Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 70
Текст из файла (страница 70)
!Оа/ /(2 0,5 0,7) 400 МГц. С заданной площадью разрешаемого элемента 0,5 х 0,5 м' может быть воспроизведен участок облучаемой поверхности примерно 3х3 км~. Изменение наклона луча позволяет последовательно просматривать широкую полосу с высокой четкостью, Для обеспечения требуемого отношения сигнала к шуму и эффективной СДЦ средняя мощность излучаемого сипила должна превышать 200 Вт. Следует отметить, что когерентные РЛС находят все более широкое применение для решения различных задач. РЛС с синтезированием апертуры являются одним из наглядных примеров такого применения. В частности, в последнее время разработаны интерферометрические РЛС с синтезированием апертуры, позволяющие осуществлять трехмерное картографирование, т.е.
получать информацию о рельефе подстилающей поверхности. 8.6. Особенности СДЦ и синтезирования апертуры при размещении РЛС на надводных и наземных носителях При рассмотрении РЛС с СДЦ и синтезировании апертуры, размещаемых на самолетах и ИСЗ, уже обсуждалось влияние отклонения их движения от равномерного и прямолинейного, что обычно предполагается при рассмотрении принципа действия РЛС бокового обзора с сии гезированием апертуры.
Проблемы учета и компенсации таких отклонений в процессе синтезирования апертуры еше острее при размещении РЛС на надводных и наземных носителях, изменение параметров движения которых быстротечно и часто непредсказуемо, что, естественно, затрудняет их измерение и компенсацию. Поэтому системы обработки сигналов в таких случаях должны быть адаптивными в частотно-временной и пространственной областях, что возможно при использовании в РЛС многоэлементных ФАР с электронным управлением и адаптивных допплеровских фильтров.
Чтобы понять существо задачи, рассмотрим последовательно влияние движения носителя и сканирования ДНА на эффектив- 365 ность СДЦ и синтезирования раскрыва. Предположим, что РЛС располагается на носителе, движущемся по водной поверхности или поверхности Земли со скоростью и„а мешающие отражатели находятся также в горизонтальной плоскости на направлении, составляющем угол О с вектором т,. Если длина волны излучаемых антенной РЛС колебаний Х„, то допплеровское смещение сигналов, отраженных неподвижными мешающими отражателями (под- 2 ос стилающей поверхностью), будет Р„= — 'сов О. При ширине ДНА Х„ РЛС, равной ию ширину спектра допплеровского смещения мешающих отражений можно найти (рис.
8.27) из выражения дР— 2 О О+' 4в, сгл 2гс = — 'в!пО вш — = 'ильзп9. Х„ 2 Х„ (8.31) При этом предполагается, что ширина главного лепестка ДНА мала: а„«! рад и ал < О. Оценим на конкретном примере ширину допплеровского спектра. Пусть ад — — 1'; 9 = 30'; в, = 15 м/с (54 км/ч); Х„= 0,01 м. Тогда Вск Рис. 8.27. Схема выделения сигналов целей, медленно движущихся от- носительно подстилающей поверхности 366 2вс . 2151 Ьг"„= — 'а,, вйп 9 = — 0,5 = 26 Гц. С уменьшением О шири- 0,01 57 на спектра уменьшается н при О = 6' составляет примерно 5 Гц. Если цель имеет радиальную составляющую скорости (в направлении РЛС) относительно неподвижных мешающих отражателей в„„то допплеровское смещение частоты сигнала цели относительно частоты мешающих отражений 2в„ И (8.32) Таким образом, чтобы частота 8Г„оказалась вне полосы частот мешающих отражений, необходимо выполнить условие 8Г„> ог„, что соответствует г„> и,ад яп О.
(8.33) При апертуре антенны г(д ширину ее ДН можно приближенно представить отношением д /г(д = ад рад, и тогда г >е — з)пО. ~и а с (8.34) Таким образом, наилучшая эффективность СДЦ (способность селектировать цели при малых значениях о„) будет при небольших величинах О и д„. Так, при Ыд = 0,5 м; д„= 0,01 м; О = 30' и о„.
= 1О м/с (36 км/ч) 1О 10 ' г„> 0,5 = 0,1 м/с, 0,5 т.е. можно выделить цели, имеющие радиальную составляющую скорости относительно подстилающей поверхности, немного большую 0,36 км/ч. Сканирование ДНА усложняет требования к системе СДЦ изза уменьшения времени облучения цели. Для ДНА шириной ад, сканирующей в секторе 9,, (см. рис. 8.27) с частотой г,„, время О„.„Г,„ (8.35) Выполнение требования ЬЕ > ЛР; в этом случае сводится к условию 2е„О,„~;„ — > ад или ) „О„,„Г„,„О,Д„/, Уд > 2ад 2 (8.36) 367 облучения точечного объекта Т,е, = — = ад ад что позволяет О,„Р;„ выделить минимальную полосу допплеровских частот шириной сиг"„= (/Т,ии = вс/Еси„, (8.37) где (с„и — протяженность синтезированной апертуры.
Учитывая формулу (8.34), можно записать 2в, . в, сзг" = — 'а. япО= — ' и ) сии и ии где асии — ширина синтезированной ДН. Отсюда можно определить угловое разрешение РЛС при синтезированном раскрыве )с„ с.!а,„„= а,и„= 21„„и япО (8.38) Таким образом, угловое разрешение достигает максимальной величины при 9 = я/2 (боковой обзор) и снижается с уменьшением 9, особенно резко при О -+ 9. При сканировании ДНА время облучения целей, а значит и время синтезирования раскрыва, ограничивается временем облучения каждой точки, т.е.
временем поворота ДНА на угол, равный ее ширине ад. Если частота сканирования сектора 9,„(см. рис. 8.27) равна Т,„, то время синтезирования Тс„, = пд/й,.„= ид/(О,„Т,„). Отсюда протяженность синтезированной апертуры должна быть 1 „„= в,Т,ии = в,ад/(О„Т,„), что определяет угловое разрешение РЛС при синтезированной апертуре ~и ийси си ~(дОск ~си (8 30) 21.„„яп О 2всад яп 9 2в, яп 0 Проиллюстрируем примером, что следует из этой формулы при низкой частоте сканирования Т,„= О,! Гц, если Ид — — 0,6 и; и, = )5 м/с и О,„= 57'(= ! рад). При этих параметрах 368 Следовательно, при сканирующей ДНА эффективная работа системы СДЦ определяется выполнением условий (8.34) и (8.36), что ужесточает требования к выбору параметров РЛС. Применение в РЛС ФАР с электронным управлением амплитудой и фазой сигналов, принимаемых каждым элементом ФАР, позволяет создать многолучевую ДН, перекрываюшую одновременно весь сектор обзора О,„.
Это позволяет снять ограничение (формула (8.36)) и при выборе параметров РЛС руководствоваться неравенством (8.34), что обеспечивает селекцию целей с малыми скоростями движения. Обратимся теперь к синтезированию апертуры РЛС, размешаемых на морских или наземных носителях. Полоса допплеровских смещений частоты при синтезировании раскрыва определяется временем синтезирования Т,и„= (с„„/и, и равна с/дОскР;к 06 1 01 2 10 з 2в,з!пО 2.15 япО гйпО При О, близком к я/2, Да,„к = 2 10 ' рад = 0,11'. Сравним баск„ с разрешаемым углом да,„обкычной антенны да„к„= ад = )с„/г!д (при г/д = 0,6 м и д, = 3 см Ьа„ы —— ад = 0,03/0,6 = 0,05 рад = 2,8').
Таким образом, можно убедиться в большом выигрыше в угловой разрешающей способности при синтезировании раскрыва. Этот выигрыш, правда, уменьшается при уменьшении О. Снижается выигрыш и при расширении сектора обзора О,к, однако для большей части сектора обзора выигрыш остается достаточно большим. Рассмотрим теперь влияние на угловое разрешение синтезированной апертуры повышения частоты сканирования ДНА.
Минимальная частота выборок, требуемая для синтезирования раскрыва, определяется полосой скг" > — 'ад яп О. 2о, )с„ Для гарантии уменьшения вредного влияния боковых лепестков удвоим требования к частоте сканирования 4гс . 4в,гйпО Р > 2скг" = — ' ад ейп О = ск с д д И д (8.40) Определим Рс„. Например, для с/д — — 0,6 м и вс = 15 м/с Е„= = 4 15гйпО/0,6 = 100гйн.
При снижении о, до 1 м/с требования к частоте сканирования снижаются до Ес„> 7 Гц. При использовании в РЛС ФАР с электронным управлением, формирующую ДН со многими лучами, одновременно перекрывающими весь сектор обзора (параллельный обзор), вместо выражения (8.39) для вычисления Ьас следует использовать формулу 369 да,„„= 21скк в!и О Остановимся теперь на обработке сигналов в РЛС. В приемнике РЛС принятые сигналы преобразуются в квадратурные выборки / и О, которые с помощью АЦП переводятся в цифровую форму и записываются в запоминающее устройство для каждого из М элементов разрешения по задержке (дальности) и Ас элементов разрешения по допплеровской частоте. Затем в каждое записанное число вносится поправка для компенсации фазовой погрешности, вызванной движением носителя.
После этого формируется матрица чисел Мх А!, обработкой которой с помощью прямого и обратного преобразований Фурье по алгоритму БПФ и синтезируется радиолокационное изображение высокой четкости на экране дисплея. Фазовые поправки вырабатываются обычно с помо- щью датчиков инерциальной системы, выделяющей отклонения движения носителя от прямолинейного и равномерного в процессе синтезирования раскрыва.
По существу при этом реализуется алгоритм пространственно-временной адаптации, для которого в литературе используется аббревиатура ЯТАР (Красе Типе Адарбче Ргосеаа1пд). Суть этого метода была пояснена в гл. 6 с помощью упрощенной структурной схемы процессора (см. рис.
6Л4) обработки сигналов А/-элементной линейной ФАР. Каждый из М элементов решетки соединен с входом линии задержки с отводами через интервалы, равные периоду повторения Т» импульсов РЛС. Напомним, что когерентно обрабатывается последовательность из К импульсов, образующих так называемый июпервал когерентности. Для каждого элемента разрешения по дальности и частоте имеется А'х К выходов, которые обеспечивают максимальное отношение сигнала к шуму за счет выбора весовых коэффициентов а„„. Эти коэффициенты адаптивно подстраиваются при приеме каждого сигнала У„„путем его сравнения с сигналом У, на выходе сумматора.
В результате такой обработки вырабатываются цифровые сигналы, управляющие элементами ФАР и характеристикой допплеровского фильтра. При таком управлении ФАР может быть осуществлено смешение фазового центра антенны (алгоритм смещения ОРСА описан в гл. 6) с целью компенсации влияния изменений параметров движения носителя РЛС. Кроме того, $ТАР позволяет адаптивно смещать «нули» ДНА и фильтров подавления пассивных помех. Это уменьшает нагрузку на допплеровский процессор, что особенно важно, когда мешающие отражатели не неподвижны (морские волны, дождь, растительность при ветре) и отраженные от них сигналы имеют допплеровское смещение частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
