Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации (1992), страница 5

Это влияние обусловлено следующими факторами: отражением радиоволн от Земли, кривизной ее поверхности, затуханием радиоволн в атмосфере, изменением скорости и направления распространения радиоволн в неоднородной среде. Эти факторы приводят к изменению параметров принимаемого сигнала — мощности, времени запаздывания, смещения частоты, направления прихода.

В результате изменяется дальность действия систем в режиме обнаружения и в режиме местоопределения объектов. Зона действия, как и дальность действия, в разных режимах работы системы определяется по-разному. Зона действия РЛС в режиме обнаружения, называемая зоной обнаружении, представляет собой область пространства, в пределах которого дальность действия в режиме обнаружения не хуже заданной. Зона действия РЛС и РНС в режиме местоопределения, называемая зоной местоопределения, ограничена кривой (при местоопределении на плоскости) или поверхностью (при местоопределении в пространстве), уравнения которых а=г„,„, (1.14) где еп„— допустимое (заданное) значение полной ошибки местоопределения (см.

$ 7.2). 5. Временем обзора называют время, необходимое для однократного обзора заданной зоны действия системы. 21 б. Разрешающей способностью называют способность системы раздельно обнаруживать и определять координаты и параметры движения близко расположенных объектов. Количественно разрешающая способность системы по той нли иной координате (или по параметру движения) 8 характеризуется минимальной разностью Ли=О! — О, значений измеряемой координаты (или параметра движения) двух близко расположенных объектов с одинаковыми значениями остальных координат и параметров движения, при которой возможно раздельное обнаружение объектов и измерение координат О! и Оп с показателями качества не хуже заданных.

Мера разрешающей способности Ль определяет размер элемента разрешения по параметру О. Число элементов разрешения в рабочей зоне зависит от ее размера, количества определяемых координат и значений Ль. В общем случае при обзоре рабочей зоны по дальности и радиальной скорости в диапазонах Ртах Ят!и И !'и тах 1'я т!и, ПО аЗИМуТу И утяу МЕСТа В Прсдсяак СЕКТОРОВ атхх ат!и И Ртхх фт!и ЧИСЛО ЭЛЕМЕНТОВ РаЗРЕШЕИИЯ птах нт!п 1 и тих 1 я т!и птах — ат3п (!тип пт!п !и— в (1.15) где Лп, Ьпя, Л, Лз — меры разрешающей способности или просто разрешающие способности по дальности, радиальной скорости, азимуту и углу места соответственно. 7. Пропускная способность определяется максимальным числом объектов, обслуживаемых системой в течение заданного времени с заданной точностью действия.

8. Помехозащищенность системы характеризуется степенью ее работоспособности в условиях воздействия различного рода помех. Помехозащищенность определяется помехоустойчивостью системы и скрытностью ее работы. Под помехоустойчивостью понимают способность системы при воздействии на нее определенной совокупности помех сохранять значения показателей качества в заданных пределах.

Помехоустойчивость обусловлена рациональным выбором технических характеристик системы, в частности выбором параметров радиосигнала, н способом построения системы в целом. Различают реальную и потенциальну!о помехоустойчивость. Потенциальной называется наивысшая помехоустойчивость системы в условиях, когда единственной помехой является собственный шум радиоприемного устройства. Потенциальная помехоустойчивость может быть достигнута лишь при оптимальном, т. е. наилучшем способе обработки радиосигнала. Сравнивая помехоустойчивость реальной системы, т. е. реальную помехоустойчивость, с потенциальной, можно выявить принципиальную воз- 22 можность и целесообразность дальнейшего повышения помехоустойчивости системы. Скрытность системы характеризуется трудностью обнаружения ее работы, измерения основных характеристик излучаемого сигнала и создания эффективных помех.

Чем выше скрытность системы, тем труднее создать для нее помеху и, следовательно, тем выше помехозащищенность системы. 9. Электромагнитная совместимость 1'ЭМС) — способность систем одновременно работать с требуемыми значениями показателей качества в условиях непреднамеренных помех от различных радиосредств и не создавать помехи недопустимого уровня другим системам. 10. Надежность, понимаемая в широком смысле, есть способность системы выполнять заданные функции в течение требуемого интервала времени.

При таком определении понятие «надежность» включает в себя, в частности, и помехозащищенность. Часто надежность определяют при отсутствии внешних помех и характеризуют средним временем безотказной работы системы или вероятностью безотказной работы в течение заданного времени. 11.

Масса и габариты системы имеют особую важность для бортовых систем. Существенное уменьшение массы и габаритных размеров радиоаппаратуры достигается путем ее микроминиатюризации на основе применения микроэлектронных компонентов с высокой степенью интеграции. 12. Экономическая эффективность определяется соотношением между полезным экономическим эффектом и затратами на разоаботку, производство и эксплуатацию систем. Основными техническими характеристиками РЛС и РНС являются: вид и параметры излучаемого сигнала — непрерывный или импульсный, вид модуляции или манипуляции (частотная, фазовая), несущая частота (длины волны) и ее стабильность, излучаемая мощность; ДН антенны (форма и ширина главного максимума, коэффициент усиления, уровень боковых лепестков); метод обзора рабочей зоны; метод обработки сигналов в РПрУ; число и типы выходных устройств; мощность, потребляемая радиоустройствами от источников питания.

Остановимся кратко на возможных методах обзора рабочей зоны. В общем случае обзор осуществляется по угловым координатам, дальности и скорости. Различают одновременный (параллельный), последовательный и смешанный обзор. Обзор по угла; вым координатам является одновременным, если луч (ДН антенны) или несколько лучей в статическом положении полностью перекрывают рабочую зону (заданный сектор). Достоинство этого метода — наименьшее время обзора рабочей зоны, недостаток— сложность построения системы (обусловлена сложностью антенны, формирующей требуемое число лучей, и необходимостью ис- вз пользования многоканального приемника, число каналов которого должно равняться числу лучей). Последовательный обзор по угловым координатам осуществляется путем перемещения (сканирования) одного луча в пределах всей рабочей зоны. В зависимости от траектории движения луча возможны различные виды последовательного обзора: круговой, винтовой, строчный, спиральный и др.

Достоинство последовательного метода — простота системы, недостаток в проигрыш во времени обзора (по сравнению с одновременным обзором). Смешанный или параллельно- последовательный обзор производится с помощью нескольких лучей, перекрывающих только часть рабочей зоны и поэтому сканирующих с целью просмотра всей зоны. Например, лучи могут перекрывать весь сектор обзора по углу места и сканировать только по азимуту.

Сканирование лучей может быть механическим, т. е. осуществляться механическим поворотом антенны или какой-то ее части, либо электрическим, когда изменяется распределение амплитуд и фаз поля в раскрыве антенны. Электрическое сканирование позволяет избежать перемещения громоздких механических конструкций и тем самым резко повысить скорость перемещения луча. Электрическое сканирование обычно реализуется с помощью фазированных антенных решеток (ФАР), представляющих собой системы излучателей с электрически управляемым фазовым распределением.

Фазированные антенные решетки формируют одновременно несколько лучей, обеспечивают гибкое управление их перемещением и позволяют реализовать наиболее совершенные методы обработки сигналов. Обзор рабочей зоны по дальности происходит естественным образом — в процессе распространения радиоволн и, строго говоря, является последовательным. Однако из-за высокой скорости распространения радиоволн весь заданный диапазон дальности просматривается в течение очень короткого отрезка времени— почти «одновременно». Для одновременной обработки сигналов, приходящих с различных участков диапазона дальности, требуется многоканальное (по дальности) устройство.

Что касается обзора по радиальной скорости, то он может быть последовательным, реализуемым с помощью перестраиваемого по частоте фильтра, и параллельным, реализуемым многоканальной системой фильтров, перекрывающих весь диапазон изменения частоты Доплера. Обзор рабочей зоны может быть детерминированным либо адаптивным. При детерминированном обзоре процедура осмотра рабочей зоны выбирается заранее и не меняется в процессе наблюдения, иначе говоря, обзор осуществляется по жесткой программе.

При адаптивном обзоре процедура осмотра элементов разрешения рабочей зоны в некоторые моменты может изменяться в за- 24 нисимости от результатов предшествующих осмотров (наблюдений) — обзор по гибкой программе. В процессе адаптивного обзора может меняться, например, порядок осмотра элементов разрешения, время осмотра одного элемента, мощность зондирующих сигналов. В заключение отметим; что при проектировании РЛС и РНС стремятся выбрать технические характеристики так, чтобы тактические характеристики удовлетворяли заданным требованиям.

Гл а в а 2. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ 2.1. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ:КАК СТАТИСТИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА. СТАТИСТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ Статистический характер задачи обнаружения. Одной из основных задач РЛС является обнаружение объекта в заданном пространстве. Эта задача сводится, по существу, к задаче обнаружения отраженного от объекта радиолокационного сигнала, наблюдаемого на фоне шумов. Обработка сигналов в РНС также в той или иной форме включает в себя решение задачи обнаружения. Радиолокационное и радионавигационное наблюдение всегда сопровождается целым рядом случайных помех.

На полезные сигналы воздействуют шумы, которые принимаются антенной из окружающего пространства, а также образуются в приемнике. Кроме того, сами принимаемые радиолокационные и радионавигационные сигналы, как правило, флуктуируют. Так, флуктуации отраженных сигналов обусловлены флуктуациями ЭПР цели. При отражении радиоволн от суши или от моря флуктуации принимаемых сигналов вызваны изменением свойств отражающей поверхности (например, из-за волнения моря) и движением излучателя.

Прохождение радиоволн через турбулентную атмосферу, коэффициенты преломления и поглощения которой неконтролируемо меняются, также приводит к флуктуациям сигнала. В силу этих причин при обработке радиолокационной и радионавигационной информации широко используют методы теории вероятностей, теоРии случайных процессов и математической статистики, а сам прием сигналов, в том числе и их обнаружение, рассматривается как некоторая статистическая задача.

25 Статистическая задача обнаружения формулируется следующим образом. Пусть наблюдается (поступает на вход устройства обнаружения — обнаружителя) процесс у(1), который является либо шумом, либо смесью полезного сигнала и шума. Требуется по результатам наблюдения реализации этого случайного процесса в течение некоторого времени выяснить, какая из возможных ситуаций имеет место, причем сделать это желательно оптимальным (в соответствии с принятым критерием качества) способом.