Osnovi_teorii(прост учебник) (1021136), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Основным недостатком РЛС панорамного типа является низкая разрешающая способность по азимуту δβ, которая определяется шириной лучаантенны в горизонтальной плоскости. Ширина луча Θ0 зависит от горизонтального размера антенны d и длины волны λ электромагнитных колебаний,излучаемых РЛС: чем больше размер антенны и меньше длина волны, тем350Глава 7. Радиолокационные станции обзора земной поверхности …меньше ширина луча Θ0 = λ / d. В то же время ширина луча на местностипо азимуту (линейное разрешение по азимуту) увеличивается пропорционально наклонной дальности.
Например, при длине волны λ = 3 см и размере антенны 150 см угловая ширина луча Θ0 = 1,15º на дальности 120 кмимеет разрешение δβ ≈ 2,5 км. Увеличить разрешающую способность можно двумя способами: уменьшением длины волны и увеличением горизонтального размера антенны d. Однако применение этих методов ограниченоизвестными техническими проблемами. Поэтому самолетные панорамныеРЛС обзора земной поверхности обычно имеют низкую угловую разрешающую способность, значительно уступающую разрешению прибора оптического диапазона, в том числе – разрешению при визуальном наблюдении. Требование значительного увеличения разрешающей способностии привело к созданию двух новых типов РЛС обзора земной поверхности,так называемых РЛС бокового обзора: радиолокатор с вдольфюзеляжнойантенной (РФА) и радиолокатор с синтезированной апертурой (РСА).В РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной для увеличения разрешения по азимуту используют длинную приемно-передающуюантенну.
В отличие от панорамной РЛС антенна неподвижна относительносамолета в подвесном контейнере-обтекателе. Благодаря этому размер антенны можно увеличить до 15 м, вследствие чего разрешающая способность по азимуту, в сравнении с панорамной РЛС, возрастает в несколькораз. Обзор местности в РФА осуществляется перемещением антенны относительно земной поверхности при полете самолета по прямолинейной траектории (рис. 7.2).Антенна формирует один или два (при обзоре двух сторон) луча, направленных перпендикулярно линии пути самолета. Так же как и в панорамной РЛС, излученный антенной радиоимпульс последовательно облучает участки узкой полоски местности, определяемой шириной ДНА.
Приполете самолета по прямолинейной траектории луч РЛС перемещаетсявместе с самолетом так, что на индикаторе формируется изображениев прямоугольных координатах «наклонная дальность – путевая дальность»,просматривается непрерывная полоса местности, параллельная траекторииполета самолета. За счет введения нелинейной развертки по дальности наиндикаторе возможно сформировать изображение в координатах «горизонтальная дальность – путевая дальность». Особенностью бокового обзора является однократное наблюдение объекта за время обзора при полетесамолета по прямолинейной траектории, в то время как при панорамномобзоре цель наблюдается периодически, при каждом обороте антенны.
Таккак линейная скорость перемещения луча в РЛС бокового обзора, определяемая скоростью полета самолета, гораздо меньше, чем линейная скорость луча при вращении антенны в панорамной РЛС, время обзора заданного участка земной поверхности при боковом обзоре значительно увели351Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системычивается. Особенностью бокового обзора является и невозможность просмотра полосы местности вблизи линии пути под самолетом шириной 2–4 высоты полета самолета.Высокая разрешающая способность РФА по азимуту на небольшихдальностях, а также длительное накопление энергии отраженных сигналовза время прохождения разрешаемого участка земной поверхности в лучеантенны позволяют получать высококачественные изображения местностии объектов, приближающиеся по своему характеру к аэрофотоснимкам.Однако, несмотря на значительное увеличение угловой разрешающей способности по сравнению с панорамной РЛС, РФА не обеспечивает эффективного решения всех задач РЛ наблюдения земной поверхности на больших удалениях от самолета.
Это объясняется тем, что линейная разрешающая способность по путевой дальности, определяемая шириной лучаантенны по азимуту и дальностью до наблюдаемого участка местности,ухудшается пропорционально увеличению дальности. Так, если на дальности 10 км разрешение по путевой дальности равно 50 м, то на дальности100 км оно будет равно 500 м. Вследствие этого при большом удалении отсамолета на РЛ изображении так же, как на изображении панорамной РЛС,будут наблюдаться только крупные объекты.δβδDРис. 7.2.
Обобщенная схема, поясняющая принцип обзора земнойповерхности РЛС бокового обзора с РФА352Глава 7. Радиолокационные станции обзора земной поверхности …Получение высокого разрешения по путевой дальности на большихудалениях от самолета возможно с помощью РЛС с искусственной (синтезированной) апертурой антенны.
Принцип действия РСА существенноотличается от принципа действия обычных РЛС и позволяет получать высокую угловую разрешающую способность по азимуту при использованиина самолете антенны малого размера. Он основан на формировании узкойДН по азимуту с помощью искусственно создаваемой антенной решетки.Рассмотрим принцип работы РЛС РСА.Особенностью аэродинамики самолета является то, что при полетев спокойной атмосфере без маневра самолет за счет своей значительноймассы изменяет траекторию достаточно медленно. Поэтому в течение короткого времени (единицы секунд) можно считать, что он движется попрямолинейной траектории. При больших скоростях полета самолета длина участков почти прямолинейной траектории достигает нескольких сотметров.Таким образом, при определенных условиях можно считать, что антенна самолетной РЛС на небольшом участке траектории полета движетсяв пространстве по прямой линии.
Известно, что ДНА формируется в результате когерентного (с учетом фазы) сложения радиоволн, принимаемыхотдельными элементами антенны. Так, если антенная система, расположенная между точками 1–2 (рис. 7.3), будет состоять из 5 рядом расположенных одинаковых антенн размером d и ДН θ0 (линейная ФАР), а сигналы, принимаемые каждой антенной, когерентно суммируются, то ФАР будет иметь такую же узкую ДН θс, как и антенна размером 5d (с апертуройразмером Хс).ДН синтезированнойапертурыДН реальнойантенныθсθ01Хс2Рис. 7.3.
Схема, поясняющая принцип формирования ДНсинтезированной ФАР353Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системыРис. 7.4. Обзор земной поверхности с помощью РСАСледовательно, повышение угловой разрешающей способности возможно когерентным суммированием сигналов антенн, расположенныхв пространстве на прямой линии, т.
е. созданием антенной решетки на траектории полета. В РЛС применяется небольшая антенна, широкая ДН которой неподвижна относительно самолета и направлена перпендикулярнолинии пути (боковой обзор). При полете самолета антенна РЛС последовательно занимает в пространстве положения 1, 2, 3 и т.
д. (рис. 7.4) на траектории полета самолета, тем самым формируя искусственную (синтезированную) антенную решетку. Запоминая ряд сигналов, последовательнопринимаемых антенной РЛС в каждой точке на участке траектории (например, 1–10), и когерентно их суммируя, получают узкую ДН искусственно сформированной антенной решетки (рис. 7.5). Размер решетки, т. е.размер синтезированной апертуры антенны РЛС, равен длине участка траектории, на котором производится запоминание и когерентное суммирование сигналов.
Используя метод синтезирования, можно увеличить разрешающую способность РСА по азимуту в 100 раз и более по сравнениюс панорамными РЛС. Размер синтезированной апертуры (участок траектории, на котором обрабатываются сигналы) изменяют так, чтобы ширинаДНА уменьшалась пропорционально увеличению дальности. Это позволяет получать РЛ изображения с постоянной разрешающей способностьюнезависимо от удаления просматриваемого участка местности.Разрешение по наклонной дальности в РСА обеспечивается, как и вдругих РЛС обзора земной поверхности, за счет импульсного режима работы РЛС.
РЛ изображение в РСА получается в прямоугольных координа354Глава 7. Радиолокационные станции обзора земной поверхности …тах «наклонная дальность – путевая дальность». Так как в основе принципа синтезирования апертуры антенны лежит когерентное сложение сигналов, то предъявляются жесткие требования к стабильности фазовых характеристик принимаемых сигналов.УстройствозадержкиТсПриемникТс – Тп∑ ВыходПередатчикТс – 2ТпТпРис. 7.5.
Структурная схема РЛС бокового обзора с синтезированнойапертурой антенныЭто, в свою очередь, предъявляет высокие требования к прямолинейности траектории полета, особенно в турбулентной атмосфере, к стабильности АФХ приемно-передающего тракта РЛС и системы обработкисигналов, параметров среды распространения радиоволн и характеристикотражения радиоволн от наблюдаемых объектов.Изображение в РСА формируется с некоторым запаздыванием, равным времени пролета самолетом участка траектории, на котором синтезируется раскрыв антенны (доли секунды).
В РСА с цифровой обработкойсигналов РЛ изображение получается непосредственно на борту самолета вреальном масштабе времени. Необходимость использования сложной системы обработки сигналов является основным недостатком РСА.7.2. Разрешающая способность РЛСбокового обзораРазрешающая способность является важнейшей характеристикойРЛС обзора земной поверхности.
При повышении разрешающей способности обеспечивается получение более детального РЛ изображения, увели355Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системычивается вероятность обнаружения малоразмерных объектов на фоне отражения от местности, вероятность распознавания объектов и точность определения их координат. Существуют различные критерии для принятиярешения о наличии одного или двух объектов по результатам наблюденияотметки на изображении.
Точный критерий должен учитывать случайныйхарактер интенсивности отметок от объектов и фона окружающей местности. На практике используется более простой критерий – о присутствиидвух объектов судят по наличию провала в огибающей интенсивности отметки сигнала от двух объектов на полученном изображении. Минимальноерасстояние между объектами, когда в отметке появляется провал заданнойвеличины (обычно 0,5 максимума сигнала), служит количественной меройразрешающей способности. Очевидно, что чем более узкой является отметка сигнала от точечного объекта, тем при меньшем расстоянии между объектами в суммарном изображении появляется провал и тем выше разрешение. Поэтому в качестве меры разрешающей способности РЛС часто используют ширину отметки от одиночного точечного объекта на уровне0,5 максимума по мощности сигнала или на уровне 0,7 по напряжениюсигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
