Osnovi_teorii(прост учебник) (1021136), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Влияние формы и параметров ЗС на защищенность РЛСот ПП.ПП представляет собой отражение ЗС от объектов, не являющихся РЛцелями, поэтому ПП (рассматриваемая в одном элементе разрешения РЛС)по своей форме подобна полезному сигналу, что затрудняет его выделениеиз помехи. Увеличение энергии зондирующего, а значит, и принимаемогосигналов не может решить проблемы, так как при этом во столько же развозрастает и энергия (мощность) ПП. В обзорных РЛС для выделения сигнала на фоне ПП можно использовать лишь различие в радиальных скоростях перемещения цели и мешающих отражений, которые проявляютсяв различии доплеровских смещений частоты (фазы) сигнала и помехи.
Следовательно, для эффективного выделения полезного сигнала из ПП необходимо применять в РЛС такие сигналы, которые обладали бы высокой разрешающей способностью по частоте (скорости).Выбор такого сигнала можно произвести на основе анализа его нормированной АКФ (4.51) или (4.52), поскольку (как уже отмечалось) формаее сечения вертикальной плоскостью, параллельной оси τ (плоскостьюF = const), соответствует форме огибающей сигнала на выходе оптимального фильтра, расстроенного по частоте относительно частоты сигнала навеличину FД, а форма сечения функции ρ (τ, F) вертикальной плоскостью,параллельной оси F (плоскостью τ = const) совпадает с АЧС квадрата вещественной огибающей ожидаемого сигнала.По виду АКФ можно качественно судить и о потенциальных возможностях сигнала по точности измерения дальности и разрешающей способности по дальности.
Если функция ρ (τ, 0) имеет вид узкого пика (т. е.сигнал на выходе СФ имеет малую длительность), то сигнал с такой АКФобладает высокой разрешающей способностью по дальности и высокойпотенциальной точностью измерения дальности. И наоборот, если ρ (τ, 0)является медленно изменяющейся функцией времени τ, то сигнал с такойАКФ не обеспечивает хорошего разрешения по дальности.
Если функцияρ (0, F) имеет вид узкого пика, то это означает, что с расстройкой фильтраотносительно частоты сигнала амплитуда выходного сигнала фильтра быстро убывает: уже при небольшом отличии частоты сигнала от частоты настройки фильтра сигнал через фильтр не проходит, что указывает на высокую разрешающую способность по частоте.229Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системыОтсюда следует, что разрешающая способность сигнала по частоте(скорости) не зависит от формы (тонкой структуры сигнала), а определяется его длительностью. Чем больше длительность сигнала, тем у́же спектрего огибающей (тем быстрее спадает функция ρ (0, F) при увеличении расстройки F) и, следовательно, тем выше разрешающая способность сигналапо частоте.
Таким образом, для выделения полезного сигнала на фоне ППчастотной (скоростной) селекцией необходимо применять сигналы большой длительности с таким расчетом, чтобы ширина пика функции быламеньше разности доплеровских смещений частот сигнала и ПП. Длинныесигналы приемлемы и с точки зрения их выделения на фоне АШП, так какпри данном сигнале можно получить требуемую энергию при невысокойимпульсной мощности.4. Зависимость разрешающей способности от структуры ЗС.Два сигнала разрешаются по некоторому параметру (например, повремени запаздывания или дальности), если разность времени их запаздывания превышает δд (при условии, что все остальные параметры у них одинаковые). Очевидно (и весьма существенно), что разрешающая способность РЛС по дальности (сечение АКФ плоскостью F = 0) определяетсяcτ смерой δд = и = и зависит от ширины спектра сигнала, а не от его дли2 Птельности (рис. 4.33).
Аналогичные рассуждения относительно сеченияАКФ вертикальной плоскостью τ = 0 (рис. 4.34) показывают, что разрешающая способность по частоте (скорости) не зависит от формы (тонкойструктуры) сигнала, а определяется только его длительностью. Для импульсных сигналов длительностью τи сечение имеет вид импульса длительностью 1 / τи.
Она определяет меру разрешающей способности по радиальλδF λ.ной скорости цели: δvr ==22 τиρρ1Δτ =1/Пδ F = 1/τиτРис. 4.33. Сечение АКФ плоскостьюF = const, параллельной оси τ230FРис. 4.34. Сечение АКФ плоскостью,параллельной оси FГлава 4. Принципы построения и структура радиолокационных средств5. Влияние параметров ЗС на точность измерения координат.Дисперсия оценки времени запаздывания определяется выражениемσ 2τ =1/ q 2 ρ′′τ (0,0) ,(4.53)σ τ =1/ q ρ′′τ (0,0) ,(4.54)где ρ′′τ (0,0) – вторая производная от АКФ в точке τ = F = 0.Как следует из выражения (4.53) или (4.54), дисперсия погрешностиизмерения времени запаздывания уменьшается при повышении отношениясигнал/шум и абсолютного значения второй производной нормированнойАКФ ρ′′τ (0,0) в точке τ = 0.
Последняя характеризует скорость убыванияфункции ρ (τ, 0), и остроту ее пика. Величина ρ′′τ (0,0) имеет размерность1 / с = Гц. Этому значению соответствует некоторая эффективная полоса(ширина спектра) сигнала П эф = ρ′′τ (0,0) .Полоса Пэф связана со спектральной плотностью комплексной амплитуты сигнала G (F) соотношениемП 2эф= 4π2∞2∫F2G ( F ) dF−∞∞Оно справедливо, когда∫∞∫2G ( F ) dF .−∞2F G ( F ) dF = 0 , т. е.
когда несущая частота сиг-−∞нала f0 точно соответствует «центру масс», распределенных по законуквадрата спектральной плотности |G (f – f0)|2 (рис. 4.35). При этом СКОвремени запаздывания преобразуется к виду στ =1/ qП эф .|G (f – f0)|20F = f – f0Рис. 4.35. Зависимость квадрата модуля спектральной плотностимощности от расстройки по частоте 231Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системыСредний квадрат погрешности измерения частоты когерентного сигнала с известным временем запаздывания определяется аналогично:σ f =1/ q ρ′′f (0,0) .Он уменьшается при увеличении отношения сигнал/шум q и остротыпика функции рассогласования ρ (0, F), характеризуемой абсалютным значением ее второй производной по F в точке F = 0. Бóльшую точность измерения частоты обеспечивает сигнал бóльшей длительности, имеющиймалую протяженность сечения тела неопределенности по оси F.Величинеρ′′f (0,0) , имеющей размерность 1/Гц = с, соответствуетнекоторая эффективная длительность сигнала τэф = ρ′′f (0,0) ,где∞ρ′′f (0,0) = 4π ∫ t U (t ) 2 dt /22−∞∞Это выражение справедливо при∫ t U (t )∞∫ U (t )2dt .(4.55).−∞2dt = 0 .−∞Подставляя в полученные соотношения соответствующие значениядля когерентных сигналов, можно определить Пэф и τэф [21].6.
Структура зондирующих сигналов, применяемых в РЛС.Одним из видов сигналов, обладающих высокой разрешающей способностью по частоте, является непрерывный монохроматический сигнал.При этом термин «непрерывный» строго справедлив лишь по отношению ксигналу, формируемому передатчиком. Отраженный же сигнал в обзорныхРЛС всегда имеет конечную длительность, определяемую временем облучения цели в процессе обзора пространства. АКФ модуляции такого сигнала представляет вид поверхности, имеющей малую протяженность 1 / τи пооси частот и сильно вытянутую (протяженностью 2 / τи) по оси времени(рис. 4.36).
Вид сечения АКФ при ρ (τ, f) = const представлен на рис. 4.37.При большой длительности сигнала спектры полезного сигнала и ПП(рис. 4.38) будут достаточно узкими (≈1 / τи) и вследствие разности их несущих частот (доплеровских смещений частоты) полезный сигнал можетбыть выделен на фоне ПП методом частотной селекции.В доплеровских РЛС имеется возможность однозначно измерять радиальную скорость цели по сдвигу частоты отраженного сигнала относительно зондирующего. Для обнаружения и измерения скорости цели приемное устройство РЛС должно иметь набор взаиморасстроенных узкополосных (доплеровских) фильтров, перекрывающих весь диапазон возможных232Глава 4.
Принципы построения и структура радиолокационных средствдоплеровских смещений частоты сигнала. АЧХ таких фильтров представлены на рис. 4.39. Существенным недостатком рассматриваемого сигнала,обусловленным его узкополосностью, является, как это следует из видафункции ρ (τ, f), невозможность измерения дальности и разрешения целейпо дальности.τFРис. 4.36. Тело неопределённостиодиночного радиоимпульсаF1 / τиτ2τиРис.
4.37. Сечение АКФ доплеровского сигналаплоскостью ρ(τ, F) = constS (f)Nпп (f)f3S (f)f 3 + FДfРис. 4.38. Спектры сигнала S (f) и ПП NПП (f)233Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системы|K (f)|Для целей,движ. на РЛСДля целей,движ. от РЛСfРис. 4.39. АЧХ доплеровских фильтровτFРис. 4.40. Тело неопределённостиЛЧМ-радиоимпульсаОдновременное разрешение по скорости и дальности обеспечиваютсверхдлинные сложномодулированные сигналы (например, ЛЧМ- и ФКМсигналы). Пик АКФ таких сигналов (рис. 4.40, 4.41) сосредоточен в окрестности τ = 0, F = 0 (рис. 4.42).Они обеспечивают одновременное однозначное измерение и дальности, и скорости. Однако формирование и обработка таких сигналов технически достаточно сложны. Кроме того, поскольку в РЛС с непрерывнымизлучением передающие и приёмные устройства работают одновременно,постольку необходимо принимать меры для предотвращения проникновения на вход приёмника РЛС мощного ЗС и сопутствующих ему шумов передатчика.234Глава 4.
Принципы построения и структура радиолокационных средствτFРис. 4.41. Тело неопределённости ФКМ-сигналас 13-разрядным кодом БаркераFF1/τи1/τиτ2τиτ2τиабРис. 4.42. Сечение АКФ: а – ФКМ- и б – ЛЧМ-сигналовплоскостью ρ (τ, F) = 1/2С этой целью на передачу и приём делают раздельные антенны, экранируют их друг от друга, а в высокопотенциальных РЛС передающие иприёмные устройства (вместе со своими антеннами) разносят на местностина расстояние, превышающее дальность прямой видимости. При этом возникают проблемы обеспечения синхронного вращения передающей и приёмной антенны. Всё это ведет к усложнению и удорожанию РЛС с непрерывным (квазинепрерывным) излучением. Вследствие указанных причиннепрерывные сигналы в обзорных РЛС неприменяются.Наиболее подходящими для РЛС обнаружения, наведения и целеуказания, а также для большинства обзорных РЛС других классов являются235Раздел II.
Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системыимпульсные сигналы. Они позволяют достаточно просто измерять дальность до цели (по времени запаздывания отраженного сигнала относительно зондирующего) и обладают разрешающей способностью по дальности.Применение в РЛС импульсных ЗС позволяет использовать на передачуи прием одну и ту же антенну, поочередно автоматически подключая еек передающему и приемному устройствам, что существенно упрощаетРЛС.Однако короткие одиночные импульсы не обладают разрешением почастоте (скорости) и, следовательно, не обеспечивают выделение сигналана фоне ПП. Хорошей разрешающей способностью одновременно подальности и скорости обладает когерентная последовательность (пачка)импульсных сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
