Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации (1992)

Ю.Г. Сосулин ББК 32.95 С 66 УДК 621.396.6 (075) . И=:.—:-РМИОНА'ВИПЩИИ Р е ц е н з е н т ы: кафедра радиотехнических систем ЛИАП; докт. техн, наук, проф. 'П. А. Бакут Допуи)ено уосЯаретвеьннглмь.комитетом СССР по народному образованию в качестве ' учебнвго поеобия для студентов реданция литературы мо раднотехннне н электросвязи радиотернических спе1)дальностей вузов 15 ВМ 5-256-01019-0. Москва «Радио и связь» 1992 2302920000-040 046(01)-92 0-92 ББК 32.96 15ВМ 5-256-010! 9-0 © Босулин Ю. Г., 1992 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИИ Сосулнн Ю.

Г. С 66 Теоретические основы радиолокации н раднонавнгацнн: Учеб. пособие для вузов.— Мл Ра~дно н связь, 1992.— 304 сл нл. Приводятся общие сведения о радиолокации н радионавигации, рассматриваются методы измерения координат и определения местоположения объектов. Излагаются основы статистической тео. рии радиолокации и радионавигации; рассматриваются вопросы обнаружения сигналов и оценивания их параметров на фоне шумов и помех различного вида, линейной и нелинейной фильтрации, совместного обнаружения и оценивания сигналов, разрешения и распознавании сигналов, преодоления априорной неопределенности в задачах обработки сигналов, обнаружения и оцекивания параметров траекторир, комплексирования устройств обработки информации.

Для студентов радиотехнических специальностей вузов. Может быть полезна специалистам в области радиолокации и раднонавигации. ПРЕДИСЛОВИЕ Радиолокация и радионавигация впитали в себя достижения многих областей науки и техники и охватывают широкий круг проблем, нашедших отражение в учебной литературе '11 — 17, 721, справочниках 118 — 201, а также в многочисленных монографиях и статьях.

Однако учебный курс должен быть компактным. Вместе с тем он должен быть математически доказательным, чтобы дей. ствительно быть «теоретическими основами...». Кроме того, для лучшего понимания и усвоения материала теоретические результаты должны поясняться «технически» и дополняться результатами эвристического подхода, развитие которого необходимо при подготовке радиоинженера. Совместить в компактном объеме по возможности строгое изложение основных положений современной теории радиолокации и радионавигации с ясностью понцмания физической сущности рассматриваемых явлений и процессов— задача, которую решал автор при написании учебного пособия. Очевидно, «оптимальное» решение этой задачи труднодостижпыо. Поэтому автор будет благодарен всем, кто пожелает высказать свои замечания.

В основу книги положены конспекты лекций по курсу «Теоретические основы радиолокации и радионавигации», которые автор читал в течение ряда лет в Московском авиационном институте. Опыт чтения этих лекций свидетельствует о том, что наиболее трудным для усвоения студентами материалом является статистическая теория радиолокации и радионавигации. Однако в учебной литературе данный материал не всегда излагается достаточно корректно и полно. Поэтому автор наибольшее внимание уделил изложению основ статистической теории радиолокации и радионавигации, исключив из книги некоторые традиционные разделы, хорошо изложенные в учебной литературе. Для понимания материала учебного пособия необходимо знание основных понятий втузовского курса по теории вероятностей и математической статистике, а также статистической радиотехники 121, 22~.

В конце книги приведен список литературы, включающий в себя не только учебные пособия и справочники, но и специальные монографии и статьи. Эта литература потребуется 3 при желании студента расширить и углубить свои знания в процессе самостоятельной подготовки и особенно при проведении им научно-исследовательской работы, без которой нельзя подготовить высококвалифицированного, творческого специалиста.

В книге принята двойная нумерация формул: первое число— номер главы, второе †ном формулы в пределах параграфа. При ссылках внутри параграфа используется только номер формулы. Гл а и а 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОЛОКАЦИИ И РАДИОНАВИГАЦИИ 1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Радиолокация — обнаружение, определение местоположения и выявление свойств движущихся и неподвижных объектов с использованием радиоволн, отраженных или излученных этими объектами. Радиолокацией называют также область науки и техники, охватывающую методы и средства решения указанных задач.

Объекты радиолокации называются радиолокационными целями; их можно подразделить на аэродинамические (самолеты, вертолеты, крылатые ракеты); баллистические и космические (боеголовки, спутники); наземные и надводные (автомашины, корабли); природного происхождения (планеты, молнии, облака, дождь, ориентиры на местности и т. д.). Технические средства получения информации о радиолокационных целях — радиолокационной информации — называются радиолокационными станциями или радиолокаторами.

Совокупность радиолокационных станций и вспомогательных технических средств, взаимосвязанных между собой и предназначенных для решения какой-либо тактической задачи радиолокации, называют радиолокационной системой (РЛС). Отметим, что этот термин неоднозначен. Так, одна радиолокационная станция является системой, состоящей из взаимосвязанных радиоустройств, способных решать радиолокационную задачу, и поэтому также обычно именуется радиолокационной системой. Радионавигация — определение местоположения объектов ы обеспечение их движения по заданным траекториям с помощью радиосредств.

Объектами радионавигации являются управляемые летательные аппараты (воздушные и космические), морские корабли и др. Совокупность взаимодействующих радиоустройств я вспомогательных технических средств, расположенных на подвижном объекте ы вне его, предназначенных для решения тактичес- в кой задачи радионавигации, называют радионавигационной системой (РНС).

Радиолокационные н радионавигационные системы, осуществляющие обработку радиолокационной и радионавигационной информации, относятся к широкому классу информационных радиосистем. При этом большинство РЛС и РНС составляют его важный подкласс, являясь радиосистемами извлечения информации. Эти радиосистемы из принимаемых радиосигналов извлекают полезную информацию о радиолокационных и радионавигационных объектах. Обрабатывая получаемую информацию, указанные радиосистемы решают радиолокационные и радионавигационные задачи, основными из которых являются: обнаружение объектов, измерение координат и параметров движения, разрешение объектов, распознавание объектов.

Обнаружение состоит в принятии решения о наличии нли отсутствии объекта в заданной области пространства. Измерение координат и параметров движения сводится к получению оценок координат объектов и их производных (скорости, ускорения). Число и вид измеряемых координат определяются назначением РЛС и РНС и выбранной системой координат, в которой определяется местоположение объекта. Разрешение сводится к обнаружению и измерению координат и параметров движения объекта при наличии в исследуемом участке пространства других объектов. Распознавание состоит в установлении принадлежности объекта к определенному классу.

Радиосистемы извлечения информации, и прежде всего радиолокационные, в зависимости от происхождения принимаемого радиосигнала подразделяют на активные и пассивные. В активных радиосистемах информация выделяется из радиосигналов, полученных в результате облучения объекта зондирующим электромагнитным колебанием — зондирующим сигналом — и приема отраженной от объекта энергии. Поэтому активная радиосистема состоит из радиопередающего устройства РПдУ (передатчика), передающей и приемной антенн и радиоцриемного устройств РПрУ (приемника) (рис. 1.1,а). Наличие двух антенн у активной радиосистемы не обязательно. Можно ограничиться и одной антенной, если обеспеяить необходимую развязку приемного и передающего каналов; при импульсном зондирующем сигнале это осуществляется с помощью антенного переключателя АП (рис. 1.1,б).

В пассивной радиосистеме извлечение информации осуществляется без облучения объекта электромагнитными колебаниями. Объект сам является источником излучения. Поэтому пассивная сИстема состоит из приемной антенны и радиоприемного устройства (рис. 1.1,в). $ РРэгяхо Э Ф э РРРР Рбрв гтдрР а) б) б,) ГРРлРЯ вЂ” -р Цт~в ййаеем а) ! рмргм ген ! , рррр рррр ! ! ' РРлР РРрр ! ЛдлР ! ! ! Рад Ф ! — — т в) б) РРРР Мрв Ркс.

1.1. Обобщенные структурные схемы РЛС к РНС: и, б — антнвнме снстемм, а — пасснвная снстема, г — радноннння, д — антнвная снстема с антявнмм ответом, г — раанесенная система По степени автономности РНС подразделяют на автономные и неавтономные. Неавтономная РНС включает в себя радиолинию, состоящую из Р11дУ, передающей антенны, трассы распространения радиоволн, приемной антенны и РПрУ (рис.

1.1,г).Радиопередающее устройство РПдУ устанавливается в пункте с известными координатами — радионавигационной точке (РНТ). Таких точек обычно несколько, и они могут располагаться на Земле, либо на движущихся объектах — искусственных спутниках Земли и других летательных аппаратах (ЛА). Радиоприемное устройство РПрУ находится на подвижном объекте, местоположение которого требуется определить.

Автономная РНС не нуждается в радиоаппаратуре, устанавливаемой в РНТ; она определяет местоположение подвижного объекта с помощью только бортовых радиоустройств и представляет собой по существу активную РЛС (рис. 1.1), при атом отражающим объектом обычно является земная поверхность. В радиолокации и радионавигации используются также активныг радиосистеме! с активным ответом (рис. 1.1,д).

В таких системах на объекте устанавливается ответчик — приемопередающее устройство, отвечающее на сигналы активной системы — запрос- 7 чика. Активная система с активным ответом содержит две радио- линии — запроса и ответа, при этом в системе наряду с извлечением информации может осуществляться и ее передача. Поэтому такую систему относят к классу комбинированных информационных радиосистем, В зависимости от расположения РПдУ и РПрУ в пространстве РЛС подразделяют на однопозиционные (совмещенные), когда РПдУ и РПрУ размещены в одном пункте (рис. !.1,а,б), разнесенные (бистатические), когда РПдУ и РПрУ расположены в двух пунктах, достаточно удаленных друг от друга, и многопозиционные.