Рис. 3.7. Реализации импульсного сигнала, принятого без пространственного усреднения (Lo - относительная протяженность отражающей пластины):

« -L„=1,0; б -£,„=1,33

вающей площади соответствуют расчетным. Характерной особенностью является то, что с течением времени максимумы интенсивности (яркие пятна) продолжают формироваться там же, где они сложились вначале. Это является следствием сильной временной корреляции для данного сигнала, установленной ранее.

Теоретические результаты анализа рассеяния коротких импульсов на шероховатой поверхности подтверждаются экспериментальными данными. На рис. 3.7 приведены фотографии с экрана анализатора импульсов. На каждом снимке изображены две реализации сигнала, соответствующего отражению импульса по форме близкого к гауссовой, от шероховатой наклонной плоскости. Снимки сделаны при различных наклонах отражающей пластины, чем объясняется различная ширина отраженных импульсов. Протяженность излучаемого импульса равна «0,2 протял<енности пластины. На снимках ясно видно, что величина флуктуации соизмерима со средним значением, а временной масштаб определяется длитель-

«остью исходного импульса. Усредняющее действие приемной апертуры демонстрируется фотографиями рис. 3.8. Снимки 2, 3 сделаны соответственно при относительных размерах апертуры 1,5; 2,5; 8. Видно, что глубина флуктуации уменьшается в соответствующей пропорции.

Приведенные иллюстрации демонстрируют флуктуационные свойства импульсных сигналов и ограниченную информативность отдельных реализаций относительно формы цели.

Дело заключается в том, что в ряде случаев флуктуации, имеющие уровень <~/(;)>, приобретают временной масштаб, сравни-

Рис. 3.8. Пространственное усреднение импульсного сигнала приемной апертурой (И» - относительный размер приемной апертуры)

в -я,-1,5; б -Яо=2,5; в - Яо=8

мый с полной длительностью сигнала и полностью искажают форму импульса. Поэтому целесообразно оценить информативность сигнала именно в смысле «похожести» его реализаций на /(/) при различных условиях облучения и приема. В качестве критерия, позволяющего сделать такую оценку, используем нормированнук> величину интегральной дисперсии отклонений.

Не выходя за рамки приближений, сделанных при выводе дисперсии J{t), получаем, что для любого типа импульсного сигнала, когда цель не разрешается приемной апертурой, г\=1. Это обстоятельство говорит о плохой «похожести» реализаций на J{t). Возникает вопрос о необходимости усреднения реализаций сигнала для снижения дисперсии и получения сигнала, более эффективно передающего форму объекта. Усреднение может быть выполнено накоплением декоррелированных значений J{t).

При наличии М независимых реализаций Jiit), из которых фор-

мируется сигнал J{t)= Ji{t), дисперсия может быть сниже-

на в М раз: а/= -<Я(0>- На практике это может быть получено м

формированием каждого отсчета интенсивности Ji{t) за счет детектирования М корреляционных «объемов» сигнала. Количественно влияние величины М на информационные возможности сигнала будет проиллюстрировано при анализе алгоритмов распознавания.

Анализ корреляционных свойств флуктуации позволяет перейти к описанию статистики сигнала после фотодетектирования. Как следует из (1.5.5), распределение числа фотоотсчетов зависит от количества областей корреляции М интенсивности в продетектиро-ванном сигнале. В простейшем случае, когда речь идет о коротких временных интервалах Ti (освещенная площадь на цели изменяется несущественно), М может быть оценено через «средние» количества временных и пространственных областей корреляции на интервале Ми, Moiti):

где Ti - время детектирования; х - длительность импульса.

Аппроксимируя далее зондирующий импульс прямоугольной формой, получим, что Mti = T/Nx (Г -длительность отраженного-сигнала; -число дискретов анализа At) постоянно. В свою очередь, Mo{ti)=SSo{ti)lkR является функцией времени.

Рассмотрим случай, когда статистика фотоотсчетов удовлетворяет пуассоновскому распределению, т. е. когда величина Л!,!-

Тогда, если во всем интервале наблюдения осуществляется N отсчетов интенсивности, то отношение правдоподобия для двухальтернативной гипотезы имеет вид

Z = ft,lnilL

(3.6.1)

При Л>1 распределение величины Z достаточно хорошо аппроксимируется нормальным распределением. Следовательно эффективность алгоритма распознавания, основанного на этой величине, может быть рассчитана по формуле (5.6.25), в которой средние значения и дисперсии определяются по аналогии с (5.6.26):

Z, = \]({ni,+-no))lnp;

y;((«,)+«o)in2ii4±i

L i=l

(3.6.2)

k = l,2.

В качестве иллюстрации рассмотрим следующую двухальтерна-тивную гипотезу: первая - конус, развернутый вершиной к падающему излучению; вторая - сфера, имеющая одинаковую с конусом протяженность отражающей части Lq. Вид использованных нормированных импульсных отражательных характеристик приведен в табл. 3.3. Обозначения имеют следующий смысл:

i(t)= (У ())/(У())та., i = it-2Ro/C)/{Lo/C).

Расчеты эффективности выполнены при различных величинах tC/Lq и отношении сигнал/фон \/a=nAtfno. Величина п имеет смысл плотности потока фотоотсчетов при / = </(0>тах.

Результаты расчета эффективности представлены на рис. 3.9.

Практический интерес представляет оценка изменения эффективности алгоритма (3.6.1) в случае, когда условиями локации определяются конечные, небольшие числа Mi. Тогда

г JV . . . . . -.1/2

L [ = 1

д (пп) + П(Л

<«i2)

k=l,2..

Расчеты показывают, что для сохранения эффективности при уменьшении М до AljlO требуется увеличение энергии сигнала в несколько раз. Учет изменения статистики щ в зависимости от изменения Мг в пределах длительности сигнала может быть введен непосредственно В структуру алгоритма распознавания. Для этого одновременно с регистрацией щ должна вестись оценка текущего характерного размера освещенной части цели.

Проведенная оценка говорит о том, что анализ импульсных сигналов может быть достаточно эффективным средством повышения

Таблица 3.3

Объект

-t=2Z,o/C

z=.o,mu/c

Конус

Сфера

о < < 2 2 < <4

2 1

.1 < < 2

2 < <3

/ t \

! / М2

, о <2

f(0= -

f t \3

2 < <4

i{i)= - t- - t +

i (i)

i, 0< < < 1

3 15

-z-h-:ri +

<<2

1 9

•(0=-

27 27 • --t + -,2<t<3

W = -(0,

0 <t <2

+ 1,0 <<2

информативности лазерного локатора, особенно в случае малых угловых разрешений приемной апертуры.

3.7. Описание комплексного алгоритма распознавания

Рассмотренные методы обработки лазерных локационных сигналов позволяют получать различную информацию о наблюдаемой цели. Изложенные общие принципы построения алгоритмов распознавания позволяют оптимальным образом использовать эту информацию для решения задач распознавания. Большое разнообразие, связанное как с обработкой принимаемого сигнала, так и с самой получаемой информацией, приводит к тому, что в общем случае решение о наблюдаемой цели принимается не по результатам работы какого-то одного частного алгоритма распознавания, а является выводом из сопоставления результатов всех частных алгоритмов. В этом смысле алгоритм распознавания в лазерной локации является комплексным. Конечно конкретный вид комплексного

20 п

Рис. 3.9. Графики оценки вероятности распознавания объекта <Ро) по импульсному сигналу:

-----Т=2До/С; ------Т =

«=До/С; т = 0,002 UIC; 1 - а =

=0,5; г-а=0,1; 3-а=1; 4 - а=2;

й - /¥=10, Ь - Л = 20

алгоритма распознавания определяется конкретной локационной системой и теми задачами, которые перед ней ставятся. В качестве иллюстрации рассмотрим схему подобного алгоритма, учитывающую основные из описанных методов обработки принимаемого сигнала.

Для определенности будем ориентироваться на алгоритм распознавания, основанный на правиле (3.4.2). Соответствующая схема представлена на рис. 3.10. Входной информацией, в качестве которой в правиле

(3.4.2) выступал вектор г/, в данном случае является непосредственно принимаемый сигнал е(р, t). Этот сигнал, пройдя светофильтр, поступает в оперативные системы анализа параметров атмосферы, анализа фоновой обстановки и анализа характеристик поверхности лоцируемой цели. Первая и вторая системы являются практически автономными. Что касается алгоритмов, позволяющих проанализировать характеристики поверхности цели, то в качестве таковых могут быть использованы алгоритмы, изложенные в разд. 2.6.

По информации, получаемой из первых трех систем, осуществляется определение статистического описания принимаемого лазерного сигнала, что служит исходной информацией для выбора конкретного канала обработки и формирования величины (3.4.2). Каналы К\, Кч, Кг предназначаются для распознавания целей, имеющих поверхности, приближающиеся по своим свойствам к зеркальным, а каналы Ki, Кь, Кб - Для распознавания целей с шероховатыми поверхностями.

Канал /(i подключается в том случае, когда наблюдается цель с зеркальной поверхностью н влиянием искажений, вносимых турбулентной атмосферой, можно пренебречь. При аналогичных условиях, но при наблюдении цели с шероховатой поверхностью обработка принимаемого сигнала осуществляется в канале Ki. Согласно результатам разд. 3.1 для формирования величины (3.4.2) в канале Ki осущеставляется голографическая обработка лазерного сигнала, заключающаяся в просвечивании набора голограмм, соответствующих всем эталонным образам. Значение интенсивности, регистрируемое в фокальной плоскости линзы, после про-