Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Эти изменения могут достигать 5...7 дБ. Поэтому в дальнейшем при расчетах используют формулы без уточняющих коэффициентов. Их отличие от более точных формул гораздо меньше неконтролируемых изменений характеристик целей, условий функционирования и параметров РЛС. В зависимости от решаемой тактической задачи используются различные характеристики обнаружения. Обычно рассматривают четыре типовые задачи: 1) картографирование; 2) обнаружение точечной цели на слабоотражающем фоне; 3) обнаружение точечной цели на сильноотражающем фоне; 4) обнаружение цели с «отрицательным контрастом», т.е.
когда ЭПР цели меньше ЭПР элемента фона. Эффективность решения ряда других задач, например обнаружения многоточечной цели, может быть определена через характеристики обнаружения для перечисленных четырех случаев. Специальные задачи — селекция движущихся целей и «скоростной портрет» — будут рассмотрены в других разделах. 1. При картографировании наиболее сложной задачей является обнаружение элементов земной (водной) поверхности на фоне различного рода шумов, прежде всего внутреннего шума РСА, отражений от метеообразований (дождя), а также пассивных и активных помех. В этом случае используется такая харакгеристика, как дальность картографирования, т.е.
максимальная дальность, на которой обеспечивается обнаружение элементов пространственно-распределенной цели с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги. Обычно задается тип цели с минимальной удельной ЭПР (ВГ1П, водная поверхность и т.п.) и условия картографирования (тип обзора, метеоусловия, помеховая обстановка). 2. Обнаружение отдельной сосредоточенной (точечной) цели на слабоотражающем фоне также характеризуют дальностью обнаружения. При этом задают конкретную цель, например малый корабль (его ЭПР) 253 Глава 7 и фон, на котором она обнаруживается.
Также задают тип обзора, метеоусловия и помеховую обстановку. Полагают, что дальность обнаружения в этом случае определяется уровнем шумов и помех, а влиянием фона (отражениями от подстилающей земной или водной поверхности) на обнаружение можно пренебречь. 3. При обнаружении малоразмерной ~точечной) цели на сильноотражаюшем фоне основное влияние на характеристики обнаружения оказывает помеховый сигнал фона в элементе разрешения, а внутренним шумом РСА можно пренебречь.
В этом случае характеристикой обнаружения является вероятность обнаружения конкретной цели на заданном фоне, например танка на фоне "степь летом" при заданной вероятности ложной тревоги в элементе разрешения. Основным фактором, определяющим эффективность обнаружения малоразмерной цели на фоне отражений от земной поверхности, является разрешающая способность РСА, так как чем меньше площадь элемента разрешения, тем меньше помеховый сигнал фона в этом элементе и тем выше вероятность обнаружения цели. При этом под целью мы понимаем такой объект, размеры которого меньше размеров элемента разрешения РСА, т.е.
объект полностью размещается внутри одного элемента разрешения. 4. В случае обнаружения цели на сильноотражающем фоне возможна ситуация, когда ЭПР цели меньше ЭПР фона (отрицательный контраст), например при обнаружении просеки (дороги) в лесу. Здесь также задается вероятность обнаружения конкретной цели на конкретном фоне. Эта вероятность определяется отношением ЭПР фона к ЭПР цели (контрастом), уровнем шумов, помех и боковых лепестков ФН РСА, которые уменьшают контраст.
При обнаружении цели на слабоотражающел~ фоне дальность обнаружения определяется отношением сигнал/шум в элементе разрешения. Если антенна РСА с коэффициентом усиления (з излучает импульсную мощность Р„, то плотность потока мощности в районе цели будет равна Р„О 4 ДК2 При этом цель переизлучает мощность Р„, пропорциональную ЭПР цели о„, в направлении приемной антенны: Р„= П -„о„ В случае однопозиционной РСА расстояние К„= К„и плотность потока мощности у приемной антенны Характеристики РСФ зоил еоозора П 4 К2 И и а мощность принимаемого сигнала Рпрм Пари~а > где 8„— эффективная плошадь антенны.
При использовании одной и той же антенны на передачу и прием площадь антенны равна к~Сз 4я При этих условиях для одного излучаемого и принимаемого импульса отношение сигнал/шум Р С2)~2 и и (7.!О) (422) К2Р Ь„ где Х вЂ” длина волны РЛС; ʄ— дальность до цели; Р— мощность шума; 1.п — потери мощности сигнала цели в высокочастотном тракте и среде распространения. Отношение сигнал/шум. Мощность шума определяется прежде всего внутренними шумами приемника: Рм 1~1~~~ш 1'ал~ т где 1сТ=4 10 '~ Вт/Гц; М=с/25г — полоса приемника, определяемая требуемым разрешением по дальности; Р— фактор шума, определяемый в основном типом входного устройства приемника; 1ч — односго- ронняя спектральная плотность шума.
Типовые параметры (динамический диапазон ДД и фактор шума Р ) некоторых входных устройств РЛС представлены в табл. 7.4. Таблица 7.4. Типовые параметры некоторых входных устройств РЛС Глава 7 Кроме шумов приемника, существуют внутренние шумы системы обработки (АЦП, процессора, шумы оптической системы обработки), которые будем считать на 3...5 дБ меньшими, чем внутренние шумы приемника. Характеристики обнаружения в присутствии организованных (пассивных и активных) помех оговаривают особо, задавая помеховую обстановку и методы помехозащиты.
Типовое значение мощности внутреннего шума (10 ~~...!О ц Вт в сантиметровом диапазоне радиоволн) намного больше естественного внешнего шума (10 2' Вт), поэтому последние не учитываются. В де- циметровом и метровом диапазонах радиоволн влияние внешних шумов резко возрастает, что обусловлено излучением многочисленных телевизионных, связных, навигационных и других передатчиков. Это серьезно ограничивает дальность обнаружения, и для снижения уровня помех применяют специальные меры пространственного и частотного подавления источников помех.
Потери в высокочастотном тракте (передатчик — антенна — обтекатель антенны — приемник) обычно составляют 4...6 дБ. Потери в среде распространения (двухстороннего: до цели и обратно) в основном определяются потерями в дожде, например поглощение волны длиной 3 ем при интенсивности дождя 4 мм/ч равно 0,1 дБ/км. При сплошном дожде на пути распространении волны, равном 30 км, эти потери составляют 3 дБ.
Увеличение отношения сигнал/шум по сравнению с простым одиночным импульсом обусловлено когерентным накоплением при сжатии сигнала по дальности и в результате синтезирования апертуры. При сжатии импульса отношение сигнал/шум увеличивается пропорционально коэффициенту сжатия Е =т„/т,, где т,=!/М вЂ” длительность сжатого сигнала, а М вЂ” полоса частот зондирующего сигнала, т.е. 1с, =т„М. Более точные взаимосвязи полосы частот и коэффициента сжатия, обусловленные выбором конкретной весовой функции при обработке импульса, обычно учитывают в виде коэффициентов потерь при сжатии и синтезировании. При синтезировании апертуры происходит когерентное накопление Х~ = г„Т, импульсов, что в Х„раз увеличивает отношение сигнал/шум. Поскольку время синтезирования определяется требуемым Ж„ разрешением по азимуту: Т, = ", то число накапливаемых им- 2МЧз1п0„' пульсов можно записать как ~~н~а 2МЧ з1п 0„ Характеристики знСА зеилеоязора Подставляя значения Р, !Ч~ и 1с, в формулу отношения сигнал/шум для одного импульса, получим отношение мощности сигнала к мощности внутреннего шума при синтезировании апертуры: Р Сз Х'о„ 2(4к) К'!се $.гЫЧяпО„ !7.12) где Р, = Р„т„Гн — средняя мощность излучения; !.~ — суммарные потери в высокочастотном тракте при распространении волны и при обработке сигнала.
Как видно из (7.12), отношение сигнал/шум в РСА уменьшается пропорционально Кз, а не К"„, как в обычной РЛС. Это объясняется н увеличением числа когерентно накапливаемых импульсов Я„с увеличением дальности для обеспечения постоянства разрешения по азимуту. Суммарные потери !.~, кроме потерь в высокочастотном тракте и р — = —; ехр —— (7.13) 25? 9 — 3169 при распространении электромагнитных волн, учитывают также потери при обработке сигналов. Потери при обработке обусловлены: ! ) несогласованностью характеристик системы обработки и сигналов вследствие ошибок определения параметров движения носителя и характеристик РСА, а также ошибок формирования опорной функции процессором; 2) несовпадением частоты сигнала с частотой настройки одного из гребенки фильтров обработки; 3) падением амплитуды сигнала на краях ДН антенны и весовой функции обработки; 4) флуктуациями траекторного сигнала.
При обнаружении точечной цели эти потери достигают 5...8 дБ, а суммарные потери соответственно 12... 17 дБ. Необходимое отношение сигнал/шум ц онределяется требуемой вероятностью правильного обнаружения при заданной ложной тревоге, которые, в свою очередь, определяются статистическими характеристиками сигнала цели и шумов. Наземные и морские цели отличаются сложной конфигурацией. Наличие отдельных плоскостей, уголков, элементов с резонансным характером отражений приводит к тому, что в элемент разрешения попадает небольшое число мощных отражателей. В этом случае плотность вероятности ЭПР малоразмерной цели или разрешаемого элемента большой цели обычно характеризуется логнормальным законом или законом распределения «т с четырьмя степенями свободы»: Глава 7 Р Бо Плотность вероятности мошности помехового сигнала Р„ в элементе разрешения обычно характеризуется экспоненциальным законом: 0.8 О.б р — = — -ехр --- .
(7.14) 0.4 0.2 Характеристики обнаружения для этих законов распределения мощности сигнала и помехи пред- 4 8 !2 16 20Ч,лБ ставлены на рис. 7А. Здесь изобраРис. 7.4. Характеристики обнаружения жены графики зависимости вероятцели ности правильного обнаружения Р от отношения сигнал/помеха г) = Р„/Р„при вероятности ложной тревоги Р = 1О в одном элементе разрешения и различном числе Я„обзоров (накапливаемых независимых изображений цели и помехи). Из графиков следует, что для обеспечения вероятности правильного обнаружения Р = 0,8 требуется отношение сигнал/помеха г) =15 дБ в одном элементе разрешения при однократном и г) = 9 дБ при четырехкратном обзоре. Рассмотрим определение дальности обнаружения для четырех типовых задач. 1. Обнаружение г/ели на елабоотражающем фоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
