Когерентное накопление сигнала (стр. 1 из 3)
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДРАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Когерентное накопление сигнала»
МИНСК, 2008
Сущность и принципы когерентного накопления сигнала
Последовательность принятых одиночных полезных сигналов после внутрипериодной обработки и когерентной компенсации мешающих отражений сохраняет междупериодную корреляцию и гребенчатую структуру энергетического спектра. Эти свойства сигнала определяют возможность его выделения на фоне шумов и некоррелированных (обеленных) мешающих отражений, у которых отсутствует междупериодная корреляция, а энергетический спектр является равномерным. Очевидно, что при таких различиях корреляционных и спектральных характеристик сигнала и шума, оптимальной процедурой обработки сигнала с целью его выделения на фоне шума является когерентное накопление (сложение, интегрирование) сигнала на всем интервале наблюдения (времен ной язык) или согласованная фильтрация сигнала (спектральный язык), При когерентном накоплении сигнала выполняются следующие операции:
- коррекция доплеровского набега фазы сигнала за период повторения
,- совмещение во времени одиночных сигналов,
- синфазное (когерентное) сложение Nсигналов на всем интервале наблюдения.
Векторная интерпретация механизма когерентного накопления сигнала показана на рис. 1. Алгоритм когерентного накопления сигнала с заключительной операцией детектирования записывается выражением
,где
- смесь сигнала и шума.Согласованная фильтрация сигнала означает;
- во-первых, формирование гребенчатой АЧХ фильтра, аналогичной гребенчатому энергетическому спектру сигнала, что эквивалентно использованию инструмента, настроенного на совокупность коррелированных одиночных сигналов;
- во-вторых, совмещен не зубцов АЧХ фильтра с зубцами АЧС сиг нала, что эквивалентно коррекции доплеровского смещения частоты сигнала или коррекции доплеровского набега фазы сигнала за период повторения;
Рис. 1. Векторная интерпретация механизма когерентного накопления
сигнала.
Рис. 2. Спектральная интерпретация когерентного накопления сигнала, как согласованной фильтрации.
- в-третьих, согласование ширины зубцов АЧХ фильтра с шириной зубцов АЧС сигнала, что эквивалентно согласованию времени когерентного накопления сигнала с временем его наблюдения.
Спектральная интерпретация когерентного накопления сигнала, как согласованной фильтрации, показана на рис. 2.
Корреляционный способ когерентного накопления сигнала
Корреляционный способ когерентного накопления сигнала предполагает перемножение опорного сигнала и входного сигнала, состоящего из полезного сигнала и шумов, а также последующее временноеинтегрирование. Опорный сигнал является последовательностью одиночных сигналов (как и принятый сигнал), задержанных по времени и смещенных по частоте относительно зондирующего сигнала. При перемножении полезного и опорного сигналов происходит демодуляция (сжатие по спектру) сигнала, т.е. образуется последовательность демодулированных одиночных сигналов, длительность которых определяется длительностью зондирующих сигналов. Внутрипериодное и междупериодное интегрирование могут осуществляться как раздельно с помощью фильтра грубой селекции (ФГС) с внутрипериодной памятью и узкополосного фильтра точной селекции (ФТС) с междупериодной памятью, так и одновременно с помощью единого радиоинтегратора с междупериодной памятью.
Корреляционная схема когерентного накопления сигнала на радиочастоте показана на рис. 3. Роль радиоинтегратора о междупериодной памятью выполняет узкополосные фильтр (ФТС) с использованием колебательного контура (рис. 4). Квадрат АЧХ этого фильтра определяется выражением (рис. 5)
,где
- резонансная частота фильтра, 
- постоянная времени фильтра, 
- добротность фильтра. 
Рис. 3. Корреляционная схема когерентного накопления сигнала.
Рис. 4. Узкополосный фильтр точной селекции – радиоинтегратор.
Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика узкополосного фильтра.
Чтобы обеспечить узкую полосу пропускания фильтра
(десятки-сотни Герц) используют в качестве колебательного контура фильтра кварцевые резонаторы с добротностью 
.Кроме изложенной временной интерпретации процесса когерентного накопления сигнала в схеме с корреляционной обработкой, существует спектральная интерпретация этого процесса. Суть ее состоит в следующем. Частотная характеристика корреляционной схемы обработки формируется с участием, во-первых, опорного сигнала, а во-вторых, частотных характеристик фильтров, стоящих после перемножителя. Огибающая частотной характеристики устройства корреляционной обработки определяется спектром одиночных опорных сигналов. Гребенчатая структура частотной характеристики устройства корреляционной обработки определяется периодичностью опорного сигнала; частотная характеристика становится результатом размножения по частоте, с учетом ограниченного времени наблюдения, частотной характеристики фильтра коррелятора (фактически узкополосного фильтре) с интервалом размножения, равным частоте повторения одиночных опорных сигналов. В результате частотная характеристика корреляционной схемы когерентного накопления сигнала оказывается гребенчатой, причем ширина зубцов АЧХ, определяющая время когерентного накопления, равна (рис. 2):
, 
.Это означает, что при наличии узкополосного фильтра
когерентное накопление осуществляется практически на всем интервале наблюдения ( 
).Для того чтобы зубцы АЧХ когерентного накопителя были совмещены с зубцами амплитудно-частотного (энергетического) спектра сигнала, необходимо выполнение условия
т.е. частота коррекции опорного сигнала должна равняться доплеровскому смещению частоты принятого сигнала.
Рис. 6. Эпюры напряжений в корреляционной схеме когерентного накопления сигнала.
В ряде случаев полезна следующая дополнительная специальная интерпретация процесса когерентного накопления сигнала.
На выходе фильтра грубой селекции с внутрипериодной памятью
формируется последовательность демодулированных "аналитически продолженных" на период повторения одиночных сиг налов, спектр которой (последовательности) представляется одним зубцом (не является гребенчатым) с шириной 
, 
,которая в основном определяется величиной, обратной времени наблюдения. Частотная характеристика накопителя-радиоинтегратора, роль которого выполняет узкополосный фильтр точной селекции, с уче том ограниченной продолжительности последовательности одиночных опорных сигналов, равной времени наблюдения
, имеет ширину 
, 
.которая, в основном, также определяется величиной, обратной времени наблюдения (рис. 7). Таким образом, обеспечивается согласованная по полосе частот фильтрация полезного сигнала
(
), т.е. согласование времени когерент ного накопления с интервалом когерентности сигнала ( 
) .Аналогичная по принципам построения, функционированию и характеристикам корреляционная схема когерентного накопления сигнала на видеочастоте с двумя квадратурными каналами показана на рис. 8. Здесь в качестве перемножителей корреляторов используются фазовые детекторы, в качестве фильтров грубой селекции - фильтры низких частот, а в качестве узкополосных фильтров - интегрирующие цепи (рис. 9).