Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Ожидаемое расширение выходного сигнала относительно ширины главного лепестка неискаженного сигнала в меньшей степени, чем Л, и Л, . зависит от случайных фазовых флуктуаций и при и =1 рад составляет доли процента. Однако с увеличением СКО случайных флуктуаций фазы сигнала существенно возрастает относительный уровень суммарной мощности боковых лепестков. Так, при о =1 рад эта мощность возрастает на 2...5 дБ, причем рост боковых лепестков при прочих равных условиях существенно ускоряется с уменьшением интервала корреляции фазовых флуктуаций.
Таким образом, величина изменений параметров выходного сигнала зависит от характера фазовых искажений, однако при малых искажениях для всех видов функции ~ф) достаточно выполнить условие ~~р(1)~ < Ь~р . Это условие означает, что на интервале синтезирования Т, максимальные фазовые искажения ~цс(1)~ не должны превышать допустимой фазовой ошибки Л~н„,„. При этом линейный набег искажения фазы не учитывается, так как он определяется допустимым смещением частоты сигнала (условие (6.29)), т.е.
при регулярных фазовых искажениях ~~р(1)~ рассчитывается по квадратичному и более высоким членам разложения функции ~р(1) . Допустимый фазовый набег Л~р„определяется величиной допустимых искажений выходного сигнала и мало зависит от вида искажающей функции. Так, для медленной периодической фазовой модуляции при макси- 203 Глава 6 мальном набеге фазы на краях апертуры, равном л/4, уменьшение мощности максимума главного лепестка будет составлять 0,5 дБ. Такое же уменьшение главного лепестка будет наблюдаться и при квадратичном набеге фазы на краях апертуры на величину к/4; при этом относительное расшире- ние главного лепестка Л, составляет 10'/о. Для нормального случайного процесса ~р(~) с гауссовской функцией корреляции при времени корреляции = Т, и СКО о„=! 5 (что приблизительно соответствует максимальному отклонению у, „= Зо = л/4 ) уменьшение мощности в максимуме главного лепестка составляет 0,4 дБ. При быстрых флуктуациях, когда время корреляции т гораздо меньше времени синтезирования, потери в главном лепестке возрастают до 0,6 дБ.
При других видах корреляционной функции фазовых флуктуаций снижение мощности выходного сигнала при а = 15' также составляет 0.5...0,б дБ. Отношение мощности главного лепестка к суммарной средней мощности боковых лепестков для выходного сигнала вила з(п х/х при о„= 15' и т = Т, снижается с 1О до 8 дБ. Допустимый уровень быстрых фазовых флуктуаций обычно определяется допустимым уровнем суммарной (интегральной) мощности боковых лепестков. Для малых значений о„интегральная мощность боковых лепестков в децибелах равна Р, = 201овст„.
Обычно допустимая величина и =6...15 . Быстрые амплитудные флуктуации влияют так же, как и фазовые флуктуации при малых значениях изменения амплитуды и фазы. Так, 5;4-ные амплитудные флуктуации эквивалентны флуктуациям фазы в 3'. Как уже говорилось, в условиях реальной работы РСА основными причинами фазовых искажений траекторного сигнала являются: атмосферные неоднородности, нестабильности приемопередающего тракта и системы обработки, а также нестабильности движения ЛА. Тропосферные неоднородности имеют пространственный интервал корреляции порядка 50...100 м, при этом СКО фазовых искажений составляет единицы градусов (см. гл.
4). Фазовые нестабильности приемопередающего тракта зависят от метода обеспечения когерентностц. В целом, путем стабилизации частоты опорных генераторов и повышения стабильности фазовых характеристик приемного устройства и устройства обработки СКО фазовых искажений, вызванное аппаратурными флуктуациями, также может быть доведено до единиц градусов. СКО фазовых искажений, вызванное траекторными нестабильностями, упругими колебаниями конструкции носителя РСА и ошибками датчиков параметров движения ЛА, может достигать десятков и сотен градусов.
204 Системм обработки сигналов РСА Поэтому основной задачей при получении высокого разрешения становится снижение ошибок определения параметров траектории движения фазового центра антенны для обеспечения точной компенсации медленных, в основном квадратичных, фазовых ошибок.
6.3.2. Компенсация траекторнаск нестабильностей с помотцью инерциаланой навигационной системы Опорная (заданная) траектория движения (маневр) носителя РСА выдерживается с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС), которая вырабатывает сигналы управления для автопилота носителя. Кроме того, для обеспечения заданного положения зоны обзора РСА относительно опорной траектории задается направление обзора (азимут 8к и угол места ~р„), а также удаление зоны обзора — дальность К„(рис.
6.18). Заданное направление обзора выдерживается путем управления ДН реальной антенны относительно строительной оси носителя РЛС по курсу, крену и тангажу, а удаление зоны обзора- заданием задержки сигнала т„= 2К„/с в каждой точке траектории. Рис. 6 18. Компенсация траекторных нестабильностей с помощью ИНС Неточности работы системы управления маневром носителя РЛС и различного рода случайные возмущения при движении носителя в турбулентной атмосфере вызывают отклонения реальной траектории полета от заданной.
Эти случайные отклонения от опорной траектории принято называть траекторнььна нестабтьн остями (ТН). 205 Глава б Хотя изменение параметров движения самолета происходит сравнительно медленно, однако величина этих изменений может быть достаточно большой. Так, среднеквадратическое значение линейных отклонений может изменяться от единиц до десятков метров. угловых отклонений по крену и курсу — от 1 до 2' (по тангажу в 3...5 раз меньше). Время корреляции обычно в 5...10 раз больше периода колебаний, который составляет 1... 10 с для линейных отклонений и 1... 5 с для угловых колебаний.
Конкретные параметры ТН зависят от типа самолета и характера турбулентности атмосферы. ТН приводят к нарушению оптимальности обработки отраженных сигналов. Так, для нормальной работы РСА необходимо знание траектории носителя для вычисления закона изменения расстояния от РЛС до наблюдаемого объекта и расчета опорной функции с точностью до малых долей длины волны РЛС в пределах интервала синтезирования. В связи с этим встает задача компенсации искажений траекторного сигнала, вызванных ТН. Назначение системы компенсации ТН состоит: ° в измерении траекторных нестабильностей; ° коррекции фазы опорного или отраженного сигнала; ° коррекции изменения задержки отраженного сигнала; ° управлении ДН реальной антенны для поддержания заданного по- ложения зоны обзора на местности; ° привязке получаемого изображения к системе координат индикатора.
Один из вариантов построения системы учета маневра носителя и компенсации ТН построен на том, что фаза и задержка отраженного сигнала определяются текушим расстоянием г(1) от фазового центра реальной антенны (ФЦА) до объекта. Траектория ФЦА вычисляется при помоши специальной инерциальной системы микронавигации с точностью, обеспечиваюшей требуемые характеристики качества РЛИ. ИНС в этом случае является датчиком параметров траектории движения носителя РЛС, определяюших алгоритм обработки траекторного сигнала. Изменения задержки сигнала на интервале синтезирования учитываются соответствующим сдвигом отсчетов АЦП, а изменения фазы — сдвигом фазы опорной функции.
В дальнейшем рассматривается задача расчета фазы опорной функции по данным ИНС. Фаза опорной функции при согласованной обработке сигналов определяется законом изменения текушего расстояния между ФЦА и объектом на интервале синтезирования: г,(1) = где х(1), у(1), Н(1) = Х(1) — текущие координаты ФЦА в земной системе координат О„ХУХ (см. рис. 6.18); х„у, — координаты объекта в той же системе координат. 206 Систсуни обработки сигналов РСА При средних значениях разрешающей способности (единицы метров) для формирования опорной функции применяется квадратичная аппроксимация текущего расстояния: с г,(с) = г,. — Ч„с+ а„—, (6.39) где г, — начальная дальность объекта; Ч„, а„— соответственно радиальная скорость и ускорение ФЦА относительно объекта при с =О, которые определяются формулами: ссг,(с) Ч„= — ' =(ЧхсозО,+Ч япО,)созрр,-Ч япср,, у=о а дс Ч2 Ч2 =-(ахсозО, +а„япО)созрр, +а~япср, + г р=о 1 .
4сс Ь(с)=%(с)ехр ) ( — Ч,с+а,— ) Х ' т2 (6.40) где Ч„а„— радиальные скорость и ускорение движения ФЦА по отношению к центру зоны обзора; Ч, =(Ч созО„+Ч„япО„)созср„— Ч яп<р„; Ч2 Чг а„= — (а созО„+а„япО„)созррм+ахяпср„+ К„ Квадратичная аппроксимация текущего расстояния г,(с) оправдана с практической точки зрения, так как позволяет уменьшить количество измеряемых параметров движения ФЦА и частоту их определения до одного раза на интервале синтезирования. Однако квадратичная аппроксимация, полученная путем усечения степенного ряда, сопровождается погрешностью представления функции г,(с).
Погрешность аппроксимации определяется в основном кубическим членом разложения: 207 где Чхт Чт, Ч~, ах, ат, а~ — проекции скорости и ускорения движения ФЦА на оси нормальной земной системы координат Оотг. в момент време и т = О; М =,Я„ь М~ ь ут — модуль подвод короети рцА в тот же момент времени; О„р, — соответственно азимут в горизонтальной плоскости и угол наклона в вертикальной плоскости с-й точки земной поверхности при с=0.
для центральной точки кадра изображения (О; =О„,щ =~р„, сс; =сс ) опорная функция равна: Глава 6 Л = — ', где М =пзахн1 ~=пзах~а.(г)~ — максимальная скорость М,1 ! з Г(1)! 31 ,'1,з1= и изменения радиального ускорения на интервале синтезирования. Определение допустимого времени синтезирования. Погрешность аппроксимации приводит к искажению РЛИ и, следовательно, к ограничению максимально возможного времени синтезирования величиной Т, „,„, при которой 3 Х " Х 31 ~ 2 ! 121 Величина М, в свою очередь складывается из скорости изменения радиального ускорения при отсутствии ТН о г,(1) а '(1) = змв (6.42) Чха„+Ч а,, +Ч~ах+Ча, =-(ахсозОн+ а' яп6„)соз~р„+ а'яп<р„+3 н которая увеличивается с увеличением интенсивности маневра, и случайной величины Ла,', вызванной случайными отклонениями радиального ускоре- ния а,(1) от его математического ожидания вследствие ТН.
Эти отклоне- ния обычно характеризуются корреляционной функцией вида К„, (т) = о„, 1- — ехр — — соз— (6.43) где т — временной сдвиг; о,з, — СКО флуктуаций радиального ускоре- ния; т„,Т~ — соответственно время корреляции и период колебаний конструкции ЛА, причем т„> Т„. 208 где <р„,„— допустимый уровень искажения фазы сигнала. Кубическая фазовая ошибка, вызванная неучтенным членом разложения и составляюшая я/2 на краях синтезированной апертуры, вызывает уменьшение амплитуды сигнала на 0,5 дБ и приводит к расфокусировке изображения на 10%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
