Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

a)
b)
Rys. 1. Wykorzystanie promieniowania nadajnika radiofonii do radiolokacji
Fig. 1. Use of a radio broadcasting transmitter for radiolocation
Po pierwsze radar PCL nie wysyła żadnego sygnału sondującego
- robią to za niego przypadkowe nadajniki fal elektromagnetycznych
znajdujące się w okolicy; PCL tylko odbiera
echa sygnałów nadawanych przez te nadajniki, a dodatkowo
odbiera sygnały bezpośrednio przez nie promieniowane. Po
drugie te obce sygnały sondujące nie mają formy regularnych
impulsów; są to sygnały o zupełnie przypadkowej treści i formie
- jakieś fragmenty muzyki lub mowy albo obrazu telewizyjnego
przesyłane na falach eteru. A jednak to działa! Jeśli
tak, to znaczy, że utrwalony powszechnie obraz radaru impulsowego
jest tylko jedną z możliwych realizacji radaru
w ogóle. Tak jest w istocie.
Okazuje się, że właściwie każdy sygnał może być wykorzystany
do wytworzenia użytecznego echa radarowego
służącego do lokalizacji obiektów w przestrzeni. Jedno
wszakże pozostaje w zgodzie z utrwaloną znana koncepcją -
ten sygnał musi być znany, co jednak nie oznacza, że radar
musi go sam wyprodukować. Rozpatrzmy najprostszy
przykład pokazany na rys. 1.
W tym przykładzie nadajnik radiofonii UKF emituje dookoła
audycje radiowe. W pewnej odległości od niego ustawiony
jest odbiornik tej emisji, który ma dwa kanały odbioru.
Jeden kanał ma charakterystykę anteny nakierowaną na odbiór
tylko sygnału docierającego bezpośrednio z nadajnika.
Drugi kanał ma charakterystykę anteny ukształtowaną tak,
aby odbierać sygnały ech odbite od wykrywanych obiektów
oświetlonych przez ten nadajnik, ale - w miarę możliwości -
nie odbierać sygnału bezpośredniego z nadajnika. W takim
dwukanałowym odbiorniku mamy do dyspozycji „oryginał”
sygnału nadawanego oraz jego „kopie” jako echa. Czy to wystarczy
do zlokalizowania obiektów odbijających? Wracając
do porównania z radarem impulsowym, można zapytać, cóż
warte są te sygnały, kiedy są to zupełnie przypadkowe sygnały
jakiejś stacji radiofonicznej, w dodatku są to sygnały
ciągłe - bez określonego początku i końca? Okazuje się, że
właściwie każdy sygnał nadaje się do radiolokacji, o ile tylko
ma się do dyspozycji sygnał oryginalny i jego echo.
Problem podstawowy - wykryć echo
przypadkowego sygnału sondującego
Zasadniczy problem w procesie wykrywania echa radarowego
sprowadza się do wyselekcjonowania, spośród wszystkich sygnałów
dochodzących do odbiornika, echa sygnału wysłanego.
Ta selekcja polega zawsze na wykorzystaniu pewnych cech
Rys. 2. Wyznaczanie funkcji korelacji
Fig. 2. Determining the correlation function
sygnału wysłanego, przy założeniu że inne sygnały tych cech
nie mają. Najbardziej uniwersalna reguła wypracowana przez
teoretyków od wykrywania sygnałów użytecznych na tle różnorodnych
sygnałów zbędnych, czyli zakłócających, polega na
obliczeniu tzw. funkcji korelacji sygnałów nadawanego i odebranego.
W odróżnieniu od innych opracowań tutaj nie zaczniemy
od odwołania się do matematycznej formuły funkcji
korelacji, gdyż ten sformalizowany zapis dla większości Czytelników
jest zwykle odstraszający i nie sprzyja zrozumieniu zagadnienia.
Intuicyjnie rzecz jest dość zrozumiała.
Korelacja w ogólnym rozumieniu znaczy nic innego jak
wzajemny związek, co w szczególności może oznaczać podobieństwo.
W przetwarzaniu sygnałów korelacja to określanie
stopnia dopasowania dwóch przebiegów w dziedzinie
czasu i wyznaczania momentu czasowego, w którym następuje
największy współczynnik ich wzajemnej korelacji, czyli
najlepsze ich dopasowanie. W przypadku radaru PCL chodzi
o poszukiwanie podobieństwa między sygnałem oryginalnym
odebranym jedną anteną, a sygnałem echa odebranym drugą
anteną, aby spośród wielu sygnałów zidentyfikować echa,
które pochodzą od tegoż oryginału. Interpretację funkcji korelacji
najlepiej zaprezentować na przykładzie. Na rys. 2a pokazane
są dwa przebiegi, które na pierwszy rzut oka wykazują
pewne podobieństwo. Zobaczmy, jak to podobieństwo zostanie
zwymiarowane poprzez funkcję korelacji.
Aby wyznaczyć funkcję korelacji wzajemnej obydwu sygnałów,
należy:
a) podzielić obydwa przebiegi na możliwie krótkie odcinki czasowe;
teoretycznie ich długość powinna dążyć do zera, ale
w praktyce trzeba pracować na skończonym przedziale
czasowym,
b) rozstawić obydwa przebiegi względem siebie tak, aby nie
pokrywały się,
ELEKTRONIKA 11/2009 101