Анализ цифровых систем обработки сигналов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Попов Дмитрий Иванович
Актуальность и цели. Объектом исследования являются цифровые системы обработки сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех , осуществляющие когерентное режектирование с последующим некогерентным накоплением остатков режектирования. В качестве режекторного фильтра (РФ) рассматривается рекурсивный фильтр, в котором для сокращения времени переходного процесса используется перестройка его структуры путем коммутации обратных (рекурсивных) связей. Предметом исследования являются характеристики обнаружения цифровых систем обработки сигналов на основе рекурсивных РФ перестраиваемой и фиксированной структуры. Цель работы сопоставление эффективности цифровых систем обработки сигналов в переходном и установившемся режимах при перестраиваемой и фиксированной структурах рекурсивного РФ. Материалы и методы. Исследования характеристик обнаружения в переходном и установившемся режимах выполнены на основе статистических методов анализа с использованием метода характеристических функций. Результаты. Получены выражения для элементов корреляционных матриц на выходе РФ перестраиваемой структуры в переходном режиме и на выходе РФ фиксированной структуры в установившемся режиме. Корреляционные матрицы на выходе РФ являются исходными при последующем анализе характеристик обнаружения цифровых систем обработки сигналов . Выводы. Проведенный анализ характеристик обнаружения цифровых систем обработки сигналов в переходном и установившемся режимах показал, что переходные процессы в рекурсивных РФ фиксированной структуры существенно снижают эффективность системы, а перестройка структуры РФ позволяет избежать соответствующих потерь, приблизившись к эффективности системы в установившемся режиме.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Попов Дмитрий Иванович
ANALYSIS OF DIGITAL SIGNAL PROCESSING SYSTEMS
Background. The object of the research is digital signal processing systems of moving targets at the background clutter , performing coherent rejection followed by non-coherent accumulation rejection residues. As the rejecter filter (RF) the researcher took a recursive filter in which changes in its structure by switching the inverse (recursive) bonds were used to reduce the transient time. The subject of the research is detection characteristics of digital signal processing systems based on recursive RF tunable and fixed structures. The objective of the study is to compare the effectiveness of digital signal processing systems in the transient and steady-state modes with tunable and fixed structures of recursive RF. Materials and methods. The research of detection characteristics of in transient and steady modes was based on statistical methods of analysis using the method of characteristic functions. Results. Expressions for the elements of the correlation matrix were obtained on the output of the tunable structure RF in transition mode and on the output of the fixed structure RF in the steady state. The correlation matrix on the RF output were the starting point of the subsequent analysis of detection characteristics of digital signal processing systems. Conclusions. The analysis of detection characteristics of digital signal processing systems in the transient and steady-state modes showed that the transients in fixed RF of recursive structure significantly reduce the efficiency of the system and the restructuring of the RF structure avoids the associated losses, approaching the efficiency of the system in steady state.
Текст научной работы на тему «Анализ цифровых систем обработки сигналов»
ЭЛЕКТРОНИКА, ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И РАДИОТЕХНИКА
АНАЛИЗ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Актуальность и цели. Объектом исследования являются цифровые системы обработки сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех, осуществляющие когерентное режектирование с последующим некогерентным накоплением остатков режектирования. В качестве режекторного фильтра (РФ) рассматривается рекурсивный фильтр, в котором для сокращения времени переходного процесса используется перестройка его структуры путем коммутации обратных (рекурсивных) связей. Предметом исследования являются характеристики обнаружения цифровых систем обработки сигналов на основе рекурсивных РФ перестраиваемой и фиксированной структуры. Цель работы -сопоставление эффективности цифровых систем обработки сигналов в переходном и установившемся режимах при перестраиваемой и фиксированной структурах рекурсивного РФ.
Материалы и методы. Исследования характеристик обнаружения в переходном и установившемся режимах выполнены на основе статистических методов анализа с использованием метода характеристических функций.
Результаты. Получены выражения для элементов корреляционных матриц на выходе РФ перестраиваемой структуры в переходном режиме и на выходе РФ фиксированной структуры в установившемся режиме. Корреляционные матрицы на выходе РФ являются исходными при последующем анализе характеристик обнаружения цифровых систем обработки сигналов.
Выводы. Проведенный анализ характеристик обнаружения цифровых систем обработки сигналов в переходном и установившемся режимах показал, что переходные процессы в рекурсивных РФ фиксированной структуры существенно снижают эффективность системы, а перестройка структуры РФ позволяет избежать соответствующих потерь, приблизившись к эффективности системы в установившемся режиме.
Ключевые слова: переходный режим, сигналы, системы обработки, рекурсивные режекторные фильтры, пассивные помехи, характеристики обнаружения.
analysis of digital signal processing systems
Background. The object of the research is digital signal processing systems of moving targets at the background clutter, performing coherent rejection followed by
non-coherent accumulation rejection residues. As the rejecter filter (RF) the researcher took a recursive filter in which changes in its structure by switching the inverse (recursive) bonds were used to reduce the transient time. The subject of the research is detection characteristics of digital signal processing systems based on recursive RF tunable and fixed structures. The objective of the study is to compare the effectiveness of digital signal processing systems in the transient and steady-state modes with tunable and fixed structures of recursive RF.
Materials and methods. The research of detection characteristics of in transient and steady modes was based on statistical methods of analysis using the method of characteristic functions.
Results. Expressions for the elements of the correlation matrix were obtained on the output of the tunable structure RF in transition mode and on the output of the fixed structure RF in the steady state. The correlation matrix on the RF output were the starting point of the subsequent analysis of detection characteristics of digital signal processing systems.
Conclusions. The analysis of detection characteristics of digital signal processing systems in the transient and steady-state modes showed that the transients in fixed RF of recursive structure significantly reduce the efficiency of the system and the restructuring of the RF structure avoids the associated losses, approaching the efficiency of the system in steady state.
Key words: transient, signals, processing system, recursive rejector filters, clutter, detection characteristics.
При проектировании радиолокационных систем одной из актуальных и трудных неизменно остается проблема обработки и выделения сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех. Пассивные помехи в виде мешающих отражений от неподвижных или медленно перемещающихся объектов: местных предметов, поверхности суши, моря, гидрометеоров (облаков, дождя, града, снега) и металлизированных отражателей, сбрасываемых для маскировки цели, - существенно нарушают нормальную работу радиолокационных систем различного назначения [1]. Основной операцией обработки принятых данных при обнаружении сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех является режектирование спектральных составляющих помехи. Среди нерекурсивных и рекурсивных режекторных фильтров (РФ) известными преимуществами в установившемся режиме обладают рекурсивные РФ, открывающие широкие возможности формирования требуемых характеристик и гибкого их управления [1]. Применение цифровых рекурсивных фильтров позволяет получить существенные выигрыши в эффективности режектирования пассивных помех по сравнению с нерекурсивными фильтрами того же порядка [2]. Однако обратные (рекурсивные) связи увеличивают время переходного процесса фильтра, что приводит к образованию протяженной кромки нескомпенсированных остатков помехи, маскирующих сигнал от цели. Представляет интерес сокращение длительности переходных процессов в рекурсивных фильтрах и сравнительный анализ характеристик обнаружения соответствующих систем обработки сигналов на фоне пассивных помех в переходном и установившемся режимах.
1. Система обработки сигналов
Рассмотрим межпериодную обработку последовательности поступающих через период повторения T в одном элементе разрешения по дальности
N цифровых отсчетов Uj = Xj + [ у^ , ] = 1, N , комплексной огибающей аддитивной смеси сигнала и помехи. После квантования в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) квадратурных проекций Xj и yj имеем
= Xj + [ уj = Uj + ^j , где величины ^j = ^j + \ ^j отображают дискретный шум квантования. Цифровые отсчеты Оj поступают на вход рекурсивного
РФ, в котором для сокращения времени переходного процесса используется перестройка его структуры путем коммутации обратных связей (ОС). Структурная схема такого РФ, реализованного на основе одной из канонических схем m -го порядка, приведена на рис. 1, где ak, bk - весовые коэффициенты РФ, ЗУТ - запоминающее на период повторения Т устройство. Все операции в РФ для каждой квадратурной проекции ( Xj, Уj ) осуществляются раздельно. Перестройка структуры РФ осуществляется с помощью коммутатора (К), замыкаемого по команде блока управления (БУ) после достижения в нерекурсивной части РФ установившегося режима, соответствующего поступлению ш +1 отсчетов. На выход РФ и в обратные связи теперь поступают уже частично скомпенсированные отсчеты помехи, что существенно уменьшает «звон» в ОС, вызываемый кромкой помехи, и ускоряет переходный процесс.
Рис. 1. Рекурсивный режекторный фильтр перестраиваемой структуры Системная функция нерекурсивной части РФ в г -плоскости имеет вид
а коэффициенты импульсной характеристики задаются весовыми коэффициентами ак.