Система первичной или пространственно-временной обработки сигналов (СПВО), подключенная к выходам каналов предварительной обработки сигналов, решает задачи максимизации ОСП, порогового обнаружения полезных сигналов и определения угловых координат их источников с последующей выдачей информации в систему вторичной обработки. Процессоры СПВО выполняют две основные функции:

- пространственную фильтрацию сигналов (формирование ХН антенной решетки);

- временную обработку сигналов (спектральный анализ и оценивание).

По результатам первичной обработки устанавливается факт наличия полезного сигнала в поступающей на вход ГАС смеси сигнала и помехи, т.е. осуществляется обнаружение цели.

Сопровождение обнаруженных целей по углу с точным измерением текущего пеленга и ВИП в интересах целеуказания оружию осуществляется системой АСЦ.

Система вторичной обработки оперирует уже не с сигналами, принятыми антенной ГАС, а с формализованной информацией о фактах обнаружения сигналов, превысивших порог, а также о параметрах сигналов. К числу основных задач, решаемых аппаратурой вторичной обработки информации, относятся: классификация целей, определение их координат и параметров движения, формирование трасс движения целей и их анализ. В системах вторичной обработки накапливается информация от всех подсистем ГАК, в связи с чем возникает задача комплексной обработки данных. Аппаратура вторичной обработки должна подготовить данные для индикации их на дисплеях системы отображения, регистрации, документирования и управления (СОРДиУ).

К категории наиболее сложных задач вторичной обработки информации в ГАК относится задача классификации целей – одна из проблем, информация о которых (методы, алгоритмы, средства решения), считается наиболее конфиденциальной. Классификация представляет собой одну из наиболее сложных и длительных процедур, требующих значительных усилий от оператора-гидроакустика и мощной вычислительной поддержки.

При классификации в режиме ШП процедура начинается при малых отношениях сигнал/помеха и продолжается в течение всех последующих этапов наблюдения за обстановкой. По мере сближения с целью и увеличения ОСП появляется возможность отнести обнаруженную цель к одному из следующих классов: торговое судно, военный корабль, ПЛ, торпеда, сформированная средствами ГПД ложная цель; шумы портов, гаваней, плавучих платформ; морские животные.

Различают субъективную классификацию, осуществляемую оператором-гидроакустиком при больших отношениях сигнал/помеха, и объективную автоматизированную классификацию с помощью средств ЦВТ. В современных ГАК несмотря на оснащение их мощными ЦВК с развитым алгоритмическим и программным обеспечением до сего времени сохранился тракт прослушивания. С его помощью опытный оператор-гидроакустик после обнаружения сигнала может дать ответ на следующие вопросы:

-большой корабль или малый;

-есть кавитация или нет;

-шум дизеля или иного механизма;

-число оборотов винтов и число лопастей винта;

-имеет ли место перекладка рулей;

-наблюдается ли пуск оружия;

-не обусловлен ли наблюдаемый сигнал использованием средств ГПД;

-не имеет ли обнаруженный сигнал биологическую или сейсмическую природу;

-как ведет себя цель;

-насколько велик уровень сигнала и в скольких ХН он наблюдается.

Кроме того, на основании наблюдаемого значения ВИП (величина изменения пеленга) оператор может определить дополнительно:

-близко либо далеко находится цель;

-закономерно ли себя ведет пеленг на цель;

может ли цель идти так быстро или так медленно.

Структурная схема режима ШП типовой ГАС цифрового типа представлена на рисунке 2.

Рис 2. Структура режима ШП типовой ГАС цифрового типа

Тракт АСЦ (тракт автоматического сопровождения цели) содержит:

- блок формирования двух диаграмм направленности по половинам апертурного окна;

- Дискриминатор угла, вырабатывающий оценку рассогласования между углом наведения тракта АСЦ и углом прихода сигнала;

- Сглаживающий фильтр с поправками на крен и дифферент;

- блок формирования суммарного канала в частотной области.

Информация с выхода тракта АСЦ поступает в тракт прослушивания и в систему классификации.

В тракте одновременного секторного обзора для обнаружения широкополосных сигналов (ОСО – ШП) выполняется:

- формирование веера каналов наблюдения (пространственных каналов – ПК);

- квадратичное детектирование;

- формирование частотных диапазонов;

- накопления по времени;

- предындикаторная обработка.

Информация с одного из выходов системы формирования веера каналов наблюдения тракта ОСО-ШП также может поступать в тракт прослушивания.

Таким образом, оператор может выбирать, какой сигнал слушать: тракта АСЦ или тракта ОСО-ШП.

Общая структура обработки сигнала в тракте прослушивания представлена на рисунке 3

Рис. 3 Общая структура обработки сигнала в тракте прослушивания

-Аналого-цифровой преобразователь

-Быстрое преобразование Фурье

-Формирование Характеристик направленности

-Сдвиг полосы частот

-Обратное быстрое преобразование Фурье

-Стыковка реализаций

-Цифро-аналоговое преобразование

В реальном тракте структура дополняется блоками : предварительный усилитель , диапазонный фильтр и другие.

2 Формирование канала наблюдения в частотной области

Задачей формирования канала наблюдения является сбор энергии по большой апертуре, с компенсацией задержки, возникшей на элементах АР при прохождении сигнала в среде. Это формирование можно делать и во временной области, но для получения хороших характеристик такого формирования частота дискретизации входных выборок должна быть очень большой (fd>>fв). Поэтому чаще процедуру формирования пространственного канала выполняют в частотной области, где частота дискретизации fd может быть лишь в 2.5-3 раза выше верхней частоты полосы обработки.

Основана эта процедура на следующем свойстве преобразования Фурье.

Пусть сигнал  имеет непрерывный спектр , тогда задержанный сигнал на время t сигнал S1(t)=имеет спектр , который на каждой частоте f отличается от спектра исходного сигнала лишь фазой, которая пропорциональна задержке t и частоте f:

.

Таким образом, для компенсации временных задержек сигналов на элементах АР достаточно вычислить спектры сигналов и умножить их на каждой частоте на . Тогда для формирования ПК остается сложить их:

,

получив М-кратную копию спектра исходного сигнала.

Расчет задержек  прихода фронта волны сигнала, приходящего с направления, определяемого углами (j,q) в сферической системе координат, на элементы АР возникающих проводим по формуле :

Рис. 4 Координаты элементов АР

Где  – направляющая косинуса нормали к фронту волны.

Зависит от плоского фронта сигнала и координат приемных элементов АР.

По исходным данным мы строим плотный веер ХН для сигнала приходящего с известного нам направления.

Реализация алгоритма обнаружения широкополосного сигнала предполагает фазирование АР в широкой полосе частот. На практике ширина полосы обработки иногда составляет 2-3 октавы и более. Направление фазирования осей ХН принадлежат секторы обзора (α–r, αr) , в котором формируется 2R+1 пространственных канала с шагом по углу

Рис.5 Веер ХН на линейной АР

Алгоритм фазирования АР на направлении ,, и алгоритм формирования ХН имеет вид :

В пространственно - частотной области:

где выходные величины вычисляются на всех частотах из полосы обработки  .

Далее мы будем работать с одним направлением в секторе обзора, с которого у оператора может возникнуть желание прослушать сигнал.

3 Факторы влияющие на восстановление сигнала

3.1 Перекрытие входных выборок в тракте прослушивания

Процедура формирования в частотной области, описанная в предыдущем разделе, реализуется в режиме ШП с использованием алгоритма БПФ следующим образом. Поскольку режим ШП предназначен для обнаружения широкополосных непрерывных сигналов с неизвестным временем появления, то заранее указать временной интервал, в течение которого сигнал будет существовать, не представляется возможным. Поэтому вся входная информация – пространственно-временные выборки поля – нарезается на фрагменты фиксированной длительности и на этих фрагментах выполняются все процедуры первичной обработки (переход в частотную область, формирование ПК, диапазонная фильтрация и т.п.). Переход в частотную область выполняется с использованием процедуры БПФ, которая вычисляет дискретный спектр выборки конечной длины, циклически размноженной до бесконечности. Внесение задержек в частотной области эквивалентно сдвигу временной реализации, которая в случае использования БПФ означает циклический сдвиг реализаций.

Таким образом, при реализации ФХН в частотной области происходит циклический сдвиг реализаций на отдельных приемных элементах друг относительно друга. В результате после сдвига реализации на время τm и перевода сигнала во временную область в начале задержанного фрагмента появятся отсчеты из его конца или, наоборот, отсчеты из начала реализации окажутся в конце ее (в зависимости от знака вносимой задержки). Таким образом, как внутри задержанной реализации, так и на стыках соседних по времени фрагментов возникает разрыв фазы (восстановленного) сигнала. Поэтому в суммарном сигнале (на выходе процедуры ФХН) часть отчетов на краях реализации оказывается некорректной. Число этих отчетов напрямую зависит от максимальной временной задержки, вносимой при формировании ПК. Иллюстрация этого эффекта приведена на рис.6, где изображены реализации тонального сигнала (красная кривая), его задержанная во временной области на величину τ копия (черная линия) и она же, после внесения задержки τ в частотной области и перехода к временному представлению (зеленый пунктир).

Рис. 6 Иллюстрация эффекта, возникающего при восстановлении сигнала после ФХН в частотной области

Видно, что восстановленная реализация на краю не соответствует исходной. Величина τ в этом случае положительная, но при формировании ПК в частотной области происходит сдвиг реализаций как на положительные, так и отрицательные τ.

На рисунках 7а и 7б приведены: исходный сигнал во временной области и его спектр, на рисунках 8а и 8б: сигнал, полученный в результате стыковки фрагментов восстановленного сигнала после внесения задержек в частотной области, а также его спектр. Как видно из графиков, при внесении задержки на краях реализаций появляются нестыковки, что приводит к искажению спектра сигнала.

Страницы: 1, 2, 3, 4