Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Алгоритм ГА требует наименьшего быстродействия ЦП, но ограничивает зону одновременного обзора (обработки) по азимуту. Требуемое быстродействие ЦСО увеличивается пропорционально числу некогерентно накапливаемых РЛИ 196 Глава 6 6.3. Система компенсации нестабильностей траекторных сигналов РСА землеобзора 6.3 1. Влияние искажений траекторного сигнала на характеристики РСА В реальных условиях работы РСА всегда имеют место искажения траекторного сигнала, обусловленные различными дестабилизирующими факторами.
К ним, в первую очередь, относятся нестабильности движения ЛА, среды распространения радиоволн и аппаратуры РСА. К аппаратурным источникам искажения траекторного сигнала относятся нестабильности приемопередающего тракта, прежде всего опорного генератора, синтезатора частот и фазового детектора, ограничение динамического диапазона приемника и системы обработки, а также ошибки аппроксимации алгоритмов обработки сигналов. Искажения траекторного сигнала, которые могут быть как амтикудкыми, так и фазовыми, вызывают искажения получаемого РЛИ. Искажения РЛИ обычно оцениваются по изменению параметров сигнала изображения точечного объекта.
Для получения сигнала изображения запишем траекторный сигнал точечного объекта при флуктуациях его амплитуды ц(1) и фазовых искажениях )1)(1) . С учетом того, что при прямолинейной траектории и телескопическом обзоре ширина ДН 8)) «1, можно записать ~)!) = и)й)с(0) ~р( ) 1)я)е„— ))а -на')~ ) ) в)1, (6.23) где С)(8,-) — значение коэффициента усиления антенны в направлении объекта; 1'„= 2Ч(созО„)/Х вЂ” средняя доплеровская частота сигнала, зависящая от угла наблюдения О„; 1'; = 2Ч(яп 8„)8;/Х вЂ” смещение доплеровской частоты сигнала, определяемое координатой объекта О; по Ч яп~(8„+О;) азимуту относительно центра зоны обзора 8; р = н* 1 КХ И скорость изменения частоты сигнала.
Следует отметить, что постоянство значения ДН имеет место только при ТО, однако при других видах обзора изменение ДН в течение отрезка времени синтезирования может быть скомпенсировано умножением входного сигнала в каждом канале обработки на специальную весовую функцию. Комплексный выходной сигнал согласованной системы обработки 2Ч(з1пО„)О Ч~ з1п (О„+8) как функция параметров ее настройки 1= — — "— и р = Х К„Х при равномерной весовой функции (%(1) = 1) имеет вид 198 Глава б 1) смешение максимума, что приводит к ошибкам измерения координат объектов и искажению РЛИ местности; 2) уменьшение максимума выходного сигнала, что равносильно снижению энергетического потенциала РЛС; 3) расширение главного лепестка, что ухудшает разрешающую способность; 4) увеличение уровня боковых лепестков, что снижает контраст РЛИ. Перечисленные искажения изображения выражаются функциональной зависимостью основных параметров выходного сигнала РСА от характеристик искажений траекторного сигнала.
Следует отметить, что большие фазовые искажения могут привести к полному разрушению РЛИ. Искажающая функция ц~(1) может быть регулярной и случайной, медленно или быстро изменяющейся в течение времени синтезирования, возможны также периодические изменения ф1) как следствие механических вибраций или электрических наводок. При медленных флуктуаяиях фазы, когда время синтезирования значительно меньше времени корреляции фазовых флуктуаций т, искажающую функцию ~(1) можно аппроксимировать степенным поли- номом с постоянными, но случайными коэффициентами: ~~~(1) =с,1+с21 +сз1 +....
При ~у(1) = с,1 имеют место линейные искажения фазы сигнала. В этом случае сигнал изображения точечного объекта (6.24) в системе обработки, согласованной по квадратичному параметру принимаемого сигнала(ц= ц;), равен тс 2 1(т)=0 б(0;) 1 ~'2 ~1. + с' -Л,11 (Зоей(О,)Т,яп(л(Го+с, 2л-1)Т,1 2л '~ ~ (л(ГО+с, 2л-1;)Т,1 Форма выходного сигнала при линейном фазовом искажении траекторного сигнала идентична форме неискаженного выходного сигнала (6.25), но максимум сигнала наблюдается в канале, настроенном на частоту 1;- + с,/2л .
Это означает смещение РЛИ по координате 1' на величину частоты, вызванной линейными фазовыми искажениями: М = с,/2л . Поскольку линейная азимутальная координата объекта Г определяется частотой сигнала, то линейный набег фазы сигнала (сдвиг частоты) приводит к сдвигу отметки объекта по азимуту на величину Д(;ХЕ„с,ХК„ ! (6.27) 2Ч з1п 8„4лЧ ып8„ Глава б -25 -2.0 -1,5 -1,0 .05 00 05 1,0 15 20 25 1/М Рнс. 6.16. Графики зависимости модуля сигнала изображения от величины Л1)! 0.5 1 1,5 2 25 ЛЧ.О!И а) 0.5 0.5 0 о 0.5 1 !.5 2 2.5 Ьу, рад б) Рнс. 6.17.
Влияние квадратичной (а) н кубической (б) фазовой ошибки на параметры выходного сигнала При допустимом снижении амплитуды сигнала изображения на 0,5 дБ соответствующее ему значение фазового набега А!11=я/4, а допустимый коэффициент квадратичных фазовых искажений равен 200 ведены на рис. 6.16. По оси абсцисс здесь приведена относительная координата РЛИ Х/Ы = 1/оГ. Влияние квадратичных фазовых искажений на параметры выходного сигнала в зависимости от величины Лу показано на рис. 6.17,а.
На этих графиках коэффициент 252 показывает снижение мощности выходного сигнала; Ьз — увеличение ширины главного лепестка (относительно неискаженного сигнала на уровне 0,5 по мощности); 25„= Р10,„/Р„,„, — отношение мощности первого бокового лепестка Р!О,„к мощности главного лепестка Р„ Системы обработки аииалов РСА (6.33) Используя разложение экспоненциальной функции ехр~)с„яп(2Ы' 1)~ в степенной ряд, получаем 4 л1Т 2 ч яп(л(Х+ Х' )Т,) яп(л(Г- Ф'„)Т,) л(Т+('„)Т, л(~ — Т )Т, яп(лТ+2Т )Т,) яп(л(à — 2(' )Т,) л(Г+ 2г' )Т, л(à — 2('„)Тс + — Ц,б Т,с„ 8 (6.35) Первое слагаемое представляет собой неискаженный сигнал изображения.
Его максимум уменьшается пропорционально множителю (! — с~~/4), который характеризует снижение энергетического потенциа- 201 (6.32) с Аналогичным образом можно установить степень влияния фазовых ошибок высших степеней. В частности, кубические искажения фазы сигнала приводят к смещению положения максимума сигнала изображения точечного объекта вдоль азимутальной координаты. В этом случае относительное смешение 0,6 с,Т 4л где с, — коэффициент кубических искажений фазы.
Кубические фазовые искажения вызывают также уменьшение мощности сигнала изображения, расширение его главного лепестка и ассиметричные изменения боковых лепестков. Влияние кубической фазовой ошибки на параметры выходного сигнала показано на рис. 6.17,б. Если считать допустимыми искажения выходного сигнала при Л~р = л/2, то коэффициент с, должен удовлетворять соотношению: с < —. 2л 3 (6.34) с При периодических искажениях фазовый набег ~ф) = с„яп(2л1' +ср), где с и Ä— соответственно амплитуда и частота изменений фазы сигнала.
Сигнал на выходе системы обработки (6.24), согласованной с неискаженным сигналом для О, =О, при синусоидальных фазовых искажениях(у= 0) т,д х~~=~',о, / сир(1рпй+~„.~ ~,~„~~1а. -т /з Глава 6 ла РСА. Другие слагаемые определяют искажение формы сигнала. Характер искажения зависит от частоты колебаний фазы Т„, . Медленные гарл~онические изменения фазы имеют место при Ф'„«1/Т, =Ы. В случае ц~(1) =с„яп(2пФ'„,1) =2яс,„('„т, имеет место линейное искажение фазы с коэффициентом с, = 2пс„1'„,, что приводит к смещению изображения. Согласно (6.28) относительное смещение Ь, = с„1„,Т„а допустимая величина амплитуды фазовых колебаний 2Ъ'(яп Оа)М„,„ с < ~у1' н (6.36) Иной вид имеют искажения РЛИ при быстрых гармонических колебаниях фазы ($'„ » 1/Т, =Ы ).
В этом случае основной лепесток сигнала по форме практически не искажается, но с обеих сторон от него на одинаковом удалении появляются дополнительные боковые лепестки. При малой величине амплитуды фазовых колебаний можно ограничиться рассмотрением первой пары боковых лепестков, расположенных на частотах +Т . Отношение мощности первого дополнительного бокового лепестка к мощности основного согласно (6.35) составляет Р,б,„4с 2 Л = — "= Р„, (4 — с~~) Если с„ <и/8, что соответствует Л~р = 2с„ = л/4, то уровень дополнительных боковых лепестков не превышает уровня боковых лепестков неискаженного изображения ( — 13,2 дБ).
Следует отметить, что при выполнении этого условия уменьшение амплитуды основного лепестка также будет несущественным. Аналогичным образом можно проанализировать влияние косинусоидальных гармонических колебаний фазы сигнала цК1) = с„соз(2тй'„1) . При медленных колебаниях, когда 1'„«1/Т,, фазовые искажения можно представить в виде ц~(1) = с„— 2с„я~ф~, т.е. в отличие от предыдущего случая имеют место квадратичные фазовые искажения с коэффициентом с =2с„,л'1'„'. При Л~р < к/4 из (6.32) следует условие: с„, < ! (6.38) 2я1 Т. При быстрых колебаниях фазы по косинусоидальному закону в выходном изображении, как и в предыдущем случае, появляются сим- 202 Системи обработки сигналов РСА метричные дополнительные боковые лепестки на частотах Г =+пГ„, где и =1,2,3...
Относительное изменение сигнала изображения РСА при случайных флуктуациях фазы зависит от среднеквадратической разности фазовых флуктуаций на концах апертуры о„, которую можно представить через коэффициент корреляции г(Т,) разности фаз: где о„, — СКО флуктуаций фазы в любой точке апертуры. Для случайного процесса с гауссовой корреляционной функцией средне- квадратическая величина смещения максимума выходного сигнала (относительно ширины неискаженного сигнала на уровне 0,5) находится в пределах 20...255гв при а„=1 рад, а ожидаемое уменьшение максимума вы- ходного сигнала по мощности Л, в тех же условиях не превышает 20'Ъ (1дБ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
