Автореферат (Синтезирование апертуры антенны при совместном прямолинейном и вращательном перемещении фазового центра реальной антенны), страница 3

ПриращениеL , обусловленное вращением, при TC  3Tвр можно не учитывать. Такая же тенденцияизменения и параметра 3 .Иначе ведет себя показатель  2 . При малых временах накопления уровень боковыхлепестков (БЛ) высок – выше, чем при чисто прямолинейном движении. При накоплениисигнала за время TC  5Tвр уровень БЛ снижается и устанавливается соответствующим уровню,получаемому при только поступательном перемещении ФЦ.Поэтому,рассматриваякомбинированноедвижениеФЦАиоцениваявкладвращательного движения в Lс , можно говорить об эффективной синтезированной апертуре каксовокупности дугообразных частей траектории.

Причем образование эффективной апертурывозможно, опираясь на два подхода. При первом варианте в состав эффективной траектории14включаются участки дугообразной траектории синтезированной апертуры, образуемые зачетверть периода вращения.Таким образом, синтезируемая апертура будет эквивалентна формируемому раскрывупри движении ФЦА по прямой, проходящей через точки образования петлевой частикомбинированной траектории в моменты времени T  (n  0.25)T вр , где n – целое натуральноечисло.Процесс накопления траекторного сигнала при реализации данного алгоритмавременной обработки, как и прежде когерентен, и запишется следующим образом:U выхэфф (dx, dy )  U вых (dx, dy )  nПривторомвариантевсостав( n 1)T врS (t )  S (t , dx, dy)dt ,(12)( n  0,25)T врэффективнойтраекториивключаютсявсесоответствующие дугообразные участки комбинированной траектории (с временнымипределами, детально рассмотренными в работе), которые обеспечивают максимальноеприращение величины Lс .

Время, в течение которого формируется соответствующаядугообразная часть траектории, соответствует 0.6Tвр . При этом процесс синтеза апертурыизменится и станет квазикогерентным, поскольку в этом случае будет необходимо когерентнонакапливать траекторный сигнал в течение интервала каждого периода, а затем складыватьинтервалы, полученные от накопления в каждом периоде.Sэфф (t )   S (t ), t2  nTвр  t t1  (n  1)Tвр ,nU выхэфф (dx, dy )  t1  ( n 1)TврnS (t )S (t , dx, dy )dt.(13)t2  nTврРезультаты моделирования процессов обработки при данных подходах приведены нарис. 6 и 7, где показаны выходные отклики системы обработки траекторного сигнала прикомбинированной траектории движения ФЦА с учетом первого (рис. 6) и второго (рис. 7)вариантов формирования эффективной апертуры, соответственно, при различных интервалахкогерентной обработки траекторного сигнала.Из представленных результатов видно, что в зависимости от варианта образованияэффективной апертуры по-разному изменяется относительный уровень БЛ (показатель  2 ) илинейное разрешение по азимуту(показатель 3 ).

При втором варианте образования15эффективной апертуры и малом времени когерентного накопления показатель 3 выше, чемпри первом.Вне зависимости от того, какой вариант будет использован для формированияэффективной апертуры при комбинированном движении ФЦА, как отмечалось выше, эффектприращения формируемой апертуры будет наблюдаться только при малых временахсинтезирования апертуры: Tс  3Tвр .а)б)в)г)Рис. 6. Сравнительный анализ процесса синтезирования при комбинированной и эффективнойтраектории движения ФЦА (первый вариант)16а)б)в)г)Рис.

7. Сравнительный анализ процесса синтезирования при комбинированной и эффективнойтраектории движения ФЦА (второй вариант)В тоже время, необходимо заметить, что все достоинства, связанные с чистовращательным движениемФЦА, а именно: возможность синтезированиястрого вперединосителя РСА, формирование искусственной апертуры в режиме «под собой», синтез апертурыантенны при отсутствии поступательного движения носителя РСА – остаются и прикомбинированном перемещении ФЦА.Определено, что конфигурация петлевого фрагмента траектории при комбинированномперемещенииФЦАнепосредственнозависитотсоотношениямеждускоростямипоступательного и вращательного движений. Чем больше скорость носителя РСА прификсированной скорости вращения лопастной структуры, тем более вытянутой являетсятраектория ФЦ вдоль линии пути носителя и, соответственно, сжатой его петлевая часть.17Проведенныеисследованияпозволяютопределитьзависимостьпотенциальногоазимутального разрешения от углового положения ТЦ в течение периода вращающейструктуры носителя.Также в разделе приведен сравнительный анализ различных способов обработкитраекторного сигнала, опираясь на гармонический анализ (ГА), прямую и быструю свертку,применительно к формируемому кадру РЛИ, модельного участка поверхности (рис.

8), изкоторого следует, что наиболее подходящим в данной ситуации является алгоритм прямойсвертки.а)б)Рис. 8. Взаимное расположение точечных отражателей и ФЦА в процессе его перемещения покомбинированной траектории (а)). Эталонное изображение 25 точечных отражателей (б)).Результат обработки при использовании данного алгоритма приведен на рис. 9, гдетакже приведено РЛИ модельного участка поверхности, полученное на основе ГА (рис. 9,а)).а)б)Рис. 9. Изображение модельного участка поверхности при использовании алгоритмов ГА и ПС18Введение функции углового стробирования в алгоритм обработки ТС позволяетполучить РЛ изображение в любом интересующем секторе, иными словами, реализоватьформирование изображения при разных углах наблюдения и режимах обзора – круговом,секторном, и пр.

На рис. 10. приведен пример РЛИ при наблюдении группы ТЦ впереднебоковом сектореа)б)Рис. 10. РЛИ группы ТЦ, расположенных в переднебоковом секторе обзора РСАНекогерентное накопление кадров при формировании изображения позволяет повыситькачествопредставляемогоРЛИиможетбытьреализовановтечениевремени,соответствующего пяти периодам вращающейся структуры носителя.В четвертом разделе представлена математическая модель системы обработкитраекторного сигнала РЛС (рис. 11) с синтезированием апертурыпри комбинированнойтраектории перемещения ФЦА, а также приведены результаты оценки эффективностиразработанных алгоритмов обработки траекторного сигнала.

Структура математической моделисистемы обработки ТС состоит из отдельных модулей-подпрограмм, таких как: модуль вводаисходных данных и параметров модели РСА, модуль формирования траекторного сигнала,модуль обработки ТС, модуль формирования РЛИ и вывода результатов моделирования.Каждый из модулей представленной структуры системы обработки ТС подробно описанв разделе работы.

Формирование имитационной модели системы обработки выполнено сиспользованием современных инструментальных средств исследования и реализовано вматематической среде моделирования MATLAB.19Исходные данные, параметры РСАТраектория движения ФЦАОбеспечение зоны обзораРадиолокационныйрельефФормированиетраекторногосигналаАнтеннаШумыФормирователь траекторногосигналаИзмерители параметров движения ФЦАМодуль временногостробированияПредварительный фильтрВычислительопорной функцииУмножительНакопление сигналаСистема обработкиФормирование РЛИРезультаты моделированияРис.

11. Структура математической модели РСАРассмотрены актуальные вопросы построения бортовых РЛС для вертолетныхносителей.Представлены предложения по техническому облику бортовойРЛС с СА,работающей в режиме синтезирования при учете совместного поступательно-вращательногоперемещения ФЦА. В качестве основного режима работы предлагается картографированиезаданного участка местности. При этом возможны варианты обзора, среди которых можновыделить секторный, всеракурсный, обзор «под собой» и телескопический.

По окончаниираздела внимание акцентируется на требованияхк тактико-техническим характеристикамданных РЛС.В заключении приведены основные итоговые результаты проведенных научныхисследований. В нем изложены основные выводы по данным исследованиям. В конце рукописипредставлен список литературы, используемой при подготовке материалов настоящей работы.В приложении к работе представлен код математической модели РСА в программной средеMathworks MATLAB R2012a.20Основные результаты и выводыПовышение информационных возможностей бортового комплекса мониторинга1.вертолетного носителя на базе РЛС может быть обеспечено за счет формирования виртуальнойапертуры антенны в процессе когерентной обработки траекторного сигнала, получаемого присовместном поступательно-вращательном перемещении фазового центра реальной антенны,устанавливаемой в законцовке лопасти вращающейся структуры носителя.Показано, что траекторный сигнал, формируемый в процессе синтезирования2.апертуры при комбинированном перемещении ФЦА, имеет сложный закон частотноймодуляции, включающий в себя как линейную, так и нелинейную составляющую изменениячастоты.Засчетварьированияпараметровкомбинированнойчастотноймодуляциитраекторного сигнала можно обеспечить высокое линейное разрешение по азимуту инеобходимую контрастность РЛИ наблюдаемого объекта.3.В результате исследований установлено, что вклад вращательной компоненты вповышение линейного разрешения по азимуту за счет приращения синтезированной апертурыпри комбинированной траектории движения ФЦ реальной антенны наблюдается при временахсинтезирования, не превосходящих пяти периодов вращения.

При больших временахсинтезирования линейное разрешение по азимуту определяется главным образом апертурой,формируемой за счет поступательного движения носителя.4.Синтезирование апертуры антенны при учете поступательного и вращательногодвижения ФЦА позволяет обеспечить высокое линейное разрешение по азимуту строго покурсу носителя, которое тем выше, чем больше отношение радиуса вращающейся структуры краскрыву реальной антенны. При реальных на практике величинах данного отношенияповышение разрешения может составлять 5…7 раз.

При этом, за счет только вращательнойкомпоненты движения ФЦА можно при комбинированной траектории его перемещениясформировать РЛИ наблюдаемого объекта за время синтезирования, соответствующее одномупериоду вращения, в любом направлении относительно линии пути носителя РСА.5.Проведенный анализ показал, что основной вклад в процесс формированияискусственной апертуры при комбинированной траектории перемещения ФЦА вносятфрагменты траектории, по которым ФЦ перемещается сонаправленно поступательномудвижению носителя РСА. Рассчитанная протяженность данных участков, выраженная впериодах вращения лопастной структуры носителя, составляет от 0,25Tвр до 0,6Tвр и зависитот параметров перемещения и условий наблюдения.6.Показано, что применение углового стробирования при синтезировании апертурыс учетом комбинированного перемещения ФЦА позволяет сформировать РЛИ наблюдаемой21поверхности в любом наперед заданном секторе относительно линии пути носителявертолетного типа, в том числе, переднем секторе, меньшем ±10 градусов, что неприемлемопри движении ФЦА по прямолинейной траектории.