Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Радиометрическое разрешение РЛИ вЂ” это минимальная величина различения ЭПР двух целей. Чем выше радиометрическое разрешение, тем меньшую разницу между двумя значениями ЭПР целей можно оценивать. Величина радиометрического разрешения зависит от отношения 241 Разрешающая способность зависит также от весовой функции при обработке сигнала и фазовых искажений сигнала, прежде всего обусловленных траекторными нестабильностями. При использовании весовой функции Хемминга (табл. 5.1) разрешение ухудшается по сравнению с (7.1) и (7.2) в 1,3 раза.
Обычно траекторные нестабильности считаются скомпенсированными. Согласно типовым требованиям разрешающая способность РСА детальной разведки должна составлять 0,3...3 м, а ударных систем— 1...10 м в зависимости от дальности обзора.
При относительно низких требованиях к разрешающей способности РСА (широкий сектор обзора, режим СДЦ), а также при наблюдении на небольших дальностях используют режим ДОЛ. В этом случае уменьшается время формирования РЛИ и снижаются требования к быстродействию процессора. Однако в режиме ДОЛ предельное разрешение ограничено величиной ы„„> фк„/г.
Глава 1 а. льь сигнал/шум и числа некогерентных накоплений И„при получении изображения целей (рис. 7.1). Обычно радиометрическое разрешение РСА равно 2-3 дБ. Для оценки ЭПР однородных поверхностных целей требования к радиометрическому с!ш, лБ разрешению возрастают до 1 дБ. РисЛ7Л. Графики зависимости Динамический диапазон РадиометРического РазРешениЯ РЛИ изображения определяется как от отношения сигнал/шум характеристиками объектов (функцией отражения) и их взаимным расположением, так и свойствами РСА (функцией неопределенности, амплитудной характеристикой всего тракта РСА и шумами). Входной динамический диапазон сигналов ДД.„= о„„, /о„„„„при высоком разрешении может достигать 60...70 дБ.
Например, при разрешении Ы = Ьг = 1и, о„„, =10' м' (уголковый отражатель), о„„= 10 и' (элемент фона типа водная поверхность) ДД =70дБ. Динамический диапазон при наблюдении городских построек достигает 60 дБ. В метровом (дециметровом) диапазоне динамический диапазон может достигать 80 дБ, что объясняется кроме того, наличием мошных излучений различного рода передатчиков в этом диапазоне.
Различают динамический диапазон при изображении: 1) одиночных точечных целей; 2) двух близкорасположенных точечных целей; 3) распределенных (многоточечных) целей с малой ЭПР на фоне поля отражателей с большой ЭПР (отрицательный контраст). Выходной динамический диапазон РСА землеобзора при изображении одиночных целей обычно не превышает 40...50 дБ. Для близкорасположенных друг к другу точечных целей он определяется уровнем первых боковых лепестков ФН РСА и обычно не превышает 30...40 дБ. Отрицательный контраст, например изображение дороги в лесу, определяется уровнем суммарной мошности всех боковых лепестков (интегральным уровнем) и обычно не превышает 15...20 дБ.
При визуальном наблюдении основное ограничение ДД вносит индикатор. При телевизионной индикации ДД =15...20дБ, а при записи на фотопленку ДД = 25...30дБ. Основные факторы, влияннцие на динамический диапазон РСА землеобзора. На рис. 7.2 (сплошная линия) представлено сечение по оси частот типичной ФН РСА при использовании взвешиваюшей функции Хемминга в процессе обработки сигналов. Такая обработка обеспечивает 242 Характ)))))нстнки РСФ ммлеобзора достаточно низкий уровень боко- А. ль о вых лепестков при небольшом расширении основного лепестка. -ю Разрешение по частоте в этом случае равно Ы = 1,31/Т,, максимальный боковой лепесток Р„, = — 42,8дБ, а интегральный уровень боковых лепестков ~)) Р = -37дБ .
Интегральный 1суммарный) уровень всех боко- 1 2 3 4 5ГГц вых лепестков (заштрихованные области на рис. 7.2) соотносят к Рис. 7.2. ФН сигнала при весовой основному пику, который определяется по нулевому уровню, что соответствует приблизительно ширине, равной трем элементам разрешения на уровне -3 дБ: 1" )))))Г )) Р,= (7.3) ~~ц))Гас о Вкладом боковых лепестков в мощность основного пика можно пренебречь, что и учтено в формуле (7.3). Аналогично вычисляется суммарный уровень мощности боковых лепестков и по задержке (дальности) в случае использования сложных зондирующих сигналов.
Если, например, цель с большой ЭПР расположена в четвертом (самом мошном на рис. 7.2) боковом лепестке, то сигнал от нее в основном лепестке будет на 42,8 дБ ниже, что и определяет в данном примере потенциально возможный динамический диапазон изображения по близлежащим целям. На рис. 7.2 штриховой линией показано сечение ФН для случая постоянной амплитуды сигнала (без взвешивающей функции). Максимальный (ближайший) боковой лепесток Р„„„, = — 13 дБ, а интегральный Р„„, = — 10,3 дБ, что явно недостаточно для передачи требуемого динамического диапазона.
В реальных системах уровень боковых лепестков определяется также большим числом других факторов: нестабильностями траектории, среды распространения, приемопередаюшего тракта и системы обработки, влиянием неоднозначности ФН по азимуту и дальности, конеч- 243 Глава 7 ной разрядностью вычислений в процессорах и т.п. При этом максимальный уровень боковых лепестков повышается до — 30...— 35 дБ, а интегральный уровень может достигать — 15...— 20 дБ. Перечисленные выше нестабильности приводят к быстрым (некоррелированным от одного периода повторения к другому) колебаниям фазы траекторного сигнала. Интегральный уровень боковых лепестков ФН при наличии таких нестабильностей определяется СКО фазовых флуктуаций о„: Р, =201по при о «! (о в радианах). Характерные величины Р„для различных источников флуктуаций приведены в табл.
7.1. Таблица 7.1. Характерные величины Р„для различных источников флуктуаций Влияние интегрального уровня боковых лепестков Р„поясняется на рнс. 7.3. Пусть функция отражения представляет собой однородную поверхность с удельной ЭПР о„, = — 15дБ (лесной массив) с «провалом» шириной 56г н ЭПР о„= — 40дБ (водная поверхность). Динамический диапазон функции отражения такого участка земной по- 0 верхностн равен 0 ДД= о;,/о, =25дБ. Каждый 20 Чйн1 разрешаемый элемент фона, г„, окружающего «провал». вноЗо Р~ Рн~п снт свой вклад В мощность -40 сигнала изображения «прова- 1 1 д -0 ! 3 ла». Этот вклад пропорцно— в «в пален мощности бокового лепестка ФН, соответствующе5бг Рис.
7.3. Влияние интегрального уровня го расстоянию элемента разбоковых лепестков на РЛИ решения от «провала». Таким оо. лв ьы Характериспики РСА землеобзора образом, суммарный вклад пропорционален мощности всех боковых лепестков Р Пусть интегральный уровень боковых лепестков ФН РСЛ Р„= -15дБ, а уровень всех видов шумов меньше на 3 дБ уровня отраженного сигнала в «провале», т.е. суммарная мощность внутреннего шума приемника, шумов системы обработки и внешнего шума Р =-43дБ. Тогда общий уровень мощности сигнала изображения в «провале» Р„,=Р,+Р,Р +Р =1О + +!О +0,5 10 =-28дБ, где Р, и Р, пропорциональны соответственно ам и ам .
В результате динамический диапазон изображения Р„, -15дБ ДД„= — "' = =13дБ вместо 25 дБ на входе, т.е. в результате влия- Р„, — 28дБ ния боковых лепестков ФН и шумов происходит снижение контраста изображения. В случае одиночных целей динамический диапазон РСА на выходе системы обработки равен отношению максимальной мощности сигнала при его ограничении Р, к мощности минимального сигнала Р„„„: ДД=Р, /Р„ Минимальная мощность сигнала обычно определяется мощностью сигнала фона, которая пропорциональна минимальной удельной ЭПР фона а „„„, и разрешением на местности: Р„=бгЫо«„, в предположении (как и в предыдущем примере), что мощность всех шумов меньше минимальной мощности сигнала фона.
Уровень ограничения мощности сигнала Р определяется числом разрядов АЦП при условии минимизации уровня шумов АЦП. Так, для 4-разрядного АЦП оптимальный уровень ограничения устанавливается на 8 дБ больше среднего уровня сигнала Р,„. При этом относительная мошность шума АЦП Д РАцп/Р— 19 дБ. Для 6-разрядного АЦП соответственно Р, =10Р, и Д „=-30дБ.
Среднее значение сигнала Р,„определяется суммарным сигналом на входе АЦП от всей полоски по дальности в пределах ширины ДН антенны: 2 где т„— длительность зондирующего сигнала до сжатия, если обработка по задержке (сжатие по дальности) производится после АЦП; О»в ширина ДН; ʄ— дальность наблюдения; ол, — среднее значение 245 Глава 7 удельной ЭПР в полоске дальности, которое зависит от конкретного района наблюдения и обычно равно — 20...— 25 дБ. Рассмотрим числовой пример. Пусть т„=1мкс (ст„/2=150 м); О, =3' (О 05 рад); К„= 50 км (5 10" и ); о, =-25 дБ (3.!О ' ). Тогда при 4раз- рядном АЦП о = "О К„о =!125м', о =бе (ЗдЯ/=6750м', Д =-19дБ„ удельная мощность шума, обусловленного АЦП, о; = а„Д„цл = -44 дБ; при разрешении Ьг = й' = 3 м минимальный сигнал фона оф„— — ЙЬЫ»„ =9 10 м' (водная поверхность о, =-40дБ). Пренебрегая удельной мощностью шума АЦП (-44 дБ) по сравнению с минимальной ЭПР фона ( — 40 дБ), получим динамический диапазон изображения ДД = о; /о, = 7,5-10', т.е.
близкий к входному диапазону сигналов. В данном примере мы пренебрегли всеми шумами, кроме шумов АЦП, так как обычно стараются обеспечить мощность шума приемника на 1...3 дБ меньше минимальной мощности сигнала фона, а мощность шума процессора еще на 3 дБ меньше. Заметим, что при наблюдении целей и фона с большей средней удельной ЭПР (о = -10...— !5 дБ ) потребуется 6-разрялный АЦП. Наибольший вклад в ограничение динамического диапазона изображения одиночных (изолнрованных) отражателей вносят шумы, обусловленные отражениями от дождя и организованными помехамн. Отражения от дождя определяются разрешаемым объемом дождя Ч„и удельным коэффициентом отражения от дождя о,„.
Разрешаемый обьем дощля У, = ЬгЫН„, где Н,— высота сплошного дождя от поверхности земли. Удельный коэффициент отражения а„= 1,7.10 м /м' при интенсивности дощля 3 мм/ч и о„=10 м /м' при интенсивности дощля 7 мм/ч при длине волны РЯС Х = Зсм . Для нашего примера, когда Н, = З,З км, М = бг = 3 м и оо, = 1О 'м' /м', ЭПР дождя о„= У о, = 3 1О 2 м', ДД„= о„„/о„= 2-10, т.е. динамический диапазон снижается более чем на порядок. Основное ограничение динамического диапазона радиолокационного изображения одиночных целей обычно определяется индикатором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
