Equation Chapter 1 Section 1
Одним из наиболее востребованных научно-технических областей современной промышленности является радиолокация, которая представляет собой совокупность средств и методов для обнаружения координатных отметок радиолокационных целей (воздушные судна, боевые снаряды и т. п.) в лоцируемом пространстве [1]. Основным принципом радиолокации является излучение радиолокационной станцией в лоцируемое пространство модулированных импульсов, которые отражаются от предметов (цели, мешающие отражения) и принимаются той же станцией для анализа обстановки в лоцируемом пространстве (имеются ли цели, размер и интенсивность метеообразований и т. п.). Пример обнаружения радиолокационной станцией представлен на рисунке 1. В радиолокации излучение модулированных импульсов в пространство называется лучом, который в дискретные моменты времени передвигается по сектору обзора, что позволяет обнаруживать объекты в лоцируемом пространстве.
Рис. 1. Принцип обнаружения радиолокационной станцией полета снаряда
Востребованность радиолокации в современном обществе связана как с необходимостью обеспечения защиты государства от воздушных угроз, так и для решения других задач, например, в гражданской авиации для организации перемещений воздушных судов (обнаружение, сопровождение, построение трасс цели, экстраполяция траектории движения воздушного судна и т. п.). При этом наиболее часто применяемым методом в радиолокации является импульсная локация, которая является компромиссным решением между обеспечением требуемых функций обнаружения и энергопотреблением установки (и как следствие, меньшими массогабаритными показателями и итоговой стоимостью).
Импульсная радиолокация предполагает излучение в лоцируемое пространство пачек модулированных радиоимпульсов и накопление отраженных импульсов в узле первичной обработки информации. Узел первичной обработки информации необходим для оцифровки отраженных сигналов (которые принимаются системой от излучателей в аналоговом виде), выполнения фильтрации шумов (излучателей, измерительной аппаратуры), усиления отношения сигнал/шум в отраженных импульсах (методом внутрипериодного сжатия), накопления отраженных импульсов для реализации селекции целей на фоне шума и оценки радиолокационной обстановки в зондируемом пространстве.
В современных радиолокационных станциях алгоритмы цифровой обработки сигналов узла первичной обработки информации реализуются с применением программируемых цифровых устройств. Развитие наноэлектроники и микропроцессорной техники позволило использовать в полезных устройствах и цифровых системах управления высокопроизводительные микросхемы, которые позволяют существенно снизить массогабаритные показатели конечной продукции за счет выполнения существенной части требуемых функций на одном кристалле. При решении наиболее сложных задач, требующих высокой производительности наибольшее предпочтение отдается микропроцессорным ядрам (например, с архитектурой цифровых сигнальных процессоров), которые зачастую имеют набор аппаратных ускорителей, дополнительных арифметико-логических устройств, сопроцессоров и т. п., а также программируемым логическим интегральным схемам (ПЛИС [2]), на основе которых создаются конфигурируемые цифровые электронные схемы.
В радиолокации совместное использование ПЛИС и ЦСП необходимо для наиболее рациональной реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов узла первичной обработки отраженных радиолокационных сигналов. Упрощенная структурная схема антенной системы при этом имеет следующий вид, представленный на рисунке 1. В данной схеме используется блок цифровой обработки сигналов, представленный фильтром и коррелятором (реализуемые на ПЛИС) и процессором, который аккумулирует сжатые во временной области отраженные радиолокационные сигналы, выполняет пороговую обработку и принимает решение о нахождении целей в лоцируемом пространстве. Блок «генератор» в представленной схеме необходим для синхронизации основных модулей антенной системы во времени (моменты времени излучения пачки радиоимпульсов).
Рис. 1. Упрощенная структурная схема антенной системы
Микросхемы ПЛИС и ЦСП постоянно совершенствуются, обретая при этом более перспективные для реализации алгоритмов цифровой обработки информации узла первичной обработки информации функциональные возможности такие, как:
– сопроцессоры Быстрого преобразования Фурье, выполняющие аппаратное преобразование за относительно небольшой промежуток времени, что позволяет существенно сократить необходимое время на обработку радиолокационных данных;
– возможности для хранения больших объемов данных;
– аппаратная поддержка высокоскоростных интерфейсов микропроцессорных взаимодействий.
Перспективы развития методов цифровой обработки радиолокационных сигналов в современных РЛС, одними из которых является использование высокопроизводительных микросхем и их совместные сборки (ПЛИС и ЦСП на одной ячейке обработки), заключаются в возможности минимизации массогабаритных показателей реализуемых радиолокационных станций за счет возможности.
Таким образом, были обозначены перспективные средства цифровой обработки радиолокационных сигналов в современных РЛС, которые заключаются в использовании современных высокопроизводительных микросхем, таких как ЦСП и ПЛИС, и их совместных технических решений.
Литература:
- Охрименко А. Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч. 1, М.: Воениздат МО, 2015.
- Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. — 408 с., ил.
