Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации (1992), страница 14

Флуктуации принимаемого сигнала обусловлены причинами, о которых шла речь в 9 2.1. Возможны следующие виды флуктуаций ~некогорен~тной пачки радиоим~пульсов: независимые (быстрые), при которых амплитуды импульсов статистически независимы между собой (см. риис, 2.10,з), и дружные (медленные), когда флуктуации амплитуд являются полностью коррелированными (см. рис. 2.10,б). Между этими предельными видами флуктуаций расположены частично коррелирова|нные флуктуап1ии, интервал корреляции которых сравним с периодом повторения импульсов Т„и длительностью пачки.

Если флуктуации независимые и сгписываются законом Рэлея (72), то, используя (83) и (75), получаем алгоритм оптимального обнаружения: и Хай,» (2.88) Г=г Лг Это означает, что структурная схема оптимального обнаружителя некогерентной .пачки нева(висимо ~флуктуирующих радиоиматульсов совпадает со схемой на рис. 2.17, при этоаи характеристика детектора для любых сигналов должна быть квадратичной.

При некогерентной пачке дружно флуктуирующих радиоимпульсов отношение правдоподобия имеет вид А- ( р ( — — ' т. е() и (, ( — „) „((л, (2.39( О д'О (=! г=! д'0 где распределение амплитуды шз(а) определяется (72). Интеграл (89) вычвсляется с помощью аси~мптотического представления (85), при этом структурная (схема обнаружителя опять приводится к схеме на рис. 2.17 с тем условием, что характеристика детектора должна быть квадратичной для слабых сипналов и липей:ой — для сильных. Более сложным оказывается синтез оптимального обнаружителя при частично коррелированных флу(ктуациях.

Учитывая, что оптимизация обработки наиболее важна для слабых сипналов и ыо вид флуктуаций,на практике не всегда известен, обнаружитель флуктуирующей пачки радиоим(пульсов целесообраз(но строить по алгоритму (88) (см. (рис. 2.17). Расчет характеристик обнаружения флуктуирующих пачек импульсов довольно сложен и обычно выполняется с помощью ЭВМ. На рис. 2.20 построены характеристики обнаружения некогерентной пачки радионмпульсов, которая подвержена экслоненциальнокоррелираванным флуктуациям" и обрабатывается согласно (88). Здесь параметр (7 равен половине среднего отношения сигналлп шум по мощности.

Из рис. 2.20 уу,у видно, что увеличение интервала ууд корреляции флуктуаций привоуу дит к ухудшению характеристик УУ "ег обнаружения, причем пороговое уу отношение сигнал-шум при переду ходе от независимых флуктуаций уу к дружным возрастает значим тельно — в рассматриваемом слууу чае в 10 раз (при 77=0,95).

уу Поэтому при проектировал г г у (ее,п нии РЛС целесообразно при- нимать меры, обеспечивающие Рис. 2.20. Характеристики оонаружения флу(тунруюпгих сигналов для независимые флуктуации сигна- Л(-Вй и Р=1О-е ла. Возможность этого обуслов- " Методнка расчета и графики для других значений Ф и Р приведены и [53) . 68 лена тем, что вид флуктуаций зависит от свойств не только облучаемого объекта, но и зондирующего радиосигнала. Изменяя несущую частоту от импульса к импульсу на б/)с/ю(, где ю( — проекция максимального размера цели на направление линии визирования, можно добиться практически независимых флуктуаций сигнала.

Пороговая мощность сигнала. По характеристикам обнаружения монюно определить пороговое отиошение сигнал-шум ю/„„а затем и пороговую мощность сигнала Р..р, необходимую для расчета дальности действия ($ 1.4). Пороговая мощность сигнального импульса связана с его пороговой энергией Еоор соотношением Роор=Еюор/тэф, где тэф = тв = )" Р(!)ю(!/Є— эффективная длительность импульса; Р(!) о форма импульса по мощности; т„— длительность импульса но основанию; Є— им~пульоная мо~щность. Выразим теперь Р.„через пороговое отиошение сигнал-шум ю/ р=Еоюр/йо, где Мо— спектральная плотность шумов приемной системы. В результате Рпор=ю/пюр/уо/тэф.

Учитывая внутренний шум приемника, коэффициент шума которого У, а также внешние естественные помехи, которые мож~но учесть введением шумовой температуры антенны Т„имеем Хо — — ЯюйТю, где коэффициент шума приемной системы У,=(Т,/Тю)+Я вЂ” 1; й — постоянная Больцмана; Тю — 290 К— стандартная темнература для определения коэффициента шума; йТю=4.10 —" Вт/Гц. В реальном приемнике возникают потери в отношениями снгнал-шум в т раз по сравнению с оптимальным приемом сипнала. Поэтому для обеспечения зада~нных характеристик обнаружения в реальной системе пороговую мощность импульса нужно увеличить в т раз, в результате Рпор = т ю/пор /Ую й Тю/тюе. Для расчета Р..р по этой формуле нужно определить вначале пороговое отношение сигнал-шум ю/„р.

При расчете дальности действия РЛС в режиме обнаружения ю/,р — — Т(О, Р), где функция ! определяется характеристиками обнаружения, зависящими от вида принимаемого сивнала; Р и Р— вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги, которые необходимо обеспечить при обнаружении сигнала в одном элементе разрешения.

Значения 0 и Р, в свою очередь, определяются по вероятностям правильного обнаружения /)ююю и ложной тревоги Рююю, заданным для всей зоны обзора РЛС. Если зона обзора состоит из т элементов разрешения, то при независимом принятии решений в каждом элементе Р,ю,=(1 — (1 — Р)'", О,ю,=1 — (1— — Р) (1 — Р) '.

Прн тР«1 получаем ЮжРюою, Р Роюю/пг. В об- 6У Таблица Пороговое отношение сигнал-шум Флуктуации Панка [[у/1п(1!Р)+ РУ!о [1/(1 — /))[ — 1,4['/// Отсутству. ют Коге- рентная [(!и Р/!п /)) — Ц //(/ Дружные — — Х вЂ” Х. [/ 1+2Х.+ —.Х!+ Х + 1 [(Х,+Х )а ° / 2 а а й/~ 2 Р 2 ! -[/гУ 1 1 ! 2ха (2/3) Ха+Ха Отсутству- ют Некоге- рентная [!/Дг(! — /))] [!и (1/Р) + ([г'У вЂ” 1) [г/2 1п (1/Р)) Дружные (1/Д/) (Ха + Ха) [ [у/ге*+ (Ха + 2хв) /3[ Независи- мые П р и м е ч а н и я; 1.

Начальная фаза когерентной пачки радиоимпульсов случайна. 2. Вторая строка таблицы дает точное соотношение для де„, остальные — приближенное. 3, Х,на [гу21п(1/и) — 2,8, Хани [у 2 1п[1Я! — В)) — 2,8. В таблице приведены расчетные формулы для порогового отношения сигнал-шум д„,р (в односум импульсе) при различных моделях пачек из А/ импульсов, наблюдаемых на фоне белого шума. 2.б. ПОМЕХИ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ Модель белого шума, применительно к которой велось изложение в $ 2.4, 2.5, как уже отмечалось, хорошо описывает собственный или ннутреуиий шум приемной системы.

Однако помимо этого шума обнаружению радиолокационных и радионавигационных сигналов мешает и ряд других помех. Дадим их классификацию и краткую ха1рактернстику. 70 щем случае при обзоре по дальности, радиальной скорости, азимуту и углу места значение иа определяется формулой (1.15); входящие в эту формулу меры разрешающей способности зависят от вида зондирующего сигнала и находятся по метод~яке, изложенной ~в гл. б. Виды помех. В зависимости от способа образования помехи подразделяют на активные, создаваемые различными источниками мешающих излучений, и пассивные, образуемые ~в результате переотражения зондирующих сигналов от мешающих объектов. Как активные, так и пассивные помехи могут быть преднамеренными (организованными, умышленными) и непреднамеренными.

Активные непреднамеренные помехи можно разделить на естественные, т. е, имеющие природное происхождение, и искусственные, включающие в себя индустриальные и взаимные помехи. Естественные помехи вызываются радиоизлучением Земли и ее атмосферы, многочисленными грозовыми разряда~ми, радиоизлучением космических объектов (Солнца, Луны, звезд). Индустриальные помехи создаются работающими электрически~ми а|ппаратами, линиями электропередач, системами зажигания двигателей внутреннего сгорания и т. д.

Взаимные помехи вызываются воздей~ствием излучений различных радиосистем и радиоуспройств друг на друга, при этом они могут ~быть межсистемными — помехи между система~ми одного и того же или различных классов (РЛС, РНС, системы радиосвязи и др.) и внутрисистемными — помехи между различными радиоустройствами одной и той же системы. Пассивные ~непреднамеренные помехи возникают при радиолокационном наблюдении целей на фоне мешающих отражателей природного происхождения, включающих земную и водную поверхности, гидрометеоры, северные сияния и др. Переотражен~ный мешающими объекта~ми сигнал образует помеховый фон, затрудняющий обнаружение полезного сипнала, отражемного от цели.

Преднамеренные помехи создаются противником с помощью средств радиопротиводействия для нарушения нормальной работы РЛС и РНС. Активные преднамеренные помехи создаются специальными радиопередающими устройствами. Пассивные преднамеренные помехи возникают в |результате переотражения радиолокацион~ных сигналов от искусственных мешающих объектов: диполыных отражателей (в виде полувол~новых вибратором из фольги, металлизированного стекловолокна и т. п.) и ложных целей.

По характеру воздействия на работу РЛС и РНС перечисленные помехи можно разделить на маскирующие, образующие помеховый фон и действующие подобно внутреннему шуму прием~ника, и имитирующие, вносящие ложную информацию о сигналах и пх параметрах. В зависимости от характера протека~ния во времени помехи делят на импульсные и непрерывные. Импульсные помехи могут быть синхронными, когда частота повторения помехавпх импульсов равна или кратна частоте повторения полезных сигналов, и несинхронными, когда ука|занные чаатоты находятся в произвольпом соотношении друг с другом. Заметим, что поступающая на вход приемника последовательность помеховых импульсов 71 на выходе его линейной части может дать непрерывную помеху прн достаточно узкой полосе пропуска~пня приемника.

Математические модели. Для решения задач оптимальной обработки (в том числе и обнаружения) сигналов на фоне помех последние нуждаются в адекватном математическом описании. Для этого используют детерминированные и ~случайные фун~кции, причем модели помех можно разделить на детерминированные, квазидетерми~нированные и стохастнческие. Модели детерминированных и квазидетерми~нированных помех строятся аналогично рассмотренным моделям детерминированных и квазидетерминировавных сигналов Детерминированная помеха з„(1) — де~терминироваиная функция времени — может быть полезной при описании взаимных помех.