Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Для точечного источника на значительном удалении при больших отношениях сигнал/шум, достигаемых за счет большого времени накопления Т„, можно воспользоваться границей Крамера — Рао и для дисперсии оценки времени запаздывания записать следующее соотношение: 0(т) = ! н 7М'гв6 (9.43) Рис.
9. !6. Структурная схема пеленгатора источника излучения, основан- ного на методе сравнения амплитуд 409 где р — отношение значений спектральных плотностей мощности сигнала и шума на частоте гва, соответствующей максимуму СПМ сигнала; дг" — полоса пропускания ЛТ. При записи выражения (9.43) предполагалось, что полезные сигналы на выходах ЛТ синфазны (фазовые ошибки, связанные с распространением излучения, приходящего к антеннам интерферометра по разным трассам, а также ошибки, связанные с различием фазовых характеристик ЛТ, отсутствуют). В тех случаях, когда наблюдение ведется в одной точке, для пеленгации источника излучения используют направленные свойства антенн поверхностного (рупорные или зеркальные) или дискретного (антенные решетки) типов.
При применении апертурных антенн основными являются два метода пеленгации; метод максимума для радиотеплокатора (РТЛ) кругового обзора и метод сравнения амплитуд лля РТЛ со слежением за источником излучения. Типичным примером РТЛ следящего типа является радиосекстант — прибор, позволяющий измерять угловые координаты внеземных источников излучения. На рис. 9.!6 приведена структурная схема пеленгатора источника излучения, основанного на методе сравнения амплитуд. Антенное устройство (АУ) в такой системе имеет два выхода, каждому из которых соответствует своя ДНА (рис.
9.(7). Сигналы с выхода АУ отличаются интенсивностью, зависящей от положения источника (И) относительно равносигнального направления (РН). Эти сигналы подаются на два идентичных приемника П ! и П2 (см. рис. 9.(6), осуществляюцгих фильтрацию сигналов в полосе д~ Каждый из приемников, входящих в состав пеленгатора, имеет два выхода. С одного сигнал подается на квадратичный де- Рис. 9.17. ДН антенной системы пеленгатора Рис. 9.18. Угломерный метод определения местоположения тектор (КД), а с другого — на амплитудно-фазовый детектор (АФД).
В АФД формируется разность результатов квадратичного детектирования суммы и разности выходных сигналов приемников П ! и П2. Усреднение за время наблюдения выходного сигнала АФД дает оценку мощности пеленгуемого сигнала. Ненормированная (зависящая от мощности сигнала) оценка пеленга получается в результате образования разности выходных сигналов квадратичных детекторов каналов и ее усреднения.
Нормирование заключается в делении ненормированной оценки на оценку мощности сигнала (усредненный выход АФД) и крутизну нормированной пеленгационной характеристики /га, определяемую параметрами антенного устройства. Можно показать, что дисперсия оценки пеленга в условиях высокоточных измерений 4!О где д' = о,'/о2 — отношение сигнал/шум по мощности на выходе приемного устройства; ҄— время наблюдения. В системах теплолокации для определения положения источника излучения (И) используют три метода: угломерный, разностнодальномерный и угломерно-разностно-дальномерный.
Для реализации угломерного метода необходимы два пункта П ! и П2, отстоящие друг от друга на расстояние Ь, называемое базой. В одном из пунктов измеряют азимут и угол места (и, и !),), а во втором можно ограничиться измерением одного из углов а2 или !)н Измерение второго угла может быть использовано для повышения точности. Если измеряются два азимута (ан аз) и угол места !3, (рис. 9.18), то дальность до источника от П ! определяется на основе несложных геометрических расчетов и! ь П2 пз и! Рис.
9.20. Угломерно-разностно-дальномерный метод определения место- положения Рис. 9,19. Разностно-дальномерный метод определения местоположения 4(1 Ьа!п ., соя)3, а(п(аз — а,) При использовании разностно-дальномерного метода (рис. 9. ! 9) необходимо иметь четыре приемных пункта ПО, П), П2, ПЗ. Положение источника И определяется как точка пересечения трех гиперболоидов вращения с фокусами в точках расположения приемных пунктов. Измерение разностей расстояний от источника до приемных пунктов осуществляется корреляционным методом и требует синхронизации временных шкал в приемных пунктах. Такая синхронизация может быть осуществлена на основе использования системы единого времени.
Угломерно-разностно-дальномерный метод объединяет в себе оба рассмотренных ранее метода. Дяя его реализации, как и в угломерном методе, требуются два пункта, на одном из которых измеряется азимут а и угол места !), а на другом — разность расстояний Л2) от И до приемных пунктов П ! и П2 (рис. 9.20). Дальностьдо источника от П ! вычисляется по формуле 0 = (д' — ЬВ')/2(!коаасоз(3 — ЛР). Зная ошибки измерения углов и разности времени прихода сигналов в приемные пункты, нетрудно рассчитать погрешности оценивания координат источника излучения различными методами. Наибольшую точность измерения обеспечивает разностно-дальномерный метод, но дпя его реализации, как уже отмечалось, требуется, как минимум, четыре пункта измерения и синхронизация временных шкап.
Для угломерного и угломерно-разностнодальномерного методов измерения число измерительных пунктов вдвое меньше, но для получения высокой точности оценки координат источника необходимо точное измерение углов, что требует применения приемных антенн с большой апертурой.
9.6. Применение теплолокеционных систем Среди многочисленных применений теплолокационных систем (исследование поверхности Земли и других планет, экологический контроль, разведка грунтовых вод и определение влажности почвы, измерение метеорологических параметров, техническая и медицинская диагностика) остановимся более подробно на датчиках информации бортовых навигационных систем. Системы, использующие такие датчики, называются радиометрическими навигационными системами.
Обычно выделяют два основных класса радиометрических навигационных систем. К первому классу относят радиосекстанты — системы, предназначенные для определения угловых координат внеземных источников радиоизлучения (Солнце, Луна, звезды). Радиосекстанты работают обычно в режиме автоматического сопровождения источника излучения по угловым координатам, применяя чаще всего конические сканирующие диаграммы направленности антенны. На рис.
9.2! приведена функциональная схема простейшего радиосекстанта. центральным элементом радиосекстанта является радиометр, обеспечивающий оптимальную фильтрацию поступающего от антенны внешнею излучения. Выходной сигнал радиометра содержит информацию об ошибке сопровождения источника излучения по угловым координатам. Эти ошибки выделяются с помощью фазовых детекторов канала высоты и курсового канала, на которые подается продетектированный сигнал с выхода радио- метра и напряжение опорного генератора, связанного с мотором сканирования ДН антенны радиосекстанта. Усилители и приводы по углу высоты и курсовому углу обеспечивают совмещение оси сканирования диаграммы направленности антенны с направлением на источник излучения.
Рис. 9.2 С Функциональная схема простейшего радиосекстанта 4!2 Ко второму классу радиометрических навигационных систем относят корреляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС) летательных аппаратов, работающие по геофизическим, а в нашем случае по радиотепловым полям.
Принцип работы таких систем (см. подразд. !.2) состоит в сравнении параметров теплового поля, измеряемого датчиком (радиометром), с параметрами поля, хранящимися в памяти бортового компьютера (карты поля). Сравнение основано на достижении экстремума некоторого функционала. Как правило, этот функционал имеет внд корреляционного интеграла, откуда и следует название КЭНС.
Для обращения к карте поля необходимо иметь оценку координат ЛА. Обычно для этого используется инерциальная навигационная система (ИНС). В свою очередь уточненные координаты ЛА, получаемые от КЭНС, могут быть использованы для оценки погрешностей и последующей коррекции данных ИНС. Как видно из описания рассмотренных систем, центральным элементом, во многом определяющим качество работы теплолокационной системы, является радиометр. Сформулируем основные требования, предъявляемые к радио- метру, и остановимся на средствах их достижения.
!. Выбор диапазона частот. Работу необходимо вести в той области частот, в которой спектральная плотность потока излучения Пг лоцируемого объекта максимальна, а мешающее действие других источников шумов минимально. Из формулы (9. )8) следует, что П,. растет пропорционально квадрату частоты, поэтому в качестве рабочего выбирают диапазон, в котором возможно создание мало- шумящих приемников и минимальны помехи от космическою и других видов излучения. Этот диапазон в настоящее время лежит в полосе частот от единицы до нескольких сотен гигагерц.
2. Требования к антенной системе. Она должна обладать хорошей пространственной и поляризационной селекцией принимаемого излучения, иметь сканирующее устройство для перекрытия рабочей области обзора. 3. Радиометрический приемник должен обладать высокой чувствительностью и стабильностью характеристик, позволяющих обеспечить высокоточное определение как абсолютной яркостной температуры объекта Т„(подстилающей поверхности, цели и др.), так и контраста ЬТ„= Т„, — Т температур различных участков лоцируемой поверхности.
Из проведенного ранее анализа качественных показателей радиометра следует, что для этого необходимо увеличивать полосу пропускания приемника и время усреднения. В современных радиометрах полоса пропускания высокочастотного тракта приемника составляет сотни мегагерц (единицы гигагерц). При этом необходимо свести к минимуму собственные шумы приемника за счет глубокого охлаждения входных каскадов, использовать малошумящие схемы и элементы. 4)3 Рис. 9.22. Модуляционный приемник 4. Устранение составляющей выходного напряжения, обусловленной собственными шумами приемника, может осуществляться методами компенсации, модуляции принимаемого излучения или корреляционного приема. В приемнике с компенсацией собственного шума из выходного сигнала детектора вычитается постоянная составляющая, соответствующая уровню собственных шумов. Нестабильность шумовых параметров снижает эффективность этого приема.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
