Elektronika 2009-11.pdf - Instytut SystemÃ³w Elektronicznych

More documents

Recommendations

Info

Dla każdego kierunku odbieranej fali można tak wysterować przesuwniki fazy, aby maksymalizować czułość odbioru z tego kierunku. Ten efekt zwykle określa się w inny sposób: odpowiednie ustawienie przesuwników fazy formuje wiązkę charakterystyki anteny skierowaną pod wymaganym kątem Θ. Według tego schematu można uformować wiele wiązek „nastrojonych” na różne kąty Θ. Aby to osiągnąć, trzeba sygnały z poszczególnych elementów doprowadzić do wielu układów formowania wiązki (UFW), każdy z niezależnym zestawem przesuwników fazy i sumatorem. Aby nie stracić czułości wskutek rozdziału sygnałów na wiele kanałów formowania wiązek, należy je najpierw wzmocnić. Analogicznie działa formowanie wiązek w antenie z kołowym szykiem elementów, jednak występują tu dodatkowe istotne utrudnienia. Po pierwsze, rozmieszczenie elementów na okręgu (rys. 8b) powoduje, że bardziej skomplikowane jest wyznaczenie przesunięć fazy dla poszczególnych ścieżek. Po drugie, ponieważ charakterystyki poszczególnych elementów są bezkierunkowe w rozpatrywanej płaszczyźnie, mocno ujawniają się tu wzajemne sprzężenia między nimi, co jeszcze bardziej komplikuje wyznaczenie przesunięć fazy w funkcji kierunku wiązki. Kiedy jednak te trudności się pokona, antena z szykiem kołowym daje bardzo cenną właściwość - pozwala uformować wiązkę na dowolnym kącie azymutu, gdyż niezależnie od kierunku prezentuje ona takie same rozmiary fizyczne. W przypadku szyku liniowego ten zakres kątów jest praktycznie ograniczony do ±45° względem kierunku prostopadłego; na kierunkach bardziej odległych od prostopadłego szyk liniowy prezentuje tak małą fizyczną rozpiętość, że jego zysk szybko maleje. Cyfrowe formowanie wiązek Pokazany na rys. 12 schemat formowania wiązki jest najbardziej podstawowym układem elektronicznego formowania wiązek, funkcjonującym na częstotliwości radiowej odbieranego sygnału. Widać, że jest on trudny w realizacji, gdyż wymaga stosowania oddzielnego analogowego UFW dla każdego kierunku, a poszczególne komponenty UFW zajmują dużo miejsca, są kosztowne i niezbyt dokładne. To samo można uzyskać mniejszym kosztem i z większą dokładnością, stosując cyfrowe formowanie wiązek. W tym miejscu trzeba powrócić do wyjścia układów pozyskiwania sygnałów. Pozyskiwanie sygnału kończy się na etapie wytworzenia cyfrowych składowych I/Q sygnałów odebranych przez wszystkie elementy anteny. Sekwencja kolejnych próbek tych sygnałów odebranych w całym stosunkowo długim czasie obserwacji (np. jednej sekundy) jest przesyłana do komputera i zapisywana w pamięci. Dalszą część przetwarzania realizuje odpowiednie oprogramowanie komputera, a pierwszym etapem jest cyfrowe formowanie wiązek. Jak pokazano na rys. 12. formowanie wiązki polega na sumowaniu sygnałów z odpowiednimi przesunięciami fazowymi. Dodatkowo należy wspomnieć, że zwykle w sumatorach UFW realizuje się odpowiednie ważenie amplitudowe poszczególnych sygnałów. Przesunięcia fazy decydują o kierunku osi wiązki, zaś ważenie amplitudowe służy nadaniu wiązce wymaganego kształtu, czyli szerokości i poziomu tzw. listków bocznych. Nietrudno zauważyć analogię tego procesu do filtracji cyfrowej. Filtracja cyfrowa też polega na sumowaniu sygnałów z określonymi przesunięciami fazy i wagami, a zestaw tych wag i przesunięć fazy nazywa się współczynnikami filtru. Różnica jest tylko taka, że w filtracji cyfrowej poszczególne sygnały podlegające sumowaniu to właściwie próbki tego samego sygnału z różnymi opóźnieniami, natomiast w UFW są to sygnały z kolejnych elementów anteny. Ta różnica nie przeszkadza, by całą potęgę techniki cyfrowej filtracji sygnałów wykorzystać do cyfrowego formowania wiązek. Warto zauważyć, jak bardzo uproszcza to praktyczną realizację wielu wiązek. Na schemacie blokowym z rys. 9 sygnały I/Q z ośmiu kanałów odbiorczych wprowadza się do czterech równoległych układów formowania wiązki (UFW). Każdy UFW realizuje filtr takiego rzędu, ile jest elementów anteny, przetwarzając próbki otrzymane z poszczególnych elementów w tym samym momencie czasu. W efekcie na wyjściu cyfrowego UFW otrzymuje się ciągi próbek sygnałów odebranych z kierunków pokrytych przez poszczególne wiązki. Wszystkie te próbki muszą być ponownie zapisane do pamięci, gdyż tylko dostęp do wszystkich umożliwi dalszą obróbkę. Jednocześnie pierwotne próbki sygnałów z poszczególnych odbiorników przestają być potrzebne, a zwolniona pamięć może być wykorzystana do zapisania sygnałów wyjściowych z UFW. Ile wiązek trzeba uformować - zależy od liczby wykorzystywanych nadajników. Dla każdego nadajnika trzeba uformować jedną wiązkę do odbioru sygnału bezpośredniego, a liczba i kierunki wiązek obserwacyjnych, czyli służących do odbioru ech, zależą od obszaru, gdzie powinny być wykrywane obiekty. Istotne jest przy tym, aby wiązki obserwacyjne miały jak najmniejszą czułość na kierunkach nadajników. W najprostszym przypadku pracy z jednym nadajnikiem wiązki mogą być uformowane jak poniżej na rys. 13. Uformowanie wiązek powinno uwzględniać realnie możliwy zasięg wykrywania na poszczególnych kierunkach, a także występowanie silnych ech stałych zakłócających odbiór ech użytecznych. W pokazanym przykładzie wiązki obserwacyjne (kolor czerwony) są tak uformowane, że minimalizują odbiór sygnału bezpośredniego nadajnika, a dodatkowo mają minima na kierunkach znanych obiektów stałych dających silne echo. Wiązka referencyjna, służąca do odbioru sygnału bezpośredniego (kolor niebieski), nie jest tu uformowana zbyt starannie, wykazując dość wysoki poziom listków bocznych, jednak to nie przeszkadza w funkcjonowaniu radaru, gdyż sygnał bezpośredni będzie dominujący. W schemacie pokazanym na rys. 8 formowane są trzy wiązki obserwacyjne i jedna referencyjna. Rys. 13. Przykładowe wiązki charakterystyki anteny w płaszczyźnie poziomej Fig. 13. Sample antenna pattern beams in the horizontal plane 108 ELEKTRONIKA 11/<strong>2009</strong>
Adaptacyjne tłumienie ech od obiektów stałych Do tej pory ten problem był przemilczany, ale bez pozbycia się ech stałych cała idea radaru PCL byłaby mało przydatna. Wspomniano już wprawdzie, że formując wiązki obserwacyjne, można zadbać o to, aby miały one minima na kierunkach obiektów stałych, ale w praktyce jest to trudne i ma ograniczoną skuteczność. Można próbować uformować minimum na kierunku jednego czy dwóch obiektów stałych, ale takich obiektów może być w okolicy wiele i trudno jest uformować minimum charakterystyki na kierunku każdego z nich. Formowanie minimów charakterystyki anteny jest tylko pomocą w rozwiązaniu problemu, ale nie zapewnia jego skutecznego rozwiązania. Z techniki klasycznych radarów wiadomo, że staranne zaprojektowanie charakterystyki może w sprzyjających warunkach dać minimum o głębokości rzędu 30…40 dB względem maksimum. To jest, jak się okazuje, daleko niewystarczające w przypadku PCL. Warto to powrócić do rys. 10, aby uświadomić sobie, w czym jest problem. W klasycznym radarze silne echa stałe, jeśli nie zostaną skutecznie stłumione, powodują maskowanie obecności słabych ech użytecznych w ograniczonym obszarze. W najgorszym przypadku obserwacja może być utrudniona nawet w pełnym kącie azymutu wokół radaru do pewnej odległości, np. 30 km, ale dalej echa stałe znikają za horyzontem i na wskaźniku już jest „czysto”. W radarze PCL nie można liczyć na taki komfort. Silne echo stałe jest obecne w całym zakresie obserwacji, działając podobnie jak przenikanie sygnału bezpośredniego z nadajnika, czyli podwyższając szum, na tle którego są wykrywane echa ruchome. Aby pokazać ten problem powróćmy do przykładu z rys. 6, gdzie nadajnik jest odległy od odbiornika o 20 km. Rozpatrzmy obiekt stały A o bardzo dużej SPO, np. 100 m 2 , położony blisko linii bazowej, na elipsie gdzie: R A1 +R A2 = 23,5 km oraz obiekt powietrzny B o małej SPO, np. 1 m 2 , znajdujący się na tym podobnym kierunku względem odbiornika, zlokalizowany tak, że R B1 +R B2 = 56 km. Z wcześniejszych rozważań dotyczących zasięgu wynika, że stosunek mocy obydwu ech wyniesie 100(R B1 R B2 ) 2 /(R A1 R A2 ) 2 . W podanej sytuacji R A1 =R A2 = 11,75 km oraz R B1 = 22,5 km, R B2 = 33,5 km, a stosunek mocy ech od obiektów B i A wyniesie 100•22,5 2 •33,5 2 /11,75 4 ≅ 35 dB. Na rysunku 14 pokazano, jak suma ech od tych dwóch obiektów zostanie przetworzona na funkcję korelacji po zasymulowaniu sygnału nadajnika szumem. W symulacji zastosowano realistyczny czas obserwacji równy jednej sekundzie przy częstotliwości próbkowania 200 kHz, czyli przetwarzaniu poddano 200 tys. próbek. Pierwsze, co rzuca się w oczy, to brak rozróżnienia obydwu ech w głównej części wykresu. Jest to praktyczny skutek tego, co zostało zasygnalizowane wcześniej (por. rys. 10). W czasie sekundy fala przebywa drogę 300 tys. km, więc próbki sygnału odmierzają odcinki drogi 1,5 km. Numery próbek na wykresie są miarą opóźnienia sygnału względem momentu jego emisji przez nadajnik (bez odjęcia czasu opóźnienia sygnału bezpośredniego). W tej skali wszystkie wykrywane echa, przebywające drogę dziesiątek kilometrów, będą skupione w obrębie kilkudziesięciu próbek. Bliższe echo (A) rozpatrywanego przykładu reprezentuje próbka nr 15, a dalsze (B) - próbka nr 37. Dopiero mocny „zoom”, pokazany w dodatkowym oknie wykresu, pozwala je odróżnić. Jednak decydująca jest tu inna obserwacja. Widać na rys. 14, że silne echo, poza wąską „szpilką” funkcji korelacji, daje pewne tło tzw. czasowych listków bocznych. Jest ono relatywnie niskie w porównaniu do amplitudy Rys. 14. Funkcja korelacji sumy ech dwóch obiektów, silnego i słabego Fig. 14. Correlation function of the sum of two, strong and weak, target echoes tej szpilki; przy czasie integracji jednej sekundy jest to ok. -45 dB. Jednak listki boczne silnego echa są porównywalne do amplitudy echa słabego. W przypadku dwóch rozpatrywanych obiektów A i B widać jeszcze szansę wykrycia echa słabszego, ale już na granicy wymaganego prawdopodobieństwa. Echa bardziej odległych małych obiektów powietrznych będą jeszcze słabsze i mogą być w „towarzystwie” silnych ech stałych niewykrywalne, zwłaszcza że przykładowe echo odpowiadające 100 m 2 SPO nie należy do najsilniejszych. Oprócz obiektów punktowych o znacznie większej SPO należy się liczyć z bardzo silnym echem o charakterze powierzchniowym, wynikającym z oświetlenia powierzchni ziemi bardzo szeroką wiązką przy znacznym rozmiarze (1…2 km) komórki rozdzielczości odległościowej. Warto tu zauważyć, że jako szczególnie silne echo stałe można traktować sygnał bezpośredni nadajnika. Dlatego problem usuwania sygnału bezpośredniego i silnych ech stałych należy rozpatrywać łącznie. Metodyka usuwania tej kategorii niepożądanych sygnałów generalnie opiera się na ich stabilnym charakterze. Tworzy się powierzchniową mapę takich sygnałów, aby następnie poddać je wektorowemu odejmowaniu od bieżącego sygnału; sygnały o niezmiennych amplitudach i fazach zostają zredukowane, a sygnały użyteczne ech ruchomych przechodzą z nieznacznymi stratami. Jest to określane jako adaptacyjne tłumienie ech stałych. Opisywanie tej techniki nie byłoby tu ani ciekawe, ani celowe. Cały wywód w tym punkcie ma tylko pokazać, jak ważne jest skuteczne osłabienie silnych ech stałych, aby można było mówić o sensownie użytecznym zasięgu wykrywania celów powietrznych. Dopiero po tej operacji można przystąpić do zasadniczej fazy, czyli wykrywania obiektów powietrznych poprzez korelację sygnału bezpośredniego z sygnałem echa. Korelacja dwuwymiarowa R x D Wiemy już, że funkcja korelacji daje maksymalną wartość w momencie, kiedy dwa sygnały wykazujące podobieństwo dokładnie „nakładają się” w procesie jej obliczania (krok nr 4 na rys. 2). Można by na tej podstawie oczekiwać, że poddając procesowi korelacji sygnał bezpośredni z nadajnika i sygnał zawierający echa od obiektów powietrznych otrzymamy pewną liczbę „wyskoków” funkcji korelacji, każdy z nich reprezentujący określone echo o innym opóźnieniu, jeśli wszystkie z nich są kopiami sygnału nadajnika. Kłopot jednak polega na tym, że nie są. Rozważamy przecież echa od obiektów ru- ELEKTRONIKA 11/<strong>2009</strong> 109
Page 5 and 6:
konstrukcje technologie zastosowani
Page 7 and 8:
Streszczenia artykułów • Summar
Page 9 and 10:
Page 11 and 12:
Page 13 and 14:
Medical pattern intelligent recogni
Page 15 and 16:
Fig. 2. Start graph Z and the set o
Page 17 and 18:
Both models are created of the basi
Page 19 and 20:
• in some cases in the methods of
Page 21 and 22:
4. Random operators: three types of
Page 23 and 24:
useful. In work [1] is stressed, th
Page 25 and 26:
Tabl. 1. Fuzzy sets of the objects,
Page 27 and 28:
In addition, one has to remember th
Page 29 and 30:
The correction of digital images ob
Page 31 and 32:
Tabl. 4. MD error before and after
Page 33 and 34:
tionship then determines which indi
Page 35 and 36:
this goal. A user’s public key au
Page 37 and 38:
a) will be or could be broken, or b
Page 39 and 40:
Ontology-based approach to scada sy
Page 41 and 42:
erarchy of vulnerability classes wi
Page 43 and 44:
and the set of tasks is divided int
Page 45 and 46:
tasks: T 0 , T 4 , T 5 , T 6 and T
Page 47 and 48:
According to presented function CSF
Page 49 and 50:
The efficient data authentication i
Page 51 and 52:
Fig. 3. Example run of three rounds
Page 53 and 54:
Fig. 2. Possible scenarios of data
Page 55 and 56:
e necessary, in worst case - also s
Page 57 and 58:
dicates the number of tasks at the
Page 59 and 60:
• information on their state come
Page 61 and 62: • data regarding their identity (
Page 63 and 64: k = 1, 2, ..., m and m is the numbe
Page 65 and 66: more powerful statistical (algorith
Page 67 and 68: Signal to Noise Ratio (PSNR). We pr
Page 69 and 70: [23] W3C - Web Services Glossary -
Page 71 and 72: Associated with every N-point M-dim
Page 73 and 74: The SMS-B system architecture (Sour
Page 75 and 76: Technika próżni i technologie pr
Page 77 and 78: wniosku i w konsekwencji za rok 200
Page 79 and 80: Poniżej przedstawiono krótki kome
Page 81 and 82: Wspomnienie Edward Leja (1937-2009)
Page 83 and 84: Zastosowanie technik immunoenzymaty
Page 85 and 86: z pasty węglowej, zaś odniesienia
Page 87 and 88: [33] Biani A., Centi S. Tombrlli S.
Page 89 and 90: Problemem bowiem w pracach instytut
Page 91 and 92: 1985 - Zdzisław Dorywalski 1986 -
Page 93 and 94: Rys. 4. Uroczyste wręczanie świad
Page 95 and 96: Imię i Nazwisko Patenty Wzory uży
Page 97 and 98: zadań określonych przez użytkown
Page 99 and 100: Ocena sugerowanych w ankiecie metod
Page 101: Zaprenumeruj wiedzę fachową 2010
Page 104 and 105: Radary pasywne - nowa technika radi
Page 106 and 107: c) stopniowo przesuwać jeden przeb
Page 108 and 109: W przypadku wykorzystania nadajnika
Page 110 and 111: kreślić to, że owale Cassiniego
Page 114 and 115: chomych, które w ogólnym przypadk
Page 116 and 117: Rys. 19. Fragment zobrazowania SS3
Page 118 and 119: Zbigniew Czekała jest projektantem
Page 120 and 121: • wytypowaniu statków zobowiąza
Page 122 and 123: • używanie właściwego osprzęt
Page 124 and 125: W jednomodowym szklanym włóknie t
Page 126 and 127: Światłowody scyntylacyjne W środ
Page 128 and 129: Parametry materiałowe szklanego w
Page 130 and 131: 126 ELEKTRONIKA 11/2009
Page 132 and 133: Literatura [1] Yamane M., Asahara Y
Page 134 and 135: Rys.1. Przebiegi testowe na wyprowa
Page 136 and 137: nież pasmo emisji od około 500 MH
show all

Elektronika 2009-11.pdf - Instytut SystemÃ³w Elektronicznych

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?