Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (Рекомендованные учебники), страница 9

2.6.Rx(τ)rx(τ)Rx(τ)-τиτи0τrx(τ)Рис. 2.6. АКФ прямоугольного радиоимпульсаПо мере увеличения τ происходит уменьшение значений, принимаемыхАКФ. Значение τ = τk, при котором выполняются условияrx (τ) ≤ E,Rx (τ) ≤ E,где E – достаточно малое число, называется временем корреляции (рис. 2.7). Радиолокационные системы. Учеб.37ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.1.

ВИДЫ РАДИОСИГНАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЛСrx(τ)E0 τkτРис. 2.7. Определение времени корреляции τkОбычно E берут равным 0,1 от максимального значения АКФ.Энергетический спектр.Энергетический спектр зондирующего сигнала можно определить какраспределение вдоль оси частот его энергии.Энергетический спектр ограниченного во времени зондирующего сигнала выражается через его спектр:S (f ) = q ( f ) .2Аналогичное соотношение может быть получено и для энергетическогоспектра закона модуляции:2Sм (f ) = G ( f ) .Энергетический спектр и корреляционная функция связаны другсдругом прямым и обратным преобразованиями Фурье, имеющими следующий вид:∞S (f ) =− j 2πfτ(τ)redτ ,x∫−∞∞rx (τ) =∫ S (f )ej 2πfτdf .−∞Такими же соотношениями связаны энергетический спектр и АКФ закона модуляции: Радиолокационные системы.

Учеб.38ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.1. ВИДЫ РАДИОСИГНАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЛС∞Sм (f ) =∫ R (τ)e− j 2πfτxdt,−∞∞Rx (τ) =∫ S (f )e0j 2πfτdf .−∞Из взаимосвязи энергетического спектра с АКФ сигнала следует важный вывод: чем шире энергетический спектр, тем ýже пик АКФ, т. е. темменьше время корреляции зондирующего сигнала.Таким образом, к основным характеристикам зондирующих сигналовотносятся: закон модуляции, длительность, мощность и энергия, АКФ, время корреляции, энергетический спектр, ширина спектра, которые и определяют тактико-технические характеристики (ТТХ) РЛС.Эти характеристики различны для конкретных видов ЗС и во многомбудут определять структуру устройств обработки радиолокационных сигналов.2.1.3.

СЛОЖНЫЕ СИГНАЛЫ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИОсобенностью сложных сигналов является возможность их «сжатия»по времени в специальных устройствах – фильтрах, согласованных с этимисигналами. В результате этого можно достичь и большой энергии излучения,свойственной длинному зондирующему импульсу, и высокого разрешенияцелей по дальности, свойственного короткому сжатому сигналу.

Значительный вклад в разработку теории сложных сигналов внес советский ученыйЯ.Д. Ширман.В настоящее время в радиолокации широко используются два видасложных сигналов: линейно-частотно-модулированные (ЛЧМ-сигналы)ифазокодоманипулированные (ФКМ-сигналы).Радиоимпульсы с внутриимпульсной частотной модуляцией (манипуляцией).В таких сигналах частота в пределах длительности импульса (рис. 2.8)изменяется по определенному закону: линейному (ЛЧМ), параболическому ит. д. Для ЛЧМ-радиоимпульсов закон частотной модуляции описывается выражениемf (t ) =f 0 +∆f⋅ t; t ≥ 0 ,τиt ≤ τи ,(2.9)где Δf – девиация частоты. Радиолокационные системы. Учеб.39ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.1.

ВИДЫ РАДИОСИГНАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЛСЕму соответствует квадратичный закон изменения фазы:φ(t) = 2πf0t + bt2 + φ0,где b – параметр фазовой модуляции; b =ем(2.10)π∆ f.τиКомплексная амплитуда ЛЧМ-радиоимпульса описывается выражениj ( bt 2 + φ0 )Xe0 ≤ t ≤ τи ,⋅X (t ) =  00t < 0, t > τ и .f(t)f0+∆f2f0f0 – ∆f20x(t)∆f0τи(2.11)τиt0tРис.

2.8. Прямоугольный ЛЧМ-радиоимпульсАЧС ЛЧМ-сигнала представлен на рис. 2.9.|ġ(f)|f0fΔfс=ΔfРис. 2.9. АЧС ЛЧМ-сигналаПри частотной манипуляции частота изменяется дискретно, например,как показано на рис. 2.10, где τo – длительность одной дискреты. Радиолокационные системы. Учеб.40ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.1. ВИДЫ РАДИОСИГНАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЛСff3f2f10τ02τ0τиtРис.

2.10. Закон изменения частоты при частотной манипуляцииФКМ-радиоимпульсы.ФКМ-радиоимпульс состоит из ряда примыкающих друг к другу прямоугольных парциальных радиоимпульсов, имеющих одинаковую длительность τ0 и частоту f, а начальные фазы φ изменяются по определенному закону.Наибольшее распространение получили ФКМ-сигналы, которые составлены на основе двоичных кодов Баркера, М-кодов и т. д. При этом начальные фазы парциальных импульсов выбираются равными 0 или π. Обозначим фазу φ = 0 знаком «+», а φ = π знаком «−».

Тогда ФКМ-радиоимпульсдля семиразрядного кода Баркера будет иметь вид, показанный на рис. 2.11.τи0tτ0Рис. 2.11. ФКМ-радиоимпульс для семиразрядного кода БаркераКоды Баркера могут иметь 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13 дискрет. АЧС ФКМсигнала имеет вид, представленный на рис. 2.12. Радиолокационные системы. Учеб.41ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.1. ВИДЫ РАДИОСИГНАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЛС|ġ(f)|f0 −1τиf01f0 +τиfРис.

2.12. АЧС ФКМ-сигналаТаким образом, основными широкополосными сигналами, применяемыми в РЛС, являются ЛЧМ- и ФКМ-радиоимпульсы.2.2. ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОВОЛН2.2.1. ОТРАЖЕНИЕ, РАССЕЯНИЕ И ПЕРЕИЗЛУЧЕНИЕ РАДИОВОЛН ОБЪЕКТАМИ(ЦЕЛЯМИ)В основе активной локации лежит явление отражения электромагнитныхволн (ЭМВ) от неоднородностей и препятствий (объектов). При этом под неоднородностями или препятствиями понимают области пространства, существенноотличающиеся своими электрическими и магнитными свойствами от среды распространения электромагнитной волны. ЭМВ, падающая на объект, вызываетвынужденные колебания свободных и связанных зарядов, синхронные с колебаниями падающей волны.

Вынужденные колебания создают вторичное полевнутри и вне тела. В результате энергия ЭМВ, падающей на объект, рассеиваетсяво всех направлениях, в т. ч. и в направлении к РЛС. Приходящая в точку приемапереизлученная волна представляет собой отраженный целью сигнал. Интенсивность принятых сигналов зависит от расстояния до целей, их геометрическихразмеров, конфигурации отражающих поверхностей. Для количественной оценки интенсивности вторичного излучения целей вводят понятие эффективнойплощади рассеяния.

Знание характеристик вторичного излучения имеет важноезначение для расчета параметров РЛСи определения их возможностей пообнаружению различных типов целей. Радиолокационные системы. Учеб.42ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.2. ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОВОЛН2.2.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ЦЕЛЕЙВторичным (пассивным) называют излучение, происходящее вследствие рассеяния энергии ЭМВ неоднородностями (препятствиями, объектами). Падающую на препятствие волну называют первичной, а отраженную,или рассеянную, − вторичной.Препятствие, от которого отражается ЭМВ, называется пассивнымвторичным излучателем.Вторичное излучение радиоволн наблюдается в том случае, когда напути распространения радиоволн располагается неоднородность (объект,препятствие) с другими, чем у среды, параметрами: ε − электрической и μ −магнитной проницаемостями.При этом волновое сопротивление объекта не равно волновому сопротивлению среды: µ объекта ε  µсреды.≠ ε (2.12)В свою очередь, равенство этих величин означает поглощение радиоволн.

Поле вторичного излучения определяется параметрами первичной (падающей) волны и параметрами вторичного излучателя.К первым относятся, например, длина волны и поляризация ЭМВ. Ковторым – μ, ε, размеры и форма объекта, его ориентация относительно фронта (поверхности равных фаз) падающей волны. Очень важным является отношение линейных размеров вторичного излучателя к длине падающей волны. Это отношение влияет как на характер поля вторичного излучения, так ина его интенсивность.По принципу формирования структуры отраженного сигнала радиолокационные цели делятся на сосредоточенные и распределенные.

Сосредоточенной называется цель, линейные размеры которой малы по сравнению сразмерами разрешаемого объема. Среди сосредоточенных целей различаютодиночные и групповые.Групповая цель состоит из двух и более независимых вторичных излучателей.Распределенные цели имеют размеры, превышающие размеры разрешаемого объема. Радиолокационные системы. Учеб.43ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.2. ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОВОЛН2.2.3. ЭФФЕКТИВНАЯ ПЛОЩАДЬ РАССЕЯНИЯ ЦЕЛЕЙОтражающие свойства целей характеризуются термином «эффективнаяплощадь рассеяния» (ЭПР).Рассмотрим физическую сущность этого показателя. Пусть в свободном пространстве расположены РЛС и облучаемая цель (рис.

2.13).ПпрРЛСПцrцРис. 2.13. К расчету ЭПР целиРасстояние от РЛС до цели rц, плотности потоков мощности первичнойволны в точке цели Пц и вторичной волны в точке приема Ппр считаются известными. Заменим цель воображаемым ненаправленным вторичным излучателем, который рассеивает всю падающую на него мощность равномерно и вточке приема создает такую же плотность потока мощности, что и реальнаяцель, т. е. Ппр. Тогда суммарная мощность, рассеива-емая введенным излучателем,P = 4πrц2 ПпрОтношение этой мощности к плотности потока мощности первичнойволны у цели называется ЭПР:=σцПР= 4πrц2 пр .ПцПц(2.13)Таким образом, под ЭПР понимают площадь воображаемого вторичного излучателя, равномерно рассеивающего всю падающую на него мощность и создающего в точке приема такую же плотность потока мощности, что и реальная цель.Выразив Ппр и Пц через квадраты амплитуд соответствующих полей,можно записать следующее: Радиолокационные системы.

Учеб.44ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.2. ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОВОЛНЕпр2Нпр22.=σц 4π=rц 2 4πrцЕцНц22(2.14)Величина σц не зависит от дальности до цели rц, так как величина Ппрпри заданной Пц обратно пропорциональна величине rц2.Напряжение на входе приемника РЛС Uпр = k · Епр, поэтому при фиксированном расстоянии rц = r04πr02 ⋅ k= k1 ⋅ Uпр2 .σц=2Пц ⋅ Uпр(2.15)Отсюда следует, что отношение мощностей сигналов, принятых отдвух различных целей, находящихся на одной дальности, соответствует отношению их ЭПР:2Uпр1σц1(при r1 r2 ).==Uпр2 2 σц 2Это соотношение используется при расчете ЭПР реальных целей.

Приэтом сравниваются мощности сигналов, принимаемых от цели, и эталонногообразца:σц =σэт ⋅ Uпр2 . цUпр .эт.ЭПР цели существенно зависит от ориентации цели относительно направления на РЛС.Зависимость величины ЭПР от угла поворота цели относительно направления на РЛС называется диаграммой обратного вторичного излучения,т.

е. σц = σц (θ) – см. рис. 2.14.В общем случае σц = σц (β, ε), поскольку реальная цель может менятьсвою ориентацию относительно РЛС в двух плоскостях.θРис. 2.14. Зависимость величины ЭПР от угла поворота целиотносительно направления на РЛС Радиолокационные системы. Учеб.45ГЛАВА 2 СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЛОКАЦИИ2.2. ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОВОЛНРассмотрим факторы, определяющие ЭПР.1. Электрические и магнитные свойства материала цели.ЭПР (σц) тем больше, чем больше отличаются ε и µ цели от соответствующих параметров окружающей среды.2. Характер поверхности цели.Если неровности на поверхности цели ∆h удовлетворяют условию∆h ≤λ16 sinθ,(2.14)где θ − угол падения радиоволны (РВ), то отражение носит зеркальный характер.