Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 57
Текст из файла (страница 57)
В результате действия первого фильтра происходит подавление сигналов неподвижных целей (фона). На выходе фильтра суммарные остатки сигналов мешающих отражений и шумов имеют равномерную спектральную плотность в пределах полосы частот сигналов движущихся целей (белый шум), т.е. происходит «выбеливание» помехового сигнала. Поэтому последующей оптимальной обработкой является согласованная фильтрация сигналов движущихся целей, прошедших «выбеливающий» фильтр.
На выходе согласованного фильтра выставленный уровень порога определяет вероятностные характеристики системы СЦД при обнаружении движущихся целей. В ряде случаев система СЦД выполняет одновременно (одним устройством) как выделение сигналов движущихся объектов, так и их согласованную фильтрацию.
Трппкт сиг Рис. 8.3. Структурная схема реализации алгоритмов СДЦ 8.2.2. Селекция движущихся целей в РСА путем доплеровекой фильтрации сигналов При использовании однолучевой диаграммы направленности (ДН) антенны РСА (один фазовый центр антенны) отличие сигналов движущихся и неподвижных объектов проявляется в различной зависимости средней доплеровской частоты траекторного сигнала от углового положения объекта. Сигнал неподвижного объекта (рис.
8.4) имеет доплеровскую частоту 2Ч г' = — соя 8„, (3А) 304 Режимы работы РСА темлеобзора где 0„— угловое положение ь цели относительно вектора Ч РСН путевой скорости носителя РСА; Х вЂ” длина волны РСА. При малых изменениях угла 0„(в пределах ширины ДН антенны) 2Ч РЛС У (8.2) 0 Рис. 8.4. Система координат при н 1ц~ наблюдении движущихся целей где ))„— угловое положение цели относительно направления оси ДН антенны (направления наблюдения 0„). 2Ч Известную постоянную составляющую частоты соя0„будем Х полагать скомпенсированной (равной нулю). Тогда — — 1~3 2Ч, (8.3) где Ч, = Ч а|п 0„— тангенциальная скорость носителя.
На рис. 8.5,а показано расположение объектов относительно ДН антенны. При ~„= 0 объект 1 — неподвижен, а объект 2 — движется. Имеется а) );в Г Г.„(, о) Рис. 85. Расположение движушихся и неподвижных объектов относительно ДН антенны (а), расположение отметок движущихся и неподвижных объектов на РЛИ (б) 305 11 †31 Глава 8 (8.5) где 8Π— ширина ДН антенны. Алгоритм селекции движущихся объектов сводится к фильтрации сигналов с граничной частотой $~, определяемой шириной спектра М~: (8.б) где Š— постоянный коэффициент (порог селекции). Если сигнал обнаружен и частота Ц объекта больше Ц, то считается, что объект движется, а если Ц < Ц вЂ” объект неподвижен.
Такая простейшая система СДЦ имеет ряд существенных недостатков. Так, сигналы неподвижных объектов с большой ЭПР, хотя и принимаются по боковым лепесткам ДН антенны, тем не менее могут быть обнаружены. Так как их угловое положение ~„> 0 /2 и соответственно доплеровская частота превышает граничную (Ц > ~Г ~), эти неподвижные объекты будут считаться движущимися (объект 3 на рис.
8.5). В свою очередь, движущиеся объекты в случае малых радиальных 2Ч скоростей, когда <Г, (~3„=0), будут считаться неподвижными. 306 также неподвижный объект 3 с большой а, сигнал которого принимается по боковому лепестку ДН. Штрих-пунктирной линией показан уровень оо фона. На рис. 8.5,б показано положение РЛИ объектов (3 ) по азимуту ((',). Неподвижный объект ! изображается сигналом на нулевой часто- те.
При движении объекта 2 сигнал приобретает дополнительное допле- ровское смещение частоты, определяемое величиной и знаком радиаль- ной составляюшей скорости объекта (скорость в направлении РСА) Ч 2Ч, 2Ч 2Ъ', Ч (' = — 'Р + — = — '(Р + — ), х " х х " ч (8.4) 1 где знак + соответствует направлению движения объекта к РСА. Таким образом, сигналы движущихся объектов, принимаемые по ос- новному лепестку ДН антенны вместе с сигналами неподвижных объектов, будут отличаться по доплеровским частотам и могут быть отфильтрованы (селектированы) в системе обработки траекторных сигналов. Сигналы фона и неподвижных объектов, принимаемые по основ- ному лепестку ДН, занимают полосу частот (на уровне — 3 дБ) М', = — 'Оо, 2У, Режимы рпбоипп РСА землеобзорп При этом сигнал движущегося объекта попадает в частотную область сигналов фона и его обнаружение зависит от отношения сигнал/фон.
Эффективность селекции движущихся целей в такой системе существенно зависит от их углового положения относительно максимума ДН антенны. ДН г 1 обна 13- ~гр 13-» 1ь о 11+ 12- игр 12+ Рис. 8.6. СДЦ при различных угловых положениях цели относительно равносигнального направления ДН антенны Так, сигнал цели 1 (рис.
8А3), находящейся в максимуме ДН, в результате движения цели (сближения с носителем) имеет положительное приращение доплеровской частоты. Однако поскольку скорость цели мала, то Г„< Г,р, и такая движущаяся цель классифицируется ошибочно как неподвижная. То же происходит и прн удалении цели, так как ~Г, ~ < $ Если цель 2 находится на правом краю ДН и движется с такой же скоростью, как и цель 1, частота сигнала цели при сближении с носителем Г2, будет больше Г, и цель будет классифицироваться правильно как движущаяся. Если же цель 2 движется с удалением от носителя, то частота сигнала такой цели Г2 будет меньше Г, и цель будет считаться неподвижной, В то же время цель 3, находящаяся на левом краю ДН и движущаяся также с удалением, будет классифицироваться правильно, а движущаяся от носителя — неправильно.
В связи с этим такая система СДЦ обычно дополняется логиче- ским алгоритмом выделения движущихся целей при сканировании ДН антенны. Еше одним существенным недостатком системы СДЦ является неопределенность «угловое положение — радиальная скорость» движущегося объекта. Взаимное положение по азимуту объектов в РЛИ определяется доплеровскими частотами их сигналов: ХГ„„ (8.7) 2Ч, Поэтому отметка движущегося объекта в изображении будет значительно смещена по азимуту относительно истинного положения: 307 Глпвп 8 р ~ш Чз1п0„ (8.8) Так, при Ч = !О м/с и Ч, = 200 и/с на дальности 20 км смещение отметки движущейся цели по азимуту будет равно 1 км.
Используя антенну большого размера, можно восстановить положение отметки цели, близкое к истинной. Потенциальная точность измерения угла азимута цели с помощью антенны а = Оо/ ~Ч, а о, = Оой„/,/Ч, При Оп=102 и отношении сигнал/шум о = 100 точность восстановления азимута движущейся цели будет о„= 20м . Цель считается движущейся, если ее радиальная скорость превышает пороговое значение Ч„: ~Ч„,~ > Ч„. Порог выбирается из условия обеспечения заданного уровня ложного решения и зависит от ошибок измерения !'„„Р„и Ч,=ЧяпВп. Для измерения угла Ц„ можно использовать сканирование однолучевой ДН антенны либо моноимпульсную антенную систему.
Синтезирование апертуры в суммарном канале обеспечивает одновременное формирование РЛИ неподвижных и движущихся целей, фона и измерение доплеровской частоты сигналов целей. Разностный канал обеспечивает измерение азимутальных углов обнаруженных целей. Оценки ра- 308 Такая простая система СДЦ используется для выделения движу- шихся объектов с большой радиальной скоростью (более 7...10 м/с). Учитывая небольшие собственные скорости наземных объектов, а также возможность их наблюдения под различными ракурсами, необходимо обеспечивать селекцию объектов, движущихся с радиальными скоростями 1,0...1,5 м/с. Значительное повышение эффективности СДЦ возможно в РСА землеобзора при высокой разрешающей способности, когда обеспечивается эффективное обнаружение малоразмерных целей на фоне отражений от земной поверхности независимо от того, движется цель или нет.
Цель, находящаяся в главном лепестке ДН антенны, обнаруживается по превышению порога в доплеровском фильтре, настроенном на частоту сигнала цели. При этом обеспечивается оценка доплеровской частоты 1д„. Задача СДЦ сводится к определению радиальной скорости цели, для чего необходимо измерить направление прихода обнаруженного сигнала (азимут цели). Имея оценки азимута и доплеровской частоты обнаруженного сигнала (8.7) и (8.8), можно определить радиальную скорость цели: а Ч = — ~-~3 Чз1пб .
2 Н' Режимы Роботы РСА землеобзоро 8.2.3. Селекции движущихся целей в системах с остановленным фазовим центром В качестве примера рассмотрим структуру системы СДЦ с остановленным фазовым центром. При этом способе селекции в РСА используют приемную антенну с фазовыми центрами, разнесенными вдоль линии пути носителя РСА, либо интерферометр с разнесенными антеннами (рис. 8.7).
Фазовый центр О в середине антенны соединен с передатчиком и формирует ДН на передачу.Фазовые центры 1 и 2 разнесены на расстояние ~ Й относительно передающего фазового центра и соединены соответственно с первым и вторым приемными каналами. ° ! Х=~/1 ,! ',0 д .г СДЦ с остановленным фазовым центром Рис. 8.7. Структура системы Антенна РЛС перемещается по прямолинейной траектории (ось Х на рис. 8.7) с постоянной скоростью Ъ'. В момент времени г излучаются и принимаются приемниками 1 и 2 сигналы ь,(г) и ь2(1), отраженные от всех объектов, находящихся в элементе разрешения по дальности в пределах ширины ДН антенны.
Если за время А! антенна перемещается на расстояние й, то приемный фазовый центр 2 становится на место фазового центра О, которое 309 диальных скоростей и углов позволяют селектировать движущиеся цели и устанавливать их отметки на РЛИ в истинное положение по азимуту. 1ак, при О, = 3' и отношении сигнал/шум о = 25 точность измерения азимутального угла оа = 1/! 00 рад. В этом случае точность измерения радиальной скорости ок = 2 мlс при Ъ', = 200 м/с. Влиянием ошибок измерения Г„„можно пренебречь. Если значение отношения сигнал/фон недостаточно для эффективного обнаружения движущейся цели, необходимо использовать системы СДЦ с пространственным подавлением сигналов фона и неподвижных целей. ,Глава 8 Принимаемые сигналы неподвижных объектов и фона на выходе фазового детектора соответственно будут равны: з,(1) = А„соя~ — (У1+ф2) созО„+ср„, (4к (4 з (1) = А„соз~ — (Ч1-ф2)созО„+ср„, (8.10) где А„— амплитуда сигнала; д„— начальная фаза, определяемая дальностью К„элемента разрешения, фазовыми характеристиками антенны, приемопередающего тракта, функции отражения объекта и среды распространения.
Аналогично записывается синусная составляющая сигнала на выходе фазового детектора. Если за время Л1 антенна перемешается на расстояние Й, т.е. Л1 =фЧ, то Ч1+Й/2= Ч(1+Л1)-д/2 и з,(1+Л1)=з,(1). 310 тот занимал в момент времени 1. Соответственно фазовый центр 0 становится на место приемного центра 1. Если все характеристики РЛ-системы и объектов за время Л1 не изменяются, то сигнал з~ (1+ Л1 ) = ь~(1), так как электромагнитная волна проходит один и тот же путь от передающего фазового центра до объекта и от объекта соответственно до первого и второго приемных фазовых центров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
