Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 6
Текст из файла (страница 6)
По отношению к источникам внешних помех, кроме того, возможна угловая селекция, эффективность которой зависит от ДН реальной и синтезированной апертур. 7. Относительное перемещение антенны и объекта, необходимое для формирования СА, можно выполнить различными методами. Формирование СА в результате движения антенны при неподвижном объекте называют прямым синтезированием, а формирование СА при движении объекта и неподвижной антенне — обратны.м синтезированием. При этом возможно формирование СА в результате вращения объекта, что эквивалентно движению антенны вокруг объекта. Использование в процессе синтезирования одновременно не одной, а многих антенн позволяет синтезировать не только линейные, но и плоские и объемные СА. 8.
Обработка траекторного сигнала для получения сверхвысокой разрешающей способности по дальности и азимуту в реальном масштабе времени (режим радиовидения) требует высокого быстродействия (107...10 операций/с) и большого объема памяти процессора (10'...10 байт), что представляет исключительно сложную задачу для бортовых ЦВМ. В наземных условиях эту задачу успешно решает оптический процессор, в котором используется запись траекторного сигнала на фотопленку и аналоговая обработка сигнала с помощью когерентной оптической системы. 9. Синтезирование апертуры требует определенного времени, что приводит к задержке информации в РСА.
Минимальное запаздывание информации определяется временем синтезирования, т.е. временем формирования СА. Обычно оно составляет десятые доли — единицы секунд. Максимальная задержка определяется с учетом времени выполнения алгоритма синтезирования соответствующим процессором обработки траекторных сигналов. Наибольшую задержку имеют наземные оптические процессоры. Она состоит из времени полета самолета в зоне работы РСА, времени возвращения на базу, времени доставки фотопленки с записью траекторных сигналов в лабораторию, времени фотохимической обработки пленки, оптической обработки и записи изображения на вторичную фотопленку и, наконец, фотохимической обработки вторичной пленки.
Это время может достигать нескольких часов. 24 Ошоеи теории еиитеэироеапиих апертур Я Для получения режима радиовидения необходима сверхвысокая разрешающая способность РЛС по дальности и азимуту (от единиц метров до десятков сантиметров). Разрешение по дальности обеспечивается использованием широкополосных зондирующих сигналов (100 МГц и более). Разрешение по азимуту обеспечивается синтезированной апертурой антенны размером в сотни метров и дюне километров при обычном (малом) размере антенны. Синтезированная апертура формируется путем относительного перемещения антенны РЛС и цели.
При неподвижной цели синтезирование называется прямым, а при неподвижной антенне и перемещении цели — обратным. Возможно также синтезирование апертуры за счет вращения цели при неподвижной РЛС. Синтезированная апертура формирует ДН только на прием путем обработки траекторного сигнала.
Используя соответствующие алгоритмы, процессор обработки может формировать различные ДН (суммарные, моноимпульсные, многолучевые и т.п.). Алгоритм обработки траекторного сигнала должен учитывать сферичность волн, отраженных от цели (осуществлять фокусировку). При небольших размерах СА можно не применять фокусировку. Такой режим РСА называют данае)эоаским обужением луча (ДОЛ).
Обработка траекторного сигнала эквивалентна синфазному суммированию, что требует обеспечения когерентности сигнала. Нарушение когерентности обусловлено, прежде всего, траекторными нестабильностями относительного перемещения антенны РЛС и цели, а также нестабильностями приемопередающего тракта и среды распространения электромагнитной волны.
Для компенсации нестабильностей используются системы микронавигации и алгоритмы автофокусировки при обработке траекторного сигнала. Обработка траекторного сигнала в реальном масштабе времени требует высокого быстродействия (до 10 операций~с) и большого объема памяти (до 10~ бит) бортового процессора. Использование наземной оптической системы обработки приводит к задержке информации до нескольких часов. ГЛАВА 3 Пространственная селекция объектов при синтезировании апертуры ЗЛ. Общие закономерности пространственной селекции Пространственная селекция определяет детальность получаемого радиолокационного изображения (РЛИ). Чем выше пространственная селекция и соответственно детальность РЛИ, тем больше малоразмерных объектов и элементов крупных объектов можно наблюдать (обнаруживать, определять координаты и другие параметры) в зоне обзора РЛС.
Пространственная селекция РСА так же, как и обычной РЛС, характеризуется разрешающей способностью по дальности Ьг и линейной разрешающей способностью по угловой координате (азимуту) И. В свою очередь разрешение определяется свойствами пространственно- временного траекторного сигнала РСА, т.е. синтезированной апертурой антенны и модуляцией зондирующего сигнала. Поскольку сигналы и шумы РСА имеют статистическую природу, т.е. носят случайный характер, разрешающая способность так же, как и обнаружение объектов, должна определяться вероятностными характеристиками. Однако на практике использование вероятностных характеристик крайне неудобно, так как разрешение зависит от большого числа параметров объектов, сигналов и шумов, статистические сведения о которых обычно отсутствуют.
В то же время, при всем различии алгоритмов обработки сигналов, основным фактором, влияющим на разрешающую способность РСА, является размер базы (апертуры) сигнала. С учетом того, что накопление энергии сигналов на фоне шумов является важнейшим критерием при выборе алгоритма обработки, выходное изображение РСА формируется путем согласованной обработки траекторного сигнала. Оценку разрешающей способности обычно производят на основании критерия Рэлея. Согласно этому критерию два точечных объекта могут быть разрешены, если в их изображении наблюдается провал между двумя максимумами (двугорбая кривая).
Так как в РСА величина провала зависит еще и от соотношения начальных фаз и амплитуд сиг- Простраиствеппаа селекция оовекпюв при сиптезировапии апертуры налов объектов, более удобным является оценка разрешения по ширине изображения одиночного точечного объекта на определенном уровне (обычно — ЗдБ). В этом случае возможность разрешения параметров сигнала РСА, в которых закодированы дальность и угловая координата объекта, определяется функцией рассогласования траекторного сигнала точечного объекта и опорного сигнала на выходе согласованной системы обработки: Цлу)= )~,(м) ~,(х.лу)а, х где в,(х) — пространственно-временной траекторный сигнал РСА как функция вектора х=х,у,х,1; Х вЂ” область, где задан и анализируется (обрабатывается) сигнал з,(х); Лу — смещение параметра у относительно параметра сигнала уо; я, — комплексно-сопряженный опорный сигнал.
В частном случае функция рассогласования для параметров задержки сигнала т и частоты Г носит название функции неопределенности: у(т,Г)= 1 ь,(й)~, (1 †)е р()2я Гц Й . В дальнейшем будем использовать это более привычное название в расширенном смысле для всех параметров сигнала и объекта. ха Анализ пространственных закономерностей проведем на примере линейной СА (рис. 3.1), при которой антенна перемещается по заданной (опорной) тра) ектории в течение времени син- Ъ тезирования Т, от т) до о / Т, =т,-т).
Сигнал, отраженный от то() чечного объекта, находящегося в Рис. З.1. Траектория движения фазового начале кооРдинат О, т.е. траекцентра антенны при СА торный сигнал, зависит от мно- гих параметров и прежде всего от модуляции зондирующего сигнала, параметров траектории движения РЛС, несущей частоты и ДН реальной антенны. Ширина спектра, обусловленная модуляцией зондирующего сигнала, обычно исчисляется десятками мегагерц. Частотная модуляция траекторного сигнала, обусловленная движением антенны по траектории и соответственным из- 27 Глава 3 менением доплеровской частоты, имеет спектр шириной в единицы килогерц.
Наконец, амплитудная модуляция траекторного сигнала, обусловленная перемещением ДН антенны, обычно весьма узкополосная (,единицы герц). Такое соотношение спектров модуляции позволяет анализировать их влияние на пространственную селекцию РСА порознь. Поэтому вначале будем полагать, что ДН антенны — всенаправленная, излучение передатчика РСА — монохроматическое на длине волны Х, антенна перемещается со скоростью, намного меньшей скорости распространения электромагнитной волны.
Объект полагается неподвижным. В этом случае будем анализировать свойства СА по пространственной селекции объекта путем рассмотрения функции неопределенности 3(р) в зависимости от вектора р изменения пространственной координаты объекта. Траекторный сигнал можно записать в виде ь, (1) = ~30 (~) ехр(ур(~)~ = Ц, И ехр( )1с2г0 (1)~, где Щ~) — амплитуда траекторного сигнала; (р(1) — фаза траекторного сигнала; й = 2я/Х вЂ” волновое число; г, (1) — расстояние от начала координат до траектории перемещения антенны в момент времени 1. Траектория в общем виде имеет произвольный характер. Будем полагать, что другие причины изменения фазы сигнала за время синтезирования (кроме изменения расстояния) отсутствуют.
В дальнейшем влияние изменения характеристик среды распространения электромагнитной волны, параметров приемопередающего тракта и траекторных нестабильностей будет рассмотрено отдельно. Функция неопределенности (ФН) такого траекторного сигнала где я — траекторный сигнал от точечного объекта с координатой р; г (1) — расстояние от этой точки до траектории в момент времени 1. При р =0 функция неопределенности СА Ю,(0)= ~в,(й)и,(а)й= ~13~(й)й= Е,, где Е, — энергия сигнала, равная 1)~~Т„если амплитуда сигнала Щ1) постоянна за время синтезирования Т, = 1 — 1) . Глпва 3 Амплитудная функция угла Р под интегралом изменяется значительно медленнее по сравнению с фазовой функцией, определяемой изменением расстояния (г — г,) с учетом множителя 1 = 2н/Х.
Изменение расстояния всего на Х/2 приводит к изменению фазы на 2л и соответственно к резкому уменьшению ФН. Поэтому разрешающая способность определяется в основном фазовым множителем ФН, а амплитудный множитель влияет только иа форму ФН и уровень боковых лепестков. В дальнейшем будем анализировать нормированную ФН траекторного сигнала, полагая амплитудный множитель постоянным: Род »,(р)= — ) ехр[)2к[» ф-» ф)1)ф. Ро Так как размер элемента разрешения намного меньше расстояния до объекта (р «г ), можно считать, что 2)с~г ()з) — г ф)]ь2$сряп(а+аЗ), что следует непосредственно из геометрических соотношений рис. 3.2. С учетом этого допушения ФН траекторного сигнала при синтезировании апертуры 1 ) 4п л,(ра)= — )»х»)» — р»»»(»»»д)~»в. -()оР (3.2) Х О Х Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
