Một ứng dụng xử lí tín hiệu là một phần tiêu biểu của hệ thống lớn. Như ví dụ, hình 1-11 cho thấy sơ đồ khối của một hệ thống theo dõi và xử lí tín hiệu tín hiệu rada. Hệ thống bao gồm hệ thống con vào/ra (I/O) để lấy mẫu và số hóa mỗi tín hiệu từ radar rồi lựa những giá trị mẫu đưa vào bộ nhớ dùng chung. Một bộ xử lý tín hiệu số sẽ xử lý các giá trị được lấy mẫu này. Dữ liệu được tạo ra từ đây được một hay nhiều bộ xử lí dữ liệu phân tísh, sau đó hiển thị hay phát sinh những lệnh để điều khiển radar và lựa chọn những tham số để sử dụng trong chu trình tiếp theo của việc lựa chọn và phân tích dữ liệu.
Để tìm kiếm những đối tượng quan tâm trong phạm vi giám sát, radar quét vùng này bằng việc hướng ăngten của nó theo từng hướng tại mỗi thời điểm. Tại thời điểm
ăngten dừng lại tại một hướng, trước đó nó gửi đi xung tần số radio ngắn, sau đó nó lựa chọn và kiểm tra mỗi tín hiệu gửi về ăngten.
Mỗi tín hiệu sẽ chỉ bao gồm tiếng ồn xung quanh nếu xung được truyền đi không va vào bất kì đối tượng nào. Ngược lại, nếu có một đối tượng phản hồi (ví dụ, một máy bay hoặc một cơn bão) ở tại một khoảng cách x mét tính tới ăngten, thì tín hiệu phản hồi từ đối tượng tới ăngten xấp xỉ 2x/c giây sau khi xung truyền đi, trong đó c = 3x108 m/s là vận tốc của ánh sáng. Tín hiệu phản hồi thu được tại thời điểm này thường mạnh hơn khi không có đối tượng. Nếu đối tượng chuyển động, tần số của tín hiệu phản hồi sẽ yếu hơn xung truyền đi. Số lượng của tần số chuyển (gọi là Doppler) – tỷ lệ với vận tốc của đối tượng. Vì vậy, bằng việc kiểm tra độ mạnh và dải phổ của tần số tín hiệu phản hồi, hệ thống có thể xác định có hay không những đối tượng ở hướng được chỉ ra của ăngten và nếu có đối tượng, thì vị trí và vận tốc của chúng là bao nhiêu.
Hình 1.11. Xử lý tín hiệu radar và hệ thống hiệu chỉnh mẫu dữ liệu đã số hóa Bộ nhớ 256 – 1024 mẫu /thùng Bộ xử lý dữ liệu DSP Các Bộ xử lý tín hiệu Các bản ghi lên rãnh Các thông số xử lý tín hiệu Các trạng thái điều khiển Radar
Đặc biệt, hệ thống chia khoảng thời gian mà ăngten dừng lại để tập hợp tín hiệu phản hồi thành những khoảng thời gian rời rạc. Mỗi khoảng thời gian tương ứng với một phạm vi xác định bằng khoảng cách đến Radar, và độ dài của khoảng cách này quyết định việc phân chia các khoảng đó (trong ví dụ, nếu khoảng cách là 300 mét, thì khoảng phân chia dài một micro giây.[1]). Đầu ra này đại diện một sự biến đổi Fourier riêng biệt tương ứng với từng đoạn của tín hiệu phản hồi. Dựa vào những đặc trưng của sự biến đổi, bộ xử lí tín hiệu quyết định có đối tượng trong phạm vi đó hay không. Nếu có một đối tượng, nó sẽ phát sinh một rãnh bản ghi chứa đựng vị trí và vận tốc của đối tượng và đặt những bản ghi vào bộ nhớ dùng chung.
Thời gian yêu cầu cho xử lý tín hiệu được quyết định bởi thời gian yêu cầu để đưa ra biến đổi Fourier, và thời gian này gần như là tất định. Độ phức tạp của biến đổi Fourier nhanh là 0(n log n) [1], trong đó n là số lượng của giá trị lấy mẫu trong mỗi phạm vi, n thay đổi từ 128 cho tới vài nghìn. Vì vậy, nó dùng 103 tới 105 phép nhân và phép cộng để thực hiện biến đổi Fourier. Và ăngten dừng lại ở mỗi phương hướng khoảng 100 ms và phạm vi phân chia khoảng của radar là 100 khoảng phạm vi. Sau đó hệ thống xử lí tín hiệu phải làm 107 tới 109 phép nhân và phép cộng trên một giây. Điều này rất tốt trong bộ xử lí tín hiệu số ngày nay.
Sự theo dõi (Tracking). Tiếng ồn mạnh và sự can thiệp của con người có thể làm quá trình xử lý và dò tìm tín hiệu có những kết luận sai về sự có mặt của những đối tượng. Một bản ghi theo dõi của một đối tượng không tồn tai gọi là một trả lời sai. Một ứng dụng khảo sát tất cả các bản ghi theo dõi theo thứ tự để tìm ra phản hồi sai từ những dữ liệu thưc và cập nhật quĩ đạo của các đối tượng được phát hiện gọi là bộ theo dõi (tracker1) .Sử dụng thuật ngữ của vùng phụ thuộc, có thể nói rằng sự giám sát gán mỗi giá trị phép đo (nghĩa là, bộ dữ liệu về vị trí và vận tốc chứa đựng trong mỗi rãnh bản ghi được phát sinh bên trong khi quét) vào quĩ đạo. Nếu quĩ đạo là hiện hữu, giá trị phép đo đưa ra vị trí hiện thời và vận tốc của đối tượng chuyển động dọc theo quĩ đạo. Nếu quĩ đạo là mới, giá trị phép đo đưa ra vị trí và vận tốc của một đối tượng mới có thể.
Cho qua cửa (Gating). Một cách tiêu biểu, sự giám sát thực hiện trong hai bước: sự cho qua cửa và kết hợp dữ liệu [Bog]. Cho qua cửa là quá trình đặt mỗi giá trị đo vào một trong hai quĩ đạo tùy thuộc vào nó gán cho một hoặc nhiều hơn các quỹ đạo được xác lập. Quá trình cho qua cửa gán thăm dò một giá trị đo vào một quĩ đạo xác định nếu nó nằm trong khoảng cách ngưỡng G tính từ vị trí hiện thời được chỉ ra và
1
Thuật ngữ sự theo dõi cũng tham chiếu tới quá trình của việc theo dõi một đối tượng riêng lẻ (ví dụ, một máy bay dưới sự quan sát, ..v…v..)
vận tốc dự đoán hiện thời của đối tượng chuyển động dọc theo quĩ đạo. (Ở dưới, chúng ta gọi khoảng cách giữa chính xác và giá trị khoảng cách dự đoán của sự phân định.) ngưỡng G được gọi là cổng theo dõi (track gate). Nó được chọn sao cho xác suất giá trị đo hợp lệ rơi vào vùng giới hạn bởi một hình cầu bán kính G xung quanh giá trị chỉ ra là một hằng số mong muốn.
Sơ đồ 1-12 minh họa cho quá trình này. Ban đầu, máy tính giám sát vị trí và dự đoán (vận tốc) của đối tượng trên mỗi quĩ đạo đã xác lập. Trong ví dụ này, có hai quỹ đạo đã xác định, L1 và L2. Chúng ta cũng gọi vị trí dự đoán của đối tượng trên rãnh L1 và L2. X1, X2, X3 là các giá trị đo đưa ra từ ba rãnh bản ghi. X1 được chỉ định thuộc L1 bởi vì nó trong khoảng cách giới hạn G từ L1. X3 được chỉ định thuộc cả L1 và L2 vì lí do tương tự. Mặt khác, X2 không được chỉ định thuộc bất cứ quĩ đạo nào. Nó đại diện một phản hồi sai hoặc một đối tượng mới. Từ đó không thể phân biệt giữa hai trường hợp này, sự giám sát giả thuyết rằng X2 là vị trí của một đối tượng mới. Dữ liệu radar tiếp theo sau sẽ cho phép sự giám sát có hiệu lực hoặc phế bỏ giả thuyết này. Trong các trường hợp cụ thể, sự giám sát sẽ cân nhắc kỹ trước khi bỏ qua quĩ đạo này.