоже с предыдущим типом волокна).

Рис. 2.1 а) Ступенчатое многомодовое волокно

Рис. 2.1 б) Градиентное многомодовое волокно

Рис. 2.1 в) Ступенчатое одномодовое волокно, г) Одномодовое волокно со смещенной дисперсией (DSF или NZDSF)

Большинство устройств волоконной оптики используют область инфракрасного спектра в диапазоне от 800 до 1600 нм в основном в трех окнах прозрачности: 850, 1310 и 1550 нм, рис. 2.8 . Именно окрестности этих трех длин волн образуют локальные минимумы затухания сигнала и обеспечивают бoльшую дальность передачи.

3.2 Разъемы оптических волокон

ST.Был разработан в 1985 году AT&T, ныне Lucent Technologies. Конструкция основана на керамическом наконечнике (феруле) диаметром 2, 5 мм с выпуклой торцевой поверхностью. Фиксация вилки на гнезде выполняется подпружиненным байонетным элементом (подобно разъемам BNC, использующимся для коаксиального кабеля). Разъемы ST - самый дешевый и распространенный в России тип. Он немного лучше, чем SC, приспособлен к тяжелым условиям эксплуатации благодаря простой и прочной металлической конструкции (допускает больше возможностей для применения грубой физической силы).

Как основные недостатки, можно назвать сложность маркировки, трудоемкость подключения, и невозможность создания дуплексной вилки.

SC. Был разработан японской компанией NTT, с использованием такого же, как в ST, керамического наконечника диаметром 2, 5 мм. Но основная идея заключается в легком пластмассовом корпусе, хорошо защищающим наконечник, и обеспечивающим плавное подключение и отключение одним линейным движением.

Такая конструкция позволяет достичь большой плотности монтажа, и легко адаптируется к удобным сдвоенным разъемам. Поэтому разъемы SC рекомендованы для создания новых систем, и постепенно вытесняют ST.

Дополнительно нужно отметить еще два типа, один из которых используется в смежной отрасли, а другой постепенно набирает популярность.

FC. Очень похож на ST, но с резьбовой фиксацией. Активно используется телефонистами всех стран, но в локальных сетях практически не встречается.

LC. Новый "миниатюрный" разъем, конструктивно идентичный SC. Пока достаточно дорог, и для "дешевых" сетей его применение бессмысленно. Как главный аргумент "за" создатели приводят большую плотность монтажа. Это достаточно серьезный довод, и в отдаленном (по телекоммуникационным меркам) будущем вполне возможно, что он станет основным типом.

3.3 Передача информации по оптоволокну

Если сравнивать с другими способами передачи информации, то порядок величин Тбайт/с просто недостижим. Еще один плюс таких технологий -- это надежность передачи. Передача по оптоволокну не имеет недостатков электрической или радиопередачи сигнала. Отсутствуют помехи, которые могут повредить сигнал, и нет необходимости лицензировать использование радиочастоты. Однако не так много людей представляют себе, как вообще происходит передача информации по оптоволокну, и тем более не знакомы с конкретными реализациями технологий. Мы рассмотрим одну из них -- технологию DWDM (dense wavelength-division multiplexing).

Вначале рассмотрим, как вообще передается информация по оптоволокну. Оптоволокно -- это волновод, по которому распространяются электромагнитные волны с длиной волны порядка тысячи нанометров (10-9 м). Это область инфракрасного излучения, не видимого человеческим глазом. И основная идея состоит в том, что при определенном подборе материала волокна и его диаметра возникает ситуация, когда для некоторых длин волн эта среда становится почти прозрачной и даже при попадании на границу между волокном и внешней средой большая часть энергии отражается обратно внутрь волокна. Тем самым обеспечивается прохождение излучения по волокну без особых потерь, и основная задача -- принять это излучение на другом конце волокна. Конечно, за столь кратким описанием скрывается огромная и трудная работа многих людей. Не надо думать, что такой материал просто создать или что этот эффект очевиден. Наоборот, к этому нужно относиться как к большому открытию, так как сейчас это обеспечивает лучший способ передачи информации. Нужно понимать, что материал волновода -- это уникальная разработка и от его свойств зависит качество передачи данных и уровень помех; изоляция волновода разработана с учетом того, чтобы выход энергии наружу был минимален.

Одной из относительно новых технологий передачи данных является Fiber Channel.

Технология Fiber Channel основывается на применении оптического волокна в качестве среды передачи данных. Наиболее часто встречающимся применением этой технологии в настоящее время являются высокоскоростные сетевые устройства хранения данных (SAN - Storage Area Networks). Такие устройства используются для построения высокопроизводительных кластерных систем. Технология Fiber Channel изначально создавалась как интерфейс, обеспечивающий возможность высокоскоростного обмена данными между жесткими дисками и процессором компьютера. Позже стандарт был дополнен и сейчас определяет механизмы взаимодействия не только систем хранения данных, но и способов взаимодействия нескольких узлов кластерной системы между собой и средствами хранения данных.

Технология Fiber Channel имеет несколько преимуществ по сравнению с другими средами передачи данных, важнейшим из которых является скорость. Технология Fiber Channel обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с. Вторым важным преимуществом является возможность передачи сигнала на очень большие расстояния. Обмен данными с использованием светового сигнала вместо электрического обеспечивает возможность передачи информации на расстояния до 10-20 км без использования повторителей (при применении одноволнового кабеля). Третьим преимуществом технологии Fiber Channel является полный иммунитет к электромагнитным помехам. Это качество позволяет активно использовать оптическую среду передачи даже в производственных помещениях с большим количеством электромагнитных помех. Четвертое преимущество состоит в полном отсутствии излучения сигнала в окружающую среду, что дает возможность применения Fiber Channel в сетях с повышенными требованиями к безопасности обрабатываемых и хранимых данных.

Основным недостатком технологии Fiber Channel является ее стоимость: оптический кабель со всеми сопутствующими его использованию разъемами и способами монтажа является существенно более дорогим, чем медные кабели.

4. Гигабитный Ethernet(1000base-T)

Разработка стандартов Гигабитного Ethernet привела к спецификациям для медного кабеля UTP, однорежимного волокна и многорежимного волокна. В сетях Гигабитного Ethernet биты транспортируются за долю того времени, которое они занимают в сетях на 100 Мбит/с и 10 Мбит/с. В сигналах, проходящих быстрее, биты становятся более восприимчивыми к шуму, и поэтому синхронизация является критической. Вопрос производительности основан на том, как быстро сетевой адаптер или интерфейс могут изменять уровни напряжения и насколько достоверно это изменение напряжения может быть обнаружено на расстоянии в 100 метров на принимающем адаптере NIC или интерфейсе.

1000 Мбит/с - Гигабитный Ethernet

На этих более высоких скоростях, кодирование и декодирование данных является более сложным. Гигабитный Ethernet использует два отдельных шага кодирования. Передача данных более эффективна, когда используются коды для представления потока битов. Кодирование данных позволяет синхронизацию, эффективное использование полосы пропускания и улучшенных характеристик отношения сигнал-шум.

Ethernet 1000BASE-T обеспечивает полнодуплексную передачу, используя все четыре пары в кабеле Категории 5 или более позднего UTP. Гигабитный Ethernet по медному проводу позволяет увеличение скорости со 100 Мбит/с на одну пару проводов до 125 Мбит/с на пару проводов, или 500 Мбит/с для всех четырех пар. Каждая проводная пара переносит сигналы в полном дуплексе, удваивая 500 Мбит/с до 1000 Мбит/с.

1000BASE-T использует кодирование строки 4D-PAM5, чтобы получить пропускную способность данных в 1 Гбит/с. Эта схема кодирования позволяет передачу сигналов по четырем проводным парам одновременно. Она преобразовывает 8-разрядный байт данных в одновременную передачу четырех кодовых знаков (4D), которые отправляются по носителю, по одному на каждой паре, в виде сигналов, Модулируемых с Амплитудой Импульса 5-го уровня (PAM5). Это означает, что каждый символ соответствует двум битам данных. Поскольку информация перемещается одновременно по четырем путям, схема должна разделять фреймы в передатчике и повторно собирать их в приемнике. Рисунок показывает представление схемы, используемой в Ethernet 1000BASE-T.

1000BASE-T позволяет передачу и прием данных в обоих направлениях - на одном и том же проводе и одновременно. Этот поток трафика создает постоянные коллизии на проводных парах. Эти коллизии приводят к сложным шаблонам напряжения. Гибридные схемы, обнаруживающие сигналы, используют сложные методы, такие как эхоподавление, Прямая коррекция ошибок (FEC) Уровня 1 и разумный выбор уровней напряжения. Используя эти методы, система достигает пропускной способности в 1 гигабит.

Чтобы помочь с синхронизацией, Физический уровень инкапсулирует каждый фрейм с разделителями начала потока и конца потока. Синхронизация цикла поддерживается непрерывными потоками символов IDLE (неактивен), отправляемых на каждую проводную пару во время межкадрового интервала.

В отличие от большинства цифровых сигналов, где обычно есть несколько дискретных уровней напряжения, 1000BASE-T использует множество уровней напряжения. В неактивные периоды на кабеле находятся девять уровней напряжения. Во время передачи данных на кабеле находятся до 17 уровней напряжения. С таким большим количеством состояний, объединенных с эффектами шума, сигнал на проводе больше походит на аналоговый, чем на цифровой. Подобно аналоговой, система более восприимчива к шуму из-за проблем с обжатием и кабелем.

Преимущества Gigabit Ethernet Чтобы поддерживать возрастающие потребности в производительности сети, Gigabit Ethernet включает расширения, касающиеся быстрых волоконно-оптических соединений на физическом уровне (Physical Layer). Это обеспечивает десятикратное увеличение MAC (Media Access Control) на уровне данных (Data Layer), для того чтобы поддерживать видео-конференции и другие приложения с интенсивным трафиком. Gigabit Ethernet является совместимым с наиболее популярной сетевой архитектурой, Ethernet. В 1996 году, согласно научно-исследовательским прогнозам IDC, более 80% вычислительных сетей использовали Ethernet. Ожидается, что преобладание Ethernet продолжится и после 1998 года, особенно если этот совместимый и масштабируемый стандарт перейдет на гигабитовые скорости. В дополнение к широкому выбору на рынке продуктов и производителей это преобладание привело к устойчивым снижениям цен на аппаратные средства Ethernet.

Устойчивое снижение стоимости продуктов Ethernet и Fast Ethernet. Аналогичные тенденции ожидаются в отношении продуктов для Gigabit Ethernet. (Dell Oro Group) Информационно-Технологические отделы компаний, применяющие Fast Ethernet, и в конечном счете Gigabit Ethernet, для увеличения сетевой производительности увидят:

· Возрастающий уровень сетевой производительности, включая локализацию трафика и высокоскоростную межсегментную передачу данных

· Повышение масштабируемости сети -- это позволит легко добавлять пользователей и управлять сетью.

· Снижение, с течением времени общей стоимости аппаратных средств.

5. VPX стандарт

VPX -- новая архитектура встраиваемых систем для жестких условий применения, основанная на современных высокоскоростных последовательных межсоединениях. Стандарт VPX исторически является продолжателем известного стандарта VME, который широко используется при проектировании электроники военного назначения. На сегодняшний день стандарт VME морально устарел, хотя по-прежнему используется рядом компаний в качестве основы для новых разработок. То же самое можно сказать о распространенном стандарте PICMG 2, использующем шину данных CompactPCI . Главная причина, по которой эти стандарты являются сейчас неактуальными, -- низкая пропускная способность используемых параллельных шин данных (для VME64 -- 40 Мбайт/с). В первую очередь, такие низкие показатели не удовлетворяют потребностям приложений, связанных с 126 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2012 обработкой визуальной информации, а также обработкой данных в широкополосных радиолокационных станциях (РЛС). Кроме того, платы формата 6U (160233 мм) характеризуются недостаточной жесткостью, низкими механическими резонансными частотами и неудовлетворительно работают в условиях сильных вибраций. Основной технологией, позволяющей на сегодняшний день передавать данные на высокой скорости как в пределах одного крейта (корпуса с набором плат), так и между несколькими удаленными устройствами, являются высокоскоростные последовательные трансиверы (приемопередатчики). Такими приемо-передающими устройствами сегодня снабжается все большее число полупроводниковых вычислительных приборов: интегральных микросхем программируемой логики (FPGA), цифровых сигнальных процессоров (DSP), АЦП, ЦАП и др. Дифференциальный способ передачи сигнала, высокая мощность передатчиков, применение различного рода эквалайзеров, компенсирующих искажения сигнала, трехмерные технологии проектирования кристалла позволяют осуществлять передачу данных на скорости до 28 Гбит/с по одной проводной паре. Объединение нескольких высокоскоростных трансиверов позволяет получить скорость передачи 100 Гбит/с и выше по одной шине данных. В настоящее время технология 100 Гбит/c уже является стандартной и предлагается ведущими производителями микросхем (Xilinx, Altera, Texas Instruments), что называется, «под ключ» . Производители предоставляют сведения об особенностях проектирования печатных узлов, дают рекомендации по отладке, предоставляют методики верификации таких проектов, а также обеспечивают их достаточно полную программную поддержку. Возникший разрыв в технологии передачи данных между современными чипами и модулями специального назначения внутри крейтов был учтен при разработке стандартов VPX, VPX REDI и OpenVPX . Требуемая скорость передачи данных в стандарте VPX обеспечивается в первую очередь применением разъемов, специально рассчитанных на передачу высокоскоростных дифференциальных сигналов, которые используются для связи между ячейками устройства с объединительной платой (так называемый бэкплейн).

Такие разъемы представляют собой набор небольших угловых печатных плат (так называемые вафли), объединенных в стек с помощью пластикового держателя. На печатных платах нанесены рисунки проводников различной конфигурации в зависимости от назначения разъема: сигнальные разъемы с дифференциальными или несимметричными дорожками; силовые разъемы с широкими слоями проводящей меди. Ответная часть разъемов, устанавливаемая на бэкплейн, представляет собой набор пружинных контактов, размещаемых в пластиковый держатель. Сигнальные разъемы стандарта VPX имеют гарантированное волновое сопротивление (100 или 50 Ом), что обеспечивается соответствующей конфигурацией проводников и печатной платы разъема. Это позволяет соблюсти условия целостности сигнала при его прохождении от ячейки к ячейке через две пары межсоединений. Силовые разъемы VPX выполняются по технологии изготовления печатных плат из заготовок с толстыми пленками меди (от 75 мкм), что обеспечивает токовую нагрузку до 36 А на разъем, содержащий три силовых «вафли». Таким образом, в устройствах стандарта VPX достигается поддержка энергетически емких быстродействующих цифровых и цифраналоговых схем. Следует также отметить, что обладая хорошими электрическими характеристиками, разъемы VPX имеют высокий уровень виброустойчивости и достаточную механическую прочность. Это достигается как за счет конструкции самих разъемов, так и за счет применения продуманной системы направляющих штырей. При разработке стандарта проведены многочисленные испытания на устойчивость к механическим, температурным, химическим и другим воздействиям, подтвердившие высокую стабильность электрических свойств соединителей.

Не менее значимым фактором в обеспечении скоростных соединений между модулями имеют характеристики объединительной платы. Стандарты VPX предполагают организацию модульных меж- соединений по бэкплейну с помощью высокоскоростных последовательных линий. Существует три типа организации линий передачи данных: одиночные каналы UTP (Ultra-thin Pipe), сдвоенные («тонкие») каналы TP (Thin Pipe) и счетверенные («толстые») каналы FP (Fat Pipe). Каждый канал предусматривает работу как в дуплексном, так и в полудуплексном режимах. Максимальная битовая скорость передачи данных по каждой проводной паре, предусмотренная стандартом, составляет 6 Гбит/с.

Заключение

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС: у людей проживающих вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см2).

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьма сложному алгоритму (наиболее распространен код Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезных научных работ и изысканий. Развитие современной науки и техники невозможно представить себе без применения радиолокации, которая используется и в исследовании космоса, и в навигации воздушных и морских судов, и в военной технике (для обнаружения цели и наведения ракет на цель).

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиолокация/

2. http://www.twirpx.com/file/989969/

3. http://learndsp2012.tom.ru

Подобные документы

Параметры оптических волокон. Методы измерения затухания, длины волны, расстояний, энергетического потенциала, дисперсии и потерь в волоконно-оптических линиях связи. Разработка лабораторного стенда "Измерение параметров волоконно-оптического тракта".

дипломная работа , добавлен 07.10.2013


Наука и техника, объединяющие методы обнаружения и измерения координат. Расстояние радиоволн к объекту, виды радиолокации и применение её во всех сферах деятельности. Радар и его собственный зондирующий импульс. Дистанционное принятие радиоволн.

презентация , добавлен 08.11.2011


Анализ методов обнаружения и определения сигналов. Оценка периода следования сигналов с использованием методов полных достаточных статистик. Оценка формы импульса сигналов для различения абонентов в системе связи без учета передаваемой информации.

дипломная работа , добавлен 24.01.2018


Вариант применения персональных компьютеров (ПК) для решения задач вторичной обработки радиолокационной информации. Сравнительный анализ используемых и предлагаемых алгоритмов. Схемы устройств для сопряжения ПК с цифровой станцией 55Ж6; расчет затрат.

дипломная работа , добавлен 27.06.2011


Создание макета стенда. Изучение эффекта модуляции светового потока внешним акустическим полем. Хищение цифровой информации, методы подсоединения к оптоволокну. Сущность расчетного метода оценки разборчивости речи. Защищенность штатного переходника.

дипломная работа , добавлен 18.11.2013


Импульсный, частотный и фазовый методы измерения дальности. Авиационный комплекс радиолокационного обнаружения на самолете Ан-71. Выбор микроконтроллера, супервизора питания, блока индикации, тактового генератора и источника стабилизированного питания.

курсовая работа , добавлен 13.02.2012


Меры противодействия информационным угрозам. Акустические и виброакустические каналы утечки речевой информации. Разновидности радиолокационной разведки. Классификация методов и средств защиты информации от радиолакационных станций бокового обзора.

презентация , добавлен 28.06.2017


Измерения при технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи, их виды. Системы автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей. Этапы эффективной локализации места повреждения оптического кабеля. Диагностирование оптических волокон.

контрольная работа , добавлен 12.08.2013


Стандартные, альтернативные, перспективные методы измерения длины световода для волоконно-оптических систем связи и передачи информации. Анализ метрологических характеристик методов и средств измерения длины световода. Рефлектометрия во временной области.

дипломная работа , добавлен 25.12.2015


Обзор конструктивных особенностей и характеристик лазеров на основе наногетероструктур. Исследование метода определения средней мощности лазерного излучения, длины волны, измерения углов расходимости. Использование исследованных средств измерений.

Волкова Г.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Учебное пособие к лабораторной работе

ВТОРИЧНАЯ ОБРАБОТКА

РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Введение
Обработку радиолокационной информации делят на первичную и вторичную. Устройство первичной обработки решает задачи обнаружения и измерения координат (дальности, азимута и угла места) мгновенного положения цели относительно РЛС в каждом периоде обзора .

Координаты мгновенного положения как истинных, так и ложных целей в цифровом виде поступают в устройство вторичной обработки, в котором на их основе определяется местоположение каждой обнаруженной цели в избранной системе координат, в результате чего формируются отметки х , которые могут быть истинными и ложными. Отметка – совокупность кодов дальности, азимута и угла места в определенный дискретный момент времени.

Одна отметка, полученная в каком-либо обзоре, не позволяет принять решение о наличии цели в зоне обзора, так как могла быть ложной, по ней нельзя судить о траектории движения цели.

В устройстве вторичной обработки на основе отметок , полученных в n соседних обзорах, решаются следующие основные задачи:

Обнаружение траекторий целей,

Сопровождение траекторий целей,

Траекторные расчеты в интересах потребителей радиолокационной информации.

Эти задачи включают в себя оценивание параметров траектории, задаваемой обычно векторной функцией, расчет сглаженных (интерполированных) и упрежденных (экстраполированных) координат, а также операцию стробирования отметок целей. Вторичная обработка информации осуществляется автоматически, с помощью ЦВМ.

Рассмотрим один из способов автозахвата траектории цели на примере двухкоординатной РЛС. Пусть с устройства первичной обработки переданы координаты обнаруженной цели и сформирована отметка x 1 , не принадлежащая ни одной из ранее сопровождаемых траекторий. Эту отметку принимают за начальную отметку траектории цели. Поскольку РЛС предназначена для сопровождения объектов определенного класса (например, самолетов), то известны минимальная V min и максимальная V m а x скорости цели. Поэтому можно выделить область S 2 в виде кольца с центром в первой отметке и с радиусами R min =V min T обз и R m а x =V m а x T обз, в пределах которой может находиться цель в следующем обзоре, см.рис.1. Операция формирования области называется стробированием, а сама область - стробом.

Если в строб S 2 во втором обзоре попадает отметка x 2 , то происходит завязка траектории, причем, если таких отметок несколько, то каждую из них рассматривают как возможное продолжение траектории. Если в строб не попадает ни одной отметки, то происходит сброс. Критерий завязки траектории в этом случае "2/2".

По двум отметкам можно определить направление движения и среднюю скорость цели
, затем рассчитать возможное положение отметки в очередном (третьем) обзоре. Определение положения отметки в следующем обзоре называется экстраполяцией.

На этапе автозахвата траектории принимается простейшая гипотеза о прямолинейном и равномерном движении цели. Экстраполированные значения координат вычисляются по формуле:

.

Вокруг экстраполированной отметки образуется круговой строб S 3, размеры которого определяются погрешностями измерения положения отметки цели
и погрешностями расчета положения экстраполированной отметки
:

Факт попадания очередной получаемой отметки в строб проверяется путем сравнения разности координат полученной x i и экстраполированной x э i отметок с размерами полустроба:

.

Если в строб S 3 в третьем обзоре попала одна отметка, она считается принадлежащей обнаруживаемой траектории. Процесс продолжается. Если ни одной отметки не попадает в строб, то траектория продолжается по экстраполированной отметке, но размеры строба увеличиваются.

При обнаружении траектории маневрирующего объекта размеры стробов должны рассчитываться с учетом возможного маневра. Размер строба непосредственно влияет на показатели качества обнаружения траектории. Его увеличение приводит к увеличению числа ложных отметок в стробе, в результате возрастает вероят­ность ложного обнаружения F АЗ. Уменьшение размера строба может привести к непопаданию истинной отметки в строб, при этом сни­жается вероятность правильного обнаружения D АЗ.

При гауссовском распределении погрешностей измерения коор­динат и ошибок экстраполяции для обеспечения заданной вероят­ности попадания отметки в строб его форма должна совпадать с эллипсом ошибок; при обнаружении траектории в пространстве строб - эллипсоид ошибок . Однако формирование таких стробов сопряжено с большими вычислительными затратами, и на прак­тике ограничиваются формированием стробов такой формы, ко­торая удобна для вычислений в принятой системе координат. При этом образуемый строб должен охватывать эллипс (эллипсоид) ошибок.

Траектория считается обнаруженной, если выполняется критерий обнаружения. Структурная схема алгоритма автозахвата траектории представлена на рис.2, жирными стрелками показаны линии связи, по которым передается информация в виде кодов, по остальным линиям связи передаются «нули» и «единицы», соответствующие отсутствию и наличию отметки в стробе в i -м обзоре.

Обнаружение (автозахват) траекторий.
Процесс обнаружения (автозахвата) траектории является по существу процессом проверки гипотезы Н 1 о том, что совокупность полученных в соседних обзорах отметок является траекторией цели, относительно гипотезы Н0, что все эти отметки возникли в результате ложной тревоги.

При автозахвате траекторий используются критерии Неймана-Пирсона, Байеса и Вальда. Алгоритм автозахвата может быть получен методом отношения правдоподобия. Например, при использовании критерия Байеса оптимальная процедура автозахвата сводится к формированию отношения правдоподобия Λ и сравнению его с порогом Λ 0:

где
и
- совместные плотности распре-деления отметок при условии, что справедливы гипотезы Н 1 и Н 0 соответственно.

P 0 и P 1 - априорные вероятности отсутствия и наличия траектории соответ-ственно,

С 01 и С 10 - стоимости ошибок: ложного захвата траектории и пропуска траекто-рии соответственно.

Стоимости правильных решений приняты равными нулю. При этом минимизируется величина среднего риска , где F АЗ и D АЗ - вероятности ложного автозахвата и правильного автозахвата траектории цели соответственно.

Большие выигрыши во времени автозахвата получаются при использовании последовательного анализа (критерия Вальда) , когда отношение правдоподобия формируется по мере поступления каждой i -й отметки и сравнивается с двумя порогами:
и
:
.
При превышении верхнего порога выносится решение d 1 - траектория обнаружена; если  меньше нижнего порога, то выносится решение d 0 - траектория не обнаружена. Если же
,
то принимается решение d п о продолжении испытаний: производится (i+1) -й обзор, и описанная процедура повторяется. При этом решение в среднем принимается менее, чем за n обзоров.
Обозначим через { δ i , i =l, 2, ...} последо­вательность нулей и единиц, соответствующих отсутствию или на­личию отметок в стробах, формируемых в процессе обнаружения траектории:

при наличии отметки в стробе на i -м шаге;

в противном случае.

δ i =

Отношение правдоподобия на k-м обзоре

,

путем логарифмирования упрощается:

.

Тогда алгоритм обнаружения траектории при использовании критерия Вальда

сводится к добавлению к сумме "веса"
, если δ i =1 и вычитанию "веса"
, если δ i = 0 , и сравнению суммы в порогами lnΛ Н и lnΛ В.

При этом выигрыш по сравнению с обнаружителем Неймана-Пирсона составляют во времени обнаружения истинной траектории приблизительно е АЗ =D АЗ, а во времени обнаружения ложной траектории
.

Однако, для упрощения устройств обнаружения траекторий используют неоптимальные алгоритмы, например, k/m. Так, при использовании критерия «4/5» для обнаружения траектории необходимо, чтобы после завязки траектории по критерию «2/2» еще хотя бы 2 отметки в трех последующих обзорах попали в строб (критерий подтверждения траектории "2 из 3"). Обнаруженная траектория передается на сопровождение. Если подтверждения не происходит, траектория сбрасывается.

Эффективность алгоритмов автозахвата характеризуется:

Вероятностью обнаружения истинной траектории D АЗ;

Вероятностью обнаружения ложной траектории F АЗ;

Средним временем автозахвата истинной траектории T СР АЗ;

Средним временем автозахвата ложной траектории Т СР ЛЗ.

Для расчета этих характеристик используется аппарат цепей Маркова.

Применим математический аппарат цепей Маркова к анализу устройства (автомата) захвата, работающего по следующему алгоритму: завязка траектории производится по критерию "2/2", а обнаружение фиксируется, если отметка попадает в строб хотя бы в одном из трех следующих обзоров после завязки траектории (критерий подтверждения "1/3"). Таким образом, критерий обнаружения траектории может быть назван "2+1 из 5", т.е. "3 из 5".

Считаем, что на вход устройства захвата в очередном обзоре поступает "единица", если отметка цели попадает в экстраполированный строб, и "нуль", если отметка не попадает в этот строб.

Возможные комбинации "нулей" и "единиц" в течение m циклов обзора определяют состояния автомата. Составим таблицу состояний автомата захвата для критерия "3 из 5":
№ состояния комбинации "0" и "1" характерные состояния

1 11 -завязка траектории

3 111,1101,11001 -автозахват

5 11000 -сброс траектории
По таблице состояний строится граф, см. рис. 3. В узлах графа указаны состояния автомата. Над ребрами графа указаны вероятности перехода из состояния в состояние, причем принято, что попадание отметки в строб (появление "единицы" на входе автомата) происходит с вероятностью р , а отсутствие ее в стробе (появление "нуля" на входе автомата) - с вероятностью q .

Переход системы из состояния в состояние зависит:

От того, в каком состоянии находится автомат в данный момент,

От текущего входного воздействия ("единица" или "нуль" на входе). Следовательно, состояния автомата образуют простую цепь Маркова.

Вектор начальных состояний (в нашем случае - после второго обзора, чем и определяется индекс) -

показывает, что с вероятностью произошла завязка траектории по критерию "2/2", с вероятностью
завязка траектории отсутствовала, что соответствует сбросу траектории, а остальные состояния автомата к началу третьего обзора невозможны.

Матрица вероятностей переходов легко составляется на основе графа:

,

где номер строки соответствует номеру состояния, из которого переходит автомат, а номер столбца показывает, в которое состояние переходит автомат.

Можно определить векторы состояний автомата в 3,4 и 5 обзорах:

,

И т.д.
Рассчитанные векторы состояний для 3,4 и 5 обзоров имеют вид:

,
,
.
Сумма вероятностей по строке при этом равна единице.

Третий элемент вектора состояний дает значение вероятности автозахвата траектории за соответствующее число циклов обзора:

,

,

.

Поскольку р есть вероятность попадания отметки в строб, то по своему физическому смыслу р соответствует вероятности правильного обнаружения цели в стробе автозахвата D стр, а q = 1- D стр. На рис.4а построена зависимость вероятности автозахвата от номера обзора при разных вероятностях правильного обнаружения в стробе D стр. Видно, что с увеличением номера обзора вероятность автозахвата D АЗ возрастает, причем D АЗ тем больше, чем больше D стр.

Вероятность ложного автозахвата определяется тем же соотношением, с той лишь разницей, что р есть вероятность ложной тревоги в стробе автозахвата F стр, а q = 1- F стр.

Зависимости вероятности ложного автозахвата от номера обзора при разных вероятностях ложной тревоги в стробе приведены на рис.4б.

Вероятности D стр и F стр вычисляются по формулам:

D стр =D ; F стр =MF ,

где D и F - вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги в элементе разрешения при первичной обработке, М - число элементов разрешения в стробе.

D АЗ (n) при D стр =0,8
D АЗ (n) при D стр =0,9

F АЗ (n) при F стр =

F АЗ (n) при F стр =

рис.4,а рис.4,б

Рассмотренный выше метод определения характеристик качества работы устройства автозахвата с использованием математического аппарата цепей Маркова является строгим аналитическим методом. Однако, недостатком этого метода является громоздкость вычислений при использовании более сложных критериев. Так, например, увеличение n приводит к повышению порядка матриц, и операции с ними становятся затруднительными . В этом случае для возведения матриц в степень и выполнения других операций необходимо использовать ЭВМ. Поэтому ниже предлагается упрощенная методика вычисления характеристик качества автозахвата, позволяющая с помощью графических построений рассмотреть процесс автозахвата на плоскости случайных блужданий.

Процесс автозахвата будем рассматривать в тех же предположениях, т.е. за начало автозахвата принимается наличие двух единиц подряд. Появление нулей и единиц на следующих шагах (циклах обзора) должно привести либо к пересечению верхнего порога "автозахват", либо нижнего порога "сброс". Между моментами появления комбинации "11" и пересечением верхнего или нижнего порога процесс переходит на каждом шаге в то или иное состояние. Поскольку появление на входе устройства нулей и единиц носит случайный характер, процесс перехода устройства из одного состояния в другое эквивалентен случайным "блужданиям". При этом плоскость, на которой происходят блуждания, принято называть "плоскостью случайных блужданий".

Траекторию блуждания процесса на плоскости можно рассматривать как движение (блуждание) некоторой точки, которую обычно называют "изображающей" точкой. Таким образом, весь процесс автозахвата можно представить графически. При этом расчет характеристик качества работы устройства автозахвата значительно упрощается и составления матриц в этом случае не требуется.

На рис.5 изображен график случайных блужданий для критерия "3 из 6". По оси ординат отложены номера шагов (циклов обзора), а по оси абсцисс - число нулей в имеющейся комбинации.

Движение изображающей точки начинается с момента появления двух единиц подряд, вероятность этого состояния р 2 . Стрелками указываются возможные направления перемещения изображающей точки, т.е. переходы из одного состояния в другое. Переходы в направлении вверх по вертикали происходят с вероятностью р , а по диагонали вправо и вверх - с вероятностью q. В предположении, что отдельные состояния независимы, вычисляются вероятности нахождения точки в каждом из состояний. Случайные блуждания этой точки происходят дискретно внутри области "неопределенность" до тех пор, пока точка не окажется либо на верхней пунктирной линии (состояние "автозахват"), либо на нижней (состояние "сброс"), после чего движение изображающей точки прекращается. Видно, что автозахват может произойти на третьем, на четвертом, на пятом и на шестом шаге, при этом оказываются вычисленными вероятности автозахвата на 3-м шаге (цикле обзора)
, на 4-м шаге
, на 5-м шаге
и на 6-м шаге
.

Вычисленные вероятности автозахвата на конкретном шаге позволяют определить, путем суммирования, вероятности автозахвата за конечное число шагов. Нетрудно убедиться, что при использовании критерия "3 из 6" вероятность автозахвата за 3 шага (цикла обзора) ; за четыре шага
, за пять шагов и, наконец, за шесть шагов.

Для расчета вероятности правильного автозахвата Dаз как функции числа шагов по-прежнему считаем p = D стр, q =1 - D стр, а для расчета вероятности ложного автозахвата F АЗ принимаем p = F стр, q =1 - F стр (используя те же соотношения).

Для расчета среднего времени автозахвата воспользуемся известной формулой математического ожидания:

,

где вероятности P l (на конкретном l -м шаге) должны удовлетворять условию нормировки:

,

т.е. соответствовать полной группе событий.

Легко убедиться в том, что события "автозахват произведен на l -м цикле обзора" при l от k до m для любого критерия вида "k из m" не образуют полной группы. Поэтому для вычисления Т необходимо произвести нормировку. Для критерия автозахвата "k из m" нормировка осуществляется следующим образом:

Тогда для критерия "3 из 6" среднее время автозахвата вычисляется по формуле:

,
где
.

Для расчета среднего времени правильного автозахвата T СР АЗ подставляем p = D стр,

q =1 - D СТР, а при расчете среднего времени ложного автозахвата T СР ЛЗ:

p = F стр, q =1 - F стр.

Результаты расчета вероятностей правильного и ложного обнаружения траектории, а также среднего времени автозахвата по предлагаемой методике с использованием "плоскости случайных блужданий" полностью совпадают с расчетом, основанным на применении аппарата дискретных цепей Маркова.

Сопровождение траекторий .
Сопровождение траекторий состоит в непрерывной привязке вновь получаемых в очередном обзоре отметок к соответствующим траекториям, сглаживании координат и оценивании параметров траектории движения цели. Структурная схема алгоритма сопровождения траектории представлена на рис.8.

Пусть в результате сопровождения селектированы отметки . На основе этих отметок, полученных с ошибками, необходимо вырабатывать непрерывные данные о траектории (сглаживание или интерполяция), а также определить параметры траектории с возможно меньшей ошибкой.

Обычно траектория цели задается полиномом -й степени (сглаживающая функция) для каждой из координат (дальности, азимута и угла места). Например, для координаты дальности:

,
степень которого зависит от маневренности цели. Коэффициенты полинома
, имеющие смысл дальности r 0 , скорости V r , ускорения a r и т.д. подлежат оценке.
Оценка параметров траектории может быть произведена методом максимума функции правдоподобия, при этом роль помехи играют ошибки измерения координат, распределенные нормально с нулевым средним значением.

Функция правдоподобия отселектированных отметок
опре-деляется n -мерной гауссовской плотностью вероятностей
.

Логарифмируя
и определяя частную производную по каждой из оцениваемой величин
, составляется система уравнений правдоподобия:

Радиолокационные средства (станции, комплексы, системы) обнаружения воздушных и надводных целей на надводных кораблях являются одним из элементов системы освещения воздушной и надводной обстановки, решающей задачи информационной поддержки командных комплексов управления и боевых контуров. Назначением обзорных радиолокационных средств в этой системе является добывание информации обо всех целях в контролируемой области пространства и преобразование её к виду, необходимому потребителям для её непосредственного использования.

В общем случае в состав радиолокационной информации, выдаваемой потребителям обзорными средствами, входят:

Текущие координаты целей (т.е. координаты, экстраполированные на момент выдачи потребителям);

Параметры движения целей (курс, скорость, высота полёта, курсовой параметр и др.);

Некоторые признаки целей (государственная принадлежность, воздушная-надводная, одиночная-групповая и др.).

Задачи обнаружения, дискретного измерения координат, вычисления текущих координат и параметров движения целей, а также ввода их признаков решаются устройствами обработки радиолокационной информации, которые могут являться оконечными устройствами радиолокационных средств или входить в состав общекорабельных систем обработки радиолокационной информации.

Процесс преобразования отражённых от целей сигналов в присутствии шумов и помех с целью извлечения переносимой ими информации о целях принято называть обработкой радиолокационной информации.

Под первичной обработкой радиолокационной информации понимается процесс анализа полезных, т.е. отражённых от целей, сигналов и помех, принимаемых за время одного обзора, при котором выполняются следующие операции:

Селекция (выделение) полезных сигналов из помех;

Принятие решения об обнаружении пачки отражённых сигналов по определённому критерию;

Измерение координат обнаруженной цели;

Оценка параметров сигналов, несущих информацию о характере цели и её первичная классификация;

Кодирование измеренных координат цели и параметров отражённых сигналов с целью подготовки к последующей обработке.

Под вторичной обработкой радиолокационной информации понимается процесс сопоставления и обобщения информации, полученной за несколько обзоров пространства, содержанием которого является:

Отождествление пачек (отметок), полученных в текущем обзоре, с пачками (отметками) в предыдущих обзорах, что позволяет отсеять ложные отметки и выявить вновь появившиеся цели;

Объединение информации от одной цели в траекторию для определения параметров движения цели; прогнозирование её будущего положения;

Окончательная нумерация целей и их вторичная классификация.

В результате вторичной обработки снижается мешающее воздействие помех, создаётся возможность определять координаты цели при временном отсутствии отражённых от неё сигналов, исключать отметки от ложных целей или снижать вероятность их появления.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Обобщенная структурная схема устройств обработки радиолокационной информации.

Устройства обработки информации находят применение как в системе освещения воздушной обстановки в интересах информационной поддержки противовоздушной обороны корабля, так и в системе освещения надводной обстановки в интересах обеспечения навигационной безопасности плавания, предупреждения столкновений и тактического маневрирования корабля. Поскольку первая задача характеризуется более высокой степенью сложности и требует значительно большего состава оборудования, обобщённую структурную схему рассмотрим применительно к обработке информации РЛС обнаружения воздушных целей.

РЛО В

Под устройствами обработки информации понимается совокупность технических средств, решающих следующие основные задачи:

1. отображение воздушной обстановки на экранах индикаторных устройств для визуального обнаружения и классификации целей;

2. опознавание обнаруженных целей;

3. ручное измерение и ввод в устройство вторичной обработки (УВО) координат, а также некоторых признаков обнаруженных целей (,своя’’,чужая’’,неопознанная’’,воздушная’’,надводная’’,одиночная’’,групповая’’, и др.);

4. автоматическое обнаружение и измерение координат обнаруженных целей в устройство первичной обработки (УПО); автоматический ввод координат обнаруженных и сопровождаемых целей в УВО;

5. вычисление текущих координат и параметров движения сопровождаемых целей в УВО;

6. контроль качества сопровождения целей и корректирование траекторий, вычисленных в УВО;

7. отображение результатов вторичной обработки информации на индикаторных устройствах и знаковых табло;

8. выдача обработанной информации в управляющие системы корабля;

9. выдача целеуказания зенитным огневым средствам.

Индикатор начального ввода (ИНВ) предназначен для отображения и анализа воздушной и надводной обстановки; визуального обнаружения целей; отбора отметок целей, подлежащих сопровождению в УВО; ручного ввода координат этих целей в УВО. ИНВ является по существу пультом управления работой устройств обработки и устанавливается на командных пунктах корабля. Количество ИНВ определяется принятой на корабле организацией анализа и боевого использования информации РЛС ОВНЦ. При наличии нескольких ИНВ один из них назначается основным (главным).

Устройство первичной обработки (УПО) информации предназначено для автоматического обнаружения отметок (пачек) целей, измерения их координат и выдачи в УВО.

Устройство вторичной обработки (УВО) информации предназначено для построения (сопровождения) траекторий целей по совокупности дискретных измерений координат, выполняемых операторами индикаторных устройств или УПО, вычисления и непрерывного уточнения параметров движения и текущих координат сопровождаемых целей.

Индикатор СОПРОВОЖДЕНИЯ (ИС) предназначен для ручного измерения и ввода координат сопровождаемых целей, а также для контроля качества сопровождения. Для решения этой задачи на экране высвечиваются отметки сопровождаемых целей, а также метки (символы), отражающие вычисленные УВО их текущие координаты. Нормальное качество сопровождения траектории характеризуется близким и устойчивым положением метки относительно отметки цели. Каждый ИС обеспечивает возможность контроля качества сопровождения нескольких (до четырёх) траекторий. Количество ИС определяется необходимой пропускной способностью, т.е. Максимальным числом одновременно сопровождаемых траекторий.

Знаковое табло (ЗТ) предназначены для отображения информации о сопровождаемых траекториях, формируемой в результате вторичной обработки и выдаваемой потребителям. По каждой сопровождаемой траектории на ЗТ отображаются её номер, текущие координаты, параметры движения и некоторые признаки. Знаковые табло устанавливаются у ИНВ и используются для анализа воздушной обстановки и для оценки качества сопровождения.

Индикаторы целеуказания (ИЦУ) обеспечивают отображение радиолокационной обстановки и некоторых результатов вторичной обработки информации для анализа и оценки в интересах целераспределения огневых средств и выдачи им целеуказания. Количество ИЦУ определяется числом командных пунктов корабля, обладающих правом выдачи целеуказания.

С помощью приборов сопряжения (ПС) потребителям выдаётся:

1. Первичная радиолокационная обстановка (РЛОп), отображаемая на ИНВ. Она выдаётся путём трансляции потребителям импульсов запуска развёрток дальности, напряжений, синхронизирующих вращение развёрток со скоростью вращения диаграммы направленности антенны, и видеонапряжения отражённых от целей сигналов и помех. При этом на индикаторных устройствах сопрягаемых систем воспроизводится полностью «картинка», отображаемая на ИНВ.

2. Вторичная радиолокационная обстановка (РЛОв), под которой понимается информация лишь о тех целях, которые сопровождаются в УВО. С высоким темпом, значительно превышающим темп обзора пространства, по каждой из сопровождаемых целей выдаются в двоичном коде номер цели, текущие координаты, параметры движения и некоторые признаки.

3. Синхронное (силовое) целеуказание в аналоговом (СЦУа) или цифровом (СЦУц) виде, представляющее собой текущие координаты и параметры движения целей, подлежащих обстрелу.

Целеуказание - это команда на открытие огня, которая выдаётся управляющим огнём путём одновременного нажатия клавиш номера цели и номера огневого средства, которому надлежит открыть огонь по этой цели. При этом текущие координаты назначенной для обстрела цели поступают в радиолокационные средства управления оружием на привода наведения по дальности, пеленгу и углу места. Поэтому такое целеуказание называется не только синхронным, но и силовым.

Ошибки вычисления текущих координат и параметров движения цели, выдаваемых в качестве целеуказания системе управления оружием, являются функцией числа отметок от данной цели, подвергнутых вторичной обработке, т. е. функцией числа обзоров РЛС. По мере увеличения числа отметок, поступивших в процессе периодического кругового обзора пространства, уточняются параметры траектории, а следовательно, уменьшаются ошибки вычисления текущих координат цели. При длительном сопровождении неманеврирующей цели точность целеуказания может быть достаточно высокой. Однако, для выработки точного целеуказания требуется определённое работное время вторичной обработки информации.

4. Электронное целеуказание (ЭЦУ) представляет собой выдачу в сопрягаемую систему управления оружием координат конца визира, совмещённого управляющим огнём (оператором ИЦУ) с отметкой цели, подлежащей обстрелу. Такое целеуказание может быть выдано однократно, в том числе по первой же обнаруженной отметке цели, или повторно на следующих обзорах.

Так как в этом случае потребителю выдаются результаты дискретных измерений координат цели, то такое целеуказание называют дискретным. Этот вид целеуказания характеризуется большими ошибками запаздывания координат, а следовательно, низкой точностью, но малым работным временем. Учитывая ограниченную точность координат цели, выдаваемых для её обстрела, такой вид целеуказания является резервным и часто называется целепоказом.

Если синхронное целеуказание обеспечивает наведение РЛС управления оружием на цель с точностью, достаточной для появления её отметки на секторных индикаторах системы управления, то при выдаче электронного целеуказания предполагается необходимость дополнительного допоиска цели, требующего дополнительного времени.

По линии обратного контроля из систем управления оружием поступают доклады (сигналы): «готов к приёму целеуказания», «целеуказание принимается» и «цель сопровождается», которые отображаются на ИЦУ.

Введение

Основной задачей радиолокации является сбор и обработка информации относительно зондируемых объектов. В многопозиционных наземных РЛС, как известно, вся обработка радиолокационной информации подразделяется на три этапа.

Первичная обработка заключается в обнаружении сигнала цели и измерении ее координат с соответствующими качеством или погрешностями.

Вторичная обработка предусматривает определение параметров траектории каждой цели по сигналам одной или ряда позиций МПРЛС, включая операции отождествления отметок целей.

При третичной обработке объединяются параметры траекторий целей, полученных различными приемными устройствами МПРЛС с отождествлением траекторий.

Поэтому рассмотрение сущности всех видов обработки радиолокационной информации является весьма актуальным.

Для достижения поставленных целей рассмотрим следующие вопросы:

1. Первичная обработка радиолокационной информации.

2. Вторичная обработка радиолокационной информации.

3. Третичная обработка радиолокационной информации.

Данный учебный материал можно найти в следующих источниках:

1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник для вузов. – М.:

Радиотехника, 2004.

2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные

устройства. – М.: Советское радио, 1975.

1. Первичная обработка радиолокационной информации

Для автоматизации процессов управления авиацией необходимо иметь

исчерпывающую и непрерывно обновляющуюся информацию о координатах и характеристиках воздушных целей. Эту информацию в автоматизированных системах управления (АСУ) получают с помощью средств, входящих в подсистему сбора и обработки радиолокационной информации (РЛИ), а именно: постов и центров обработки РЛИ, авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения. Основными средствами получения сведений о воздушных целях являются РЛС. Процесс получения сведений об объектах, находящихся в зоне видимости РЛС, называется обработкой РЛИ.

Такая обработка позволяет получать данные о координатах цели, параметрах ее траектории, времени локации и др. Совокупность сведений о цели условно называют отметкой . В состав отметок, кроме указанных выше данных, могут входить сведения о номере цели, ее государственной принадлежности, количестве, типе, важности и др.

Сигналы, которые несут необходимую для оператора информацию, называют полезными, но на них, как правило, обязательно накладываются помехи, искажающие информацию. В связи с этим в процессе обработки возникают задачи выделения полезных сигналов и получения необходимых сведений в условиях помех.

Обработка информации основывается на существовании различий между полезным сигналом и помехой. Весь процесс обработки РЛИ можно разделить на три основных этапа: первичную, вторичную и третичную обработку.

На этапе первичной обработки РЛИ цель обнаруживают и определяют ее координаты. Первичная обработка осуществляется по одной, но чаще по нескольким смежным разверткам дальности. Этого хватает для обнаружения цели и определения ее координат. Таким образом, первичной обработкой РЛИ называется обработка информации за один период обзора РЛС. В состав первичной обработки РЛИ включают:

Обнаружение полезного сигнала в шумах;

Определение координат цели;

Кодирование координат цели;

Присвоение номеров целям.

До недавнего времени эту задачу решал оператор РЛС. Но в настоящее время в реальных условиях слежения по индикаторам за многими целями, движущимися с большими скоростями, человек – оператор не в состоянии оценивать многообразие воздушной обстановки, пользуясь только визуальным способом. В связи с этим возникла проблема передачи части или всех функций человека – оператора при обработке РЛИ вычислительным средствам, которые были созданы на объектах АСУ авиацией.

Первичная обработка РЛИ начинается с обнаружения полезного сигнала вшумах. Этот процесс складывается из нескольких этапов:

Обнаружение одиночного сигнала;

Обнаружение пакета сигналов;

Формирование полного пакета сигналов;

Определение дальности до цели и ее азимута.

Все эти этапы реализуются с использованием оптимальных алгоритмов, основанных на критериях минимума ошибок принятия решения и результатов измерения.

Таким образом, операции, производимые при первичной обработке, может производить РЛС самостоятельно.

Назначение РЛС и САРП

РЛС предназначена для обнаружения радиолок объектов, находящихся в пределах дальности обнаружения. Используется в: усл огр видимости, прибрежного плавания, сложных навиг усл.

Принцип действия РЛС

РЛС состоит из 2 частей: сканер (антеннавращающее устр-во, приемо-передатчик) и индикаторное e-во, *прибор контроля излучения.

Структурно-функциональная схема РЛС

Особенности процессов излучения, распространения, отражения и приема радиоволн.

Отражающие свойства объекта зависят от формы, ракурса, материала и тд.

Принцип измерения дальности и направления в НРЛС

Дальности: неподвижные кольца, подвижное кольцо, электронный визир, курсор.

Направления: механический и электронный визир отсчета направлений, отсчет угла (КУ, ИП)

Ориентации изображения в РЛС и САРП Индикации движения «ОД» (относительное движение) и «ИД» (истинное движение); особенности формирования и использования; коррекция данных курса и скорости, вводимых при ИД в индикатор от ГК и ЛАГа.

ОД – все движение относительно моего судна (судно в центре экрана)

ИД – идем по радару как по карте.

Ориентация: курс head-up – влияние рысканий, север north-up – согласование с ГК, курс стабилизированный course-up.

Основные технические характеристики НРЛС (Импульсная мощность, Длина волны излучения, Длительность излучаемых импульсов, Период следования излучаемых импульсов, Ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) в горизонтальной и вертикальной плоскостях, Чувствительность РЛС, Диаметр и рабочий диаметр экрана, Диаметр рисующего пятна.

Импульсная мощность – мощность, которая излучается в эфир. В совр РЛС она составляет от ед до сотен кВт. Определяется типом магнетрона, длиной волнового тракта, типом антенного у-ва.

Длина волны излучения – трехсантиметровый (9ГГц) x-band, десятисантиметровый (3ГГц) s-band.

Период следования – период, через который передатчик излучает энергию в пространство, зависит от шкалы дальности.

Ширина диаграммы направленности – горизонтальная ок 30град, вертикальная 1,5град.

Чувствительность – способность обнаруживать малые сигналы (10 в -13 В).

Диаметр и диаметр рабочего экрана – 180, 250, 320мм

Диаметр рисующего пятна – 0,1мм

Основные эксплуатационные характеристики НРЛС (Погрешности измерения координат, Минимальная дальность действия, Минимальная дальность обнаружения, Мертвая зона, Теневые секторы в горизонтальной и вертикальной плоскости, Максимальная дальность действия, Максимальная дальности обнаружения объектов, Влияние загиба земли, Влияние подстилающей поверхности, Разрешающая способность станции по дальности, Разрешающая способность по направлению.

Погрешности измерения зависят от шкалы дальности, настройки РЛС, длителности зонд импульса, составляет 1%

Минимальная дальность: а) действия – миним расстояние, с которого на вход начинают действовать отраженные сигналы, это определяется длит зонд импульса (1мкс = 150м => ничего не видно на 150 м); б) обнаружения – хар-ка, учитывающая длит зонд импульса плюс время восстановления чувствительности.

Мертвая зона – зона, которая определяется высотой установки антенны и шириной диаграммы направленности.

Максимальная дальность: а) действия – дальность, ограниченная периодом повторения импульса, который зависит от мощности и коэфф усиления антенны; б) обнаружения – зависит от высоты установки антенны, вида рефракции, хар-к облучаемого объекта, длины ант-волн тракта и настройки РЛС, является вероятностной хар-кой.

Влияние загиба земли – D = к*(корень(h1)+корень(h2))

Влияние подстилающей поверхности – подстилающая поверхность изменяет коэфф усиления от 0 до 16 раз. На экране РЛС это приводит к синусоидальному изменению яркости сигнала в зависимости от изменения расстояния.

Разрешающая способность станции: а) по дальности – это миним расстояние между 2 точками, при кот возм наблюдать цели раздельно. Зависит от длит импульса и кач настройки станции. Составляет 15-20м; б) по направлению – расстояние между 2 равноудаленными целями, при кот они наблюдаются раздельно. Зависит от ширины диагр напр.

Требования IMO к НРЛС. (Отображение информации, Набор шкал дальности индикатора, Индикация шкал дальности, Вид информации, высвечиваемой на эффективной площади радиолокационного изображения, Многоцветность изображения на экране, Изображение системной электронной карты).

Дальность обнаружения: берег 15М, 5000т 7М, 10м 3М, буй 2М. Миним дальность обнаружения 50м. Индикатор 180, 250, 320мм. Многоцветность допускается, но базовое изобр д.б одного цвета с тонами. Шкалы: 0.25nm, 0.5nm, 0.75nm, 1.5nm, 3.0nm, 6.0nm, 12.0nm, 24nm, 48nm и 96nm. Качка 10-15град не должна приводить к ухудшению изобр. Скорость обращения антенны 20раз/мин. Режим ИД и ОД. Изображение ЭКНИС с 2012, содержание: бер линию, контур безоп глубин для собственного судна, навиг опасности.

Помехи радиолокационному наблюдению, их особенности и опознавание. (Шумы приемника и атмосферы, Помехи соседних РЛС («несинхронные помехи»), Отметки на ложной дальности; режим вобуляции, Помехи из-за многократного переотражения и боковых лепестков; «местники», Помехи от взволнованной поверхности моря; временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ), Помехи от гидрометеообразований; цепочка малой постоянной времени (МПВ). Оптимальные приемы настройки и использования ВАРУ и МПВ.)

Помехи от моря: их в-на уменьшается по мере удаления от судна, на экране засветка 3-4М вокруг, на дальности 1-2М почти одна засветка. Для борьбы с помехой исп-ся ВАРУ (!3 нрафика). Ручка д б настроена так, чтоб на экране были следы от помех, яркость которых меньше потенциальной яркости.

Помехи от гидрометео образований: бывают от любых ГМ образований, борются ручками МПВ (малое подвижное время) – компенсация помех. Либо используется 10см диапазон.

Шумы приемника и атмосферы: на экране хаотичные всплески, интенсивность зависит от уровня усиления, выбор на 2-3 всплеска на 1кв.см ручкой grain.

Помехи от соседней РЛС: крылышко.

Синхронная помеха: спираль.

Синхронная импульсная: сектор в направлении источника.

Ложные цели: а) переотражение (рис переотражение от трубы), б) переотражение от препятствий (длительное наблюдение), в) засчет многократного переотражения (цепочки целей), г) засчет боковых лепестков (дуга из точек), д) засчет токонесущих кабелей, е) засчет сверхрефракции, ж) преднамеренно вводимые помехи.

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП). (Захват целей на автосопровождение, Варианты захвата ручной и автоматический, Критерии захвата.)

САРП используется как: - ср-во, повышающее безоп мореплавания в р-нах интенсивного судоходства, вблизи берегов, в зонах раздел движения, узкостях, фарватерах, - навигационный датчик, необх судоводителю для правильной оценки ситуации и принятия обоснованного решения для расхождения.

Последовательность действий: получение инф, обнаружение объекта, измерение координат, опред пар-ров движения цели, опред пар-ров встречи, оценка ситуации встречи, планирование маневра, выполнение маневра и его контроль.

Захват: ручной и автоматический (для проверки наличия применяется критерий захвата – кол-во непрерывных последовательных обнаружений цели при последовательных обзорах – 3х3, 5х5, 15х15).

САРП. Первичная обработка радиолокационных сигналов (квантование, фильтрация, обнаружение полезных сигналов, обнаружение и опознавание (классификация) объектов, измерение координат объектов; особенности выполнения, используемые критерии захвата).

1) преобразование сигнала в цифровую форму (квантование, дискретизация, кодирование), 2) внутриимпульсная фильтрация, межобзорная фильтрация, 3) обнаружение полезного сигнала, 4) захват цели на сопровождение, 5) сопровождение цели.

САРП. Вторичная обработка радиолокационной информации: Формуляр

1) сглаживание координат, 2) выработка пар-ров движения и сближения, 3) оценка ситуации встречи, 4) планирование и проигрывание маневра.

При выработке формуляра задержки: 1мин – время обработки предв инф, 3мин – время выработки максим точности. Точность: пеленг 0,5 и 1,5град, курс цели 3град, скорость 1уз, Дкр 1/4М, Ткр 1мин.