Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Угол поворота цели за время синтезирования определяется угловой скоростью вращения цели й„: р„=й„Т,, что обеспечивает угловое разре- шение О= — = Х 2Р, 2й„Т, (8.53) В отличие от других методов в случае синтезирования апертуры за счет вращения цели разрешающая способность не зависит от дальности до цели при постоянном времени синтезирования. Так, например, при угле поворота цели всего на 3' и длине волны 3 см достигается разрешение бГ = = 30 см на любой дальности, на которой обеспечивается достаточное для обнаружения цели отношение сигнал/шум. 338 Методы синтезирования, основанные на использовании перемещения и (или) вращения цели, получили название «обратное (инверсное) синтезированием.
Характерными примерами использования обратного синтезирования являются: ° получение радиолокационных портретов морских целей (кораблей) за счет использования их качки и рыскания по курсу; ° распознавания групповых воздушных целей; ° оценка ЭПР элементов цели, разрешаемых за счет их вращения на стенде и др. Рассмотрим траекторный сигнал РЛС при обратном синтезировании апертуры. Фаза и задержка траекторного сигнала как основные источники информации о цели определяются изменением расстояния до элементов цели в процессе синтезирования апертуры. В общем случае расстояние изменяется вследствие перемещения цели относительно РЛС и вращения цели.
При этом цель может одновременно вращаться в различных плоскостях с различной угловой скоростью. Режимы работы РСА землеобзора Для частного случая получения изображения цели в плоскости «дальность г — азимут с », когда ось вращения цели перпендикулярна направлению на РЛС (рис. 8.21), текущее расстояние К; от РЛС до 1-го элемента цели при К„» ~г, + с, можно представить в виде К,. =К„-г,ыпй„1+г,совйи1-Ч„,1; (8.54) где й„— угловая скорость вращения цели; Ч„„— радиальная скорость цели в направлении РЛС. ЛК Рнс. 8.21. Система координат цели в плоскости «дальность г — азнмуг Ю», когда ось вращения цели перпендикулярна направлению на РЛС 4п Соответственно фаза траекторного сигнала ~р, = — К,, а доплеровская частота 2 дК, 21', 2г, .
2Ч„, Г, = — — '= — 'й„соай 1 — — 'й ыпй 1- — "' . д1 2. " " А " " Х (8.55) В случае малых угловых размеров синтезированной апертуры, когда Цо = й„Т, «1, без учета начальной фазы 4п й2 з «р,(1) = — (счй„1 — г, " — Ъ'„„1), (8.56) 21'; 21; з 2Уиг (1) ~й 1йз1 иг (8.57) й Таким образом, вращение цели формирует траекторный сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Постоянная доплеровская частота 2Ъ'„„/Х образуется вследствие радиального перемещения одновре- 339 Глава а менно всех элементов цели относительно РЛС. Обычно производится оценка и компенсация этой частоты в сигнале.
21; Доплеровская частота — 'й образуется в результате линейной Х скорости движения ~-го элемента в направлении РЛС при вращении цели. Разрешение сигналов по этой доплеровской частоте обеспечивает разрешение элементов цели по азимуту 1 . Линейное изменение частоты сигнала ~-го элемента цели определяется координатой дальности этого элемента г, относительно центра вращения цели.
Разрешение элементов цели по частотной модуляции траекторных сигналов при малом размере синтезирования апертуры невелико. Поэтому разрешение по дальности обеспечивается модуляцией зондирующего сигнала. При этом в алгоритме обработки траекторного сигнала необходимо учитывать изменение как частоты сигнала, так и его задержки 2г,й„г Лт, = с Эти изменения можно не учитывать, если допустить, что изменение частоты и задержки за время синтезирования меньше, чем разрешение по частоте и задержке. В этом случае размер зоны обзора ЛК х А1. и разрешение Ьг = Ы будут связаны следующим условием ЛК =Л1.<4М~/Х.
(8.59) 340 При таких ограничениях алгоритм обработки траекторного сигнала при обратном синтезировании сводится к доплеровской фильтрации в каждом канале, разрешаемом по дальности. Координата элемента цели по дальности определяется задержкой сигнала г,. = ст;/2, а координата азимута — доплеровской частотой 1, = — Г . Масштаб изображения 2й а цели по азимуту определяется скоростью вращения цели й„. Для методов обратного синтезирования применительно к РЛС землеобзора характерны следующие основные особенности: ° цель движется как единый объект, т.е.
отдельные элементы цели перемещаются по взаимосвязанным траекториям; е при наблюдении одиночных объектов, например кораблей, размер зоны обзора определяется размером объекта; ° разрешение по угловой координате определяется углом поворота цели относительно направления на РЛС за время синтезирования; ° угловой размер апертуры обычно не превышает десятка градусов, так как при этом уже достигается разрешение порядка нескольких длин волн; Режимы работы РСА зенлеобыуа ° разрешение по дальности обеспечивается, как и при прямом синтезировании, за счет модуляции зондирующего сигнала; ° параметры траекторного сигнала определяются параметрами движения цели (векторами линейной и угловой скоростей), которые в большинстве случаев неизвестны наблюдателю.
Это требует адаптивной к параметрам движения цели обработки траекторного сигнала и большого объема априорных сведений о цели. Полоса доплеровских частот траекторного сигнала и, следовательно, требуемая частота повторения зондирующих импульсов определяются размером цели (зоны обзора) по азимугу: 2й„ М = "Л1.. (8.60) (8.61) где <р — угол между векторами й и К„. Рис. 8.22.
Система координат при врашении цели 341 В общем случае результирующий вектор вращения цели йв, образованный одновременным перемещением цели в различных плоскостях, не перпендикулярен направлению наблюдения. Тогда вектор скорости вращения цели й„, определяющий масштаб и положение плоскости изображения цели (е, г) в пространстве, является проекцией результирующего вектора й на плоскость, нормальную к вектору направления наблюдения К„(рис. 8.22).
Плоскость изображения (1, г) в этом случае нормальна плоскости, в которой расположены векторы вращения й~, й„и направление наблюдения К„. Масштаб изображения цели по азимуту, как и ранее, определяется угловой скоростью вращения цели Й„=йтяп~р, Глава В Рнс. 8.23.
Виды колебаний морских объектов прн волнении моря: а — рыскание по курсу; б- килевая качка; в- крен (бортовая качка) Вращение корабля (качка, рыскание) носят периодический характер, т.е. угол отклонения корабля от равновесного (нормального) положения изменяется в соответствии с гармоническим законом: р=р, яп — 1 (8.62) 342 Орилвенение метода обратного синтезирования а РЛС землеобзора. В РЛС землеобзора этот метод используется для получения изображений морских целей (кораблей). Он дает возможность получения высокого разрешения в передней зоне обзора РСА, так как необходимый угловой размер синтезированной апертуры обеспечивается за счет собственного движения (перемещения и вращения) корабля.
Кроме того, обратное синтезирование апертуры позволяет получить высокое разрешение не только в плоскости «дальность — азимут», но и в плоскости «дальность — угол места». Применительно к наблюдению кораблей это позволяет получить изображение вертикального контура надстроек кораблей, что особенно важно при решении задачи распознавания морских целей.
Одновременно с перемещением по курсу при волнении моря корабль испытывает также колебания корпуса вокруг центра масс. Для задач обратного синтезирования обычно используют рыскание по курсу, килевую и бортовую качку корабля. Рыскание по курсу (рис. 8.23,а) соответствуют вращению корабля относительно вертикальной оси. Килевая качка (попеременный дифферент на нос и на корму) соответствует вращению корабля относительно поперечной горизонтальной оси (рис. 8.23,б).
Попеременный крен (бортовая качка) на левый и правый борт соответствует вращению корабля относительно продольной горизонтальной оси (рис. 8.23,в). На рис. 8.23 все оси вращения перпендикулярны плоскости рисунка. Режимы работы РСА ммиеобюра где ~3 — соответственно угол крена, рыскания или угол килевой качки; 13,„, — максимальное отклонение корабля по соответствующему углу; ҄— период колебаний. Угловая скорость вращения изменяется по гармоническому закону: 4~3 2л (2я 1 Й = — = — ~3„,„, соя — 1 (8.63) Максимальное значение скорости 2к ~смаке 0макс Т„ (8.64) 343 достигается в момент прохождения равновесного (как при отсутствии волнения моря) положения корабля.
У большинства океанских кораблей период колебаний Т„практически не зависит от степени волнения моря и определяется конструкцией корабля. Амплитуда угловых колебаний ~3„,„, определяется многими факторами: высотой волн, направлением бега волн относительно курса корабля, скоростью движения и конструкцией корабля. Большой корабль как колебательная система эквивалентен узкополосному фильтру, и параметры его колебаний (амплитуду и период) можно считать постоянными за время синтезирования порядка долей секунд. С уменьшением водоизмещения корабля (менее 1000 т) амплитуда и период отклонения уже зависят от характеристик волнения моря и носят случайный характер.
Обычно считают, что угол ~3 является узкополосным нормальным процессом. В табл. 8.3 даны оценочные значения характеристик колебаний кораблей различного типа при волнении моря 5-6 баллов. Таблица 8.3. Оценочные значения характеристик колебаний кораблей Глава 8 Продолжение тибл. 8.3 Если линия визирования корабля перпендикулярна оси угловых колебаний (вращения), возможно получение изображения корабля в различных плоскостях.
Килевая качка обеспечивает получение изображения вдоль корабля и его надстроек, качка по крену — изображение в боковом направлении корабля и надстроек, рыскание по курсу — изображение корабля в горизонтальной плоскости. Движение корабля с постоянными скоростью и курсом эквивалентно движению РЛС при неподвижном корабле и обеспечивает изображение в горизонтальной плоскости. В реальной ситуации одновременно существуют все виды колебаний корабля, что затрудняет определение положения плоскости изображения относительно корабля. В то же время, наблюдая «динамическое» изображение корабля, т.е. изображение, изменяющееся в зависимости от фазы колебаний корабля во время синтезирования, гк можно эффективно распознавать его класс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
