Nhiệm vụ tổng hợp hệ thống xử lý tín hiệu ra đa là kết hợp tối ưu các chế độ quan sát không gian, chế độ thăm dò và các thuật toán xử lý đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Lựa chọn phương pháp quan sát không gian (song song hoặc tuần tự trong mặt phẳng góc tà và phương vị), các đặc tính tín hiệu thăm dò (như dải tần, độ rộng, luật điều chế và chu kỳ lặp lại) và chế độ thăm dò không gian theo thời gian đều ("thăm dò đối xứng") hoặc không đều khi chu kỳ lặp lại so le ("thăm dò không đối xứng") quyết định việc xây dựng hệ thống phát hiện tín hiệu trên nền nhiễu.
Xử lý số tín hiệu trong các hệ thống ra đa tích cực thường kết hợp xử lý thời gian trong chu kỳ (thời gian nhanh), xử lý thời gian giữa các chu kỳ (thời gian chậm) [84], [88] và xử lý không gian.
Xử lý thời gian nhanh được thực hiện trong mỗi hàng mạng anten mà thực chất là lọc tối ưu tín hiệu đơn của chùm phương vị trên nền nội tạp máy thu. Lý thuyết lọc tối ưu tín hiệu đơn (cả tín hiệu đơn giản và "phức tạp") đã được phát triển khá đầy đủ, đã được xét kỹ, ví dụ, trong các tài liệu [4], [6], [7], [43].
Xử lý thời gian chậm nhằm tích lũy hiệu quả các xung trong chùm phương vị trên nền nhiễu tiêu cực và nội tạp máy thu. Một trong những cách có thể để giải quyết
vấn đề này là sử dụng cửa sổ trọng số cho phép thu được mức búp bên thấp trong đặc tính tần số các bộ lọc (cửa sổ Dolph-Chebyshev, cửa sổ Kaiser-Bessel, v.v.) [12], [28], [41], [74]. Tuy nhiên, phương pháp xử lý giữa các chu kỳ này có thể không hiệu quả do sự hiện diện một số yếu tố làm biến dạng hàm trọng số, bao gồm:
- Điều chế biên độ chùm phương vị do giản đồ hướng anten (GĐHA) [23]; - Các khoảng trống trong chùm phương vị khi tín hiệu thăm dò không được phát ra do có các khoảng dịch vụ xen vào.
Trong những điều kiện này, mức búp bên tăng đáng kể so với tính toán lý thuyết. Sự ổn định đối với biến dạng đáp ứng tần số có liên quan đến yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm trọng số: ngoài đỉnh chính đáp ứng tần số, cần đảm bảo mức búp bên thấp ở mọi nơi.
Một nhược điểm khác của các cửa sổ trọng số là ứng dụng chúng gây ra tổn hao trong phát hiện các tín hiệu có ích. Chẳng hạn, khi mức các búp sóng bên là 50 - 60 dB, các tổn hao này đạt đến 1,5 - 2 dB [71].
Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong thực tế xây dựng hệ thống xử lý giữa các chu kỳ là sơ đồ dựa trên hệ thống MTI với sự tích lũy tiếp theo chùm phương vị [37], [68]. Hệ thống MTI được thiết kế để cung cấp các đặc điểm phát hiện trong các vùng bị ảnh hưởng của nhiễu phản xạ từ bề mặt nền, các địa vật riêng rẽ, các tích tụ khí tượng thủy văn, nhiễu đốm v.v. và nhiễu lưỡng cực có tổ chức [54], [79].
Khi lựa chọn một sơ đồ thiết kế cụ thể cho hệ thống MTI cần tính đến các yêu cầu cơ bản sau:
- Đảm bảo hệ số nhìn dưới nhiễu cho trước đối với mục tiêu trong các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiễu tiêu cực các loại;
- Giảm tổng tổn hao do hệ thống MTI;
- Giảm tổn hao tín hiệu mục tiêu có tốc độ xuyên tâm thấp.
Các yêu cầu này cùng với đảm bảo vùng phát hiện chủ yếu xác định cấu trúc bộ lọc MTI và chương trình thăm dò không gian theo thời gian. Chế độ thăm dò không đều (so le) được sử dụng phổ biến nhất trong ra đa để loại bỏ các vùng tốc độ mù [76], [89]. Lựa chọn quy luật đu đưa được xác định bởi các yêu cầu đối với đặc tính tốc độ thiết bị lọc (chỉ thị) mục tiêu di động (MTI) (độ sâu các rãnh
không, mức độ không đồng đều trong dải thông, v.v.) đối với từng loại ra đa cụ thể. Mặt khác, việc sử dụng chế độ thăm dò với chu kỳ lặp đều cho phép thực hiện tích lũy tương can chùm phương vị, đảm bảo tổn hao tỷ số tín hiệu/tạp tối thiểu khi phát hiện tín hiệu có ích [76].
Cấu trúc bộ lọc MTI điển hình nhất là bộ lọc chặn thuộc loại lọc ngang với đáp ứng tần số có thể điều chỉnh [70], [71], [76]. Điều chỉnh đáp ứng tần số được thực hiện bằng cách thay đổi hệ số dựa trên phân tích các đặc tính phổ nhiễu. Theo kinh nghiệm trong phát triển các ra đa bước sóng khác nhau cho thấy, việc thực hiện các chế độ thăm dò không đều với lõi đu đưa 4 - 5 và bộ lọc với 5 – 6 khâu lọc chặn (BSF -Band-Stop Filter or Band-Rejection Filter) là đủ đối với hầu hết các hệ thống ra đa mặt đất không có nhiệm vụ đặc biệt. Điều này đảm bảo tỷ lệ triệt nhiễu 40-50 dB. Tuy nhiên, sự không đồng đều các đặc tính biên độ - tần số (AFC) trong dải thông đối với từng thành phần sóng dẫn đến tổn hao bổ sung trong phát hiện tín hiệu có ích tùy vào sơ đồ được sử dụng, trung bình là 2-3 dB [82]. Giảm tổn hao tín hiệu trong một hệ thống như vậy có thể đạt được nhờ cải thiện tính đồng nhất đáp ứng tần số bằng cách giảm độ rộng vùng chặn bộ lọc, tối ưu hóa quy luật đu đưa chu kỳ lặp, thay đổi thích nghi dạng đáp ứng tần số tùy thuộc vào môi trường nhiễu, v.v. [24], [45], [67].
Thiết bị tích lũy chùm phương vị làm giảm đáng kể hiệu năng hệ thống máy tính và có thể được thực hiện ở dạng tích lũy không tương can, tích lũy tương can và kết hợp tích lũy tương can - không tương can.
Thuật toán tích lũy chùm phương vị có thể được thực hiện bằng cách tích lũy chùm tương can nhờ các bộ lọc Doppler bao trùm lên dải tần số yêu cầu (Hình 1.7.) [36], [54], [71], [72]. TLTC 1 TLTC N TSB1 TSBN CFAR 1 CFAR N Mạch tổn g hợ p logi c
Đầu vào . Đầu ra
. . . . . . . .
Hình 1.7. Sơ đồ khối bộ tích lũy tương can chùm phương vị
hiện thuật toán tích lũy tương can đầy đủ về nguyên tắc phải là đa kênh. Mạch chứa L kênh giống nhau, mỗi kênh bao gồm một bộ tích lũy tương can chùm N
xung, tách sóng biên độ và thiết bị CFAR. Đầu ra các kênh được kết hợp trong một mạch tổng hợp logic.
Trong trường hợp sử dụng các chế độ thăm dò so le, số lượng bộ lọc cần thiết tăng lên đáng kể và việc thực hiện tích lũy tương can trở nên khá phức tạp.
Thuật toán tích lũy không tương can (TLKTC) chùm phương vị phổ biến được thực hiện sau tách sóng biên độ. Việc thực hiện TLKTC đòi hỏi ít chi phí nhất về phần cứng và máy tính. Tuy nhiên, điều này làm tăng mất mát tỷ số tín/tạp.
Ngoài bộ tích lũy không tương can, một thiết bị ổn định xác suất báo động lầm (CFAR) được đưa vào mạch (Hình 1.8.) để tạo ra ngưỡng phát hiện thích nghi với xác suất báo động lầm cho trước trong các tình huống nhiễu khác nhau [49], [79], [80]. Bộ tách sóng biên độ Bộ tích lũy N nhịp Bộ so sánh Bộ tạo ngưỡng Bộ tích lũy không tương can Thiết bị CFAR
Vào Ra
Hình 1.8. Sơ đồ phát hiện với tích lũy không tương can và CFAR
Để giảm tổn hao tích lũy không tương can khi thăm dò so le có thể sử dụng thuật toán tích lũy kết hợp tương can-không tương can chùm phương vị [54]. Sơ đồ bộ phát hiện với tích lũy tương can - không tương can chùm phương vị(Hình 1.9) chứa L kênh giống hệt nhau, mỗi kênh bao gồm một bộ tích lũy tương can N/n xung (n là kích thước lõi đu đưa), một thiết bị CFAR và mạch tổng hợp logic.
Chuỗi các xung thăm dò trong chế độ không đối xứng (với lõi đu đưa n) có thể được biểu diễn dưới dạng một tập hợp L chuỗi N xung “đối xứng” với khoảng
chu kỳ lặp lại bằng với chu kỳ đu đưa [79]. TLTC 1 TLTC L TSB 1 TSB L CFAR 1 CFAR L Mạch tổn g hợ p logi c
Đầu vào . Đầu ra
. . . . . . . . TLKTC 1 TLKTC L . . .
Hình 1.9. Sơ đồ bộ phát hiện với tích lũy tương can - không tương can chùm phương vị
Khi ấy thuật toán tích lũy tương can - không tương can có thể được thực hiện dưới dạng tích lũy tương can (Doppler) trong chùm phương vị mỗi chuỗi “đối xứng” và tích lũy không tương can bổ sung tiếp theo toàn bộ chùm phương vị.
Việc lựa chọn thuật toán cụ thể để tích lũy chùm phương vị là sự thỏa hiệp giữa tổng chi phí tính toán cần thiết để thực hiện và hiệu quả xử lý.