Диссертация (1102680), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

На рисунке 3.22приведены результаты сканирования радиоимпульсами длительностью 1.5 нс (слева) и 3 нс(справа) объекта крестообразной формы с различным количеством отражательных элементов: а)7, б) 14 и в) 28. Расстояние между отражателями составляет: а) 26.7 см (8.9  ), б) 12.3 см (4.1  )и в) 5.9 см (2  ).Если расстояние между отражательными элементами объекта составляет порядка однойдлины волны ЭМ излучения, тогда на радиоизображении видны (рисунки 3.21 в, г и 3.22 в)отражения только от концов цели, и картины радиовидения не получается.Отражательные элементы цели могут быть пространственно разрешены в случае, еслирасстояние между ними составляет несколько длин волн (рисунки 3.21 а, б слева и 3.22 а, б слева).Если расстояние между отражателями составляет несколько длин волн ЭМ излучения исравнимо/или больше разрешающей способности (по дальности) зондирующего радиоимпульса,тогда появляется возможность получить радиоизображение в координатах: угол – дальность(рисунок 3.20).При использовании более длинного зондирующегорадиоимпульса происходитинтерференция отраженного сигнала от ближайших отражательных элементов и возникаетпространственное размазывание отклика (рисунки 3.21 а, б справа и 3.22 а, б справа).

Степеньдискретности изображения зависит от длительности импульса.96а)б)в)г)Рисунок. 3.21. Графическое представление теоретических результатов, полученных при сканированиирадиоимпульсами длительностью 1.5 нс (слева) и 3 нс (справа) модельного объекта кольцеобразной формы сразличным количеством отражательных элементов: а) 10, б) 18, в) 72 и г) 300.97а)б)в)Рисунок. 3.22. Графическое представление теоретических результатов, полученных при сканированиирадиоимпульсами длительностью 1.5 нс (слева) и 3 нс (справа) модельного объекта крестообразной формы сразличным количеством отражательных элементов: а) 7, б) 14 и в) 28 на каждом из направлений.98Результаты и выводыЭкспериментально исследованы механизмы отражения радиоимпульсов наносекунднойдлительностиотмодельныхобъектов.Использованиезондирующихрадиоимпульсовнаносекундной длительности позволяет получать радиоизображение цели в координатах: угол –дальность.

Радиоизображение при этом формируется без дополнительной обработки, издальностных портретов, измеряемых при всех углах поворота антенной системы (в процессесканирования). Тем самым, короткоимпульсный радиолокатор при значительном отношениисигнал/шум позволяет реализовывать режим радиовидения цели на первичном индикаторе.Если расстояние между отражательными элементами объекта составляет порядка однойдлины волны ЭМ излучения (и много меньше пространственной длительности радиоимпульса),тогда на приемнике наносекундного радара будут зарегистрированы отражения только от концовобъекта и картины радиовидения не получится.Показано, что отражательные элементы цели могут быть пространственно разрешены вслучае, если расстояние между ними составляет несколько длин волн (возможность разрешения).Если расстояние между отражательными элементами объекта составляет несколько длин волнЭМ излучения и сравнимо/или больше разрешающей способности (по дальности) зондирующегорадиоимпульса,тогдапоявляетсявозможностьполучитьдостаточноинформативноерадиоизображение в координатах: угол – дальность.При использовании более длинного зондирующегорадиоимпульса происходитинтерференция отраженного сигнала от ближайших отражательных элементов и возникаетпространственное размазывание отклика.При использования достаточно короткого зондирующего радиоимпульса возможнополучить информацию об “отражательной структуре” цели.

Степень дискретности изображениябудет зависеть от длительности импульса.На базе принципа Гюйгенса – Френеля построена вычислительная схема и выполненосоответствующеекомпьютерноемоделирование,результатыкоторогоподтвердиливышеперечисленные выводы, сформулированные на основе проведенных экспериментальныхисследований.99ГЛАВА 4. Реализация режима радиовидения зондирующимимонохроматическими квазинепрерывными сигналами, дискретноперестраиваемыми в сверхширокой полосе частотВведениеЗначительное увеличение ширины полосы зондирующих сигналов позволяет создаватьновые высокоинформативные радиолокационные системы.

Как правило [103], в качествесигналов с шириной полосы частот единицы гигагерц используют радио (имеют характернуюнесущую частоту) или видео (без несущей частоты) импульсы наносекундной длительности. Вглаве 1 было представлено сравнение особенностей использования коротких радио и видеоимпульсов. Однако короткие импульсы имеют ряд недостатков:1) малая энергия излучаемого сигнала, вследствие малой длительности;2) необходимость высокоскоростного аналогово-цифрового преобразования (2–10 Гвыб/c),приводящего к высокой сложности и стоимости устройства;3) невысокий динамический диапазон, обусловленный низким разрешением по уровнювысокоскоростных электронных АЦП (6.5–8.5 эффективных бит);4) сложность применения ФАР: ширина полосы измерений ограничивается полосойкогерентности ФАР, что не позволяет работать со сверхкороткими импульсами.Принцип, основанный на использовании зондирующих сверхкоротких видеоимпульсов,имеет свои недостатки:1) необходимость построения сверхширокополосных приемно-передающих трактов сполосой пропускания 1–10 ГГц и равномерной амплитудно-частотной характеристикой.Такие тракты сложны в изготовлении и имеют высокую стоимость;2) большие габариты антенн и необходимость построения специальных антенн;3) изменение формы сигнала не только при отражении от цели, но и при излучении впередающей антенне, в среде распространения, при приеме в приемной антенне [12, 48–49];4) применяется в основном при построении радаров сверхмалой дальности.В свою очередь, принцип, основанный на использовании зондирующих сверхкороткихрадиоимпульсов, имеет следующие недостатки:1) сложность генерации импульсов с высокочастотным заполнением длительностью порядка1нс.Длительностьимпульсовограниченабыстродействиемсовременныхрадиочастотных ключей;2) сложность и дороговизна создания мощных сверхширокополосных усилителей,позволяющих работать с радиоимпульсами наносекудной длительности;1003) необходимость использования в приемном тракте высокоскоростных амплитудныхдетектороввысокойчувствительности,позволяющихотрабатыватьфронты(длительностью 0.3–0.5 нс) коротких импульсов.Внастоящейработеперечисленныенедостаткипреодоленыиспользованиемзондирующих непрерывных монохроматических сигналов, перестраиваемых дискретно почастоте в сверхширокой полосе частот.

Измеряется комплексная частотная характеристикапередачирадиоканаламеждупередатчикомиприемником,умножаетсянаспектрэквивалентного (длительность обратно пропорциональна ширине полосы перестройки)зондирующего радиоимпульса, производится обратное преобразование Фурье. Полученныйотклик математически эквивалентен отклику на короткий радиоимпульс.Измерение комплексной частотной характеристики канала в простейшем случаеосуществляется путем последовательной перестройки частоты синусоидального сигнала сопределенным шагом; на каждой частоте настройки измеряется отношение амплитуд принятогои переданного сигналов и разность фаз между ними.

Для повышения скорости измерения откликасреды комплексный коэффициент передачи канала может одновременно измеряться нанескольких частотах.4.1. Метод многочастотного зондированияПри каждом угле поворота антенной системы измеряется комплексная (амплитуда и фаза)частотная характеристика H  jfрадиоканала в сверхширокой полосе частот. В качествезондирующего сигнала выступает непрерывный монохроматический сигнал, перестраиваемый сшагом по частоте df в диапазоне измерений f  f макс  f мин . Измеренная комплекснаячастотная характеристика умножается на спектр S имп  f  эквивалентного (длительностьюпорядка 1 f и центральной частотой f 0   f мин  f макс  2 ) зондирующего радиоимпульсаS прием  jf   H  jf   S имп  f  .В результате S прием  jfканал H  jf(4.1)представляет собой спектр радиоимпульса, прошедшего черези принятого в приемнике радара.

В качестве эквивалентного зондирующегоимпульса может быть использован, например, гауссовский импульс или некоторые оконныефункции(Ханна,Блэкмена–Харриса,преобразование Фурье от S прием  jfКайзера–Бесселяидр.[105–106]).Обратноеи выполнение операции модуля дает огибающуюамплитудно-временной формы принятого сигналаAприем t   2  S прием  jf  e0j 2ftdf  2  H  jf   S имп  f  e j 2ft df .0(4.2)101Таким образом, Aприем t  является результатом эквивалентным зондированию средыкороткими наносекундными (или пикосекундными) импульсами.Дальнейшая обработка проводится по той же схеме, что и в случае использованиянаносекундных радиоимпульсов (см. главы 2, 3).

Огибающая амплитудно-временной формыотраженного сигнала Aприем t  , измеренная косвенно, при каждом угле поворота антеннывизуализируется в виде горизонтальной полосы некоторой ширины. Значения уровней амплитуд(интенсивностей) отраженного сигнала от времени соответствуют распределению цвета(градация серого или псевдоцвет) на горизонтальной полосе при соответствующем угле азимута.Шкала цветов масштабируется по логарифмическому закону относительно максимумаамплитуды (интенсивности) из всех отраженных сигналов. При фиксированном угле местаповорота антенны строится график в координатах: азимут – временная задержка, на которомкаждому значению азимута соответствует своя полоса. При сканировании объекта в полномрастре углов (угол места – азимут) визуализация может быть осуществлена в трехмерном виде.Вид оконной функции S имп  f  подбирается из условия необходимой величиныподавления боковых лепестков во временной области, появляющихся при вычислении быстрогопреобразования Фурье (БПФ).

Характеристики

Список файлов диссертации