Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Здесь уже нельзя говорить об одной радиальной скорости и соответствующей ей доплеровской частоте. В данном случае имеется целый спектр доплеровских частот, ширина которого растет с увеличением размеров цели. В результате сложения колебаний, отраженных от различных участков цели (что имеет место в приемной антенне), возникают биения.
Это явление именуется вторичным эффектом Доллера. Простейший случай биений колебаний двух источников рассмотрен выше. При этом огибающая результирующего колебания меняется с разностной частотой. Для случая цели большого размера таких источников множество, так что огибающая меняется сложным образом и содержит целый спектр частот. Максимальное значение частоты спектра огибающей может быть найдено как максимальная разность доплеровских сдвигов частоты сигналов, отраженных от разных участков цели.
юг Рассмотрим цель больших размеров, у которой радиальные скорости различных участков заметно отличаются (штриховая линия на рис. 2.9, а). Пусть она движется со скоростью о. Выдегцгм две точечные цели А и В, причем для простоты (без особого нарушения общности) будем считать, что вектор о совпадает с линией АВ. Частоты колебаний, д ~ а„ ,А ! ! !а т! ! ! / «л ! ! ««1 Ф) «1) Рнс. 2.9. К объяснению вторичного эффекта Донлера отраженных от точечных целей, при расположении РЛС в точке О соответственно равны 2о соэ ««л 2о соэ ав )ел=~а+; /св=1е+ х (2.3.1) где )« и /е — длина волны н частота несущих колебаний РЛС.
Частота биений результирующих колебаний от точечных целей равна 2о 4о йрнб=/«В — */«Л = — (СОЗ а — СОЗ С«Л) = — Х х В+ Я ° ««в ««А Х 5!и 5!и 2 2 (2.3.2) В «Л,АОВ имеем а„+ (180' — ав) + 0 = 180', откуда 0 = ав — ал.
(2.3.3) Пусть ОС вЂ” медиана. При не очень большом 0 отрезок ОС можно считать биссектрисой. В,/'!ОСВ с учетом (2.3.3) получим аа ж ав — О/2 = («ел + с«в)/2. (2.3.4) вз Подставляя (2.3.3) и (2.3.4) в (2.3.2), находим 4а .. В ЬРдз — — з!и сса сбп — . Л 2 Так как В СВ' СВ сад (90' — аа) Л Мп ас збп — ж — м 2 СО СО 2 О (2.3.6) (где Е = АВ, а х) = ОС вЂ” дальность до цели), то йР ж — — з!пз аа. 2а Е.
(2.3.6) Л О В отличие от доплеровского сдвига частоты частота биений вторичного эффекта Доплера достигает максимума при аа = 90. Это иллюстрируется полярной диаграммой на рис. 2.3 (пунктир). Полученные соотношения наиболее наглядны для случаев сса = 0 (рис. 2.9, б) и сса = 90 (рис. 2.9, в). В первом случае ал = ссв = сс„т. е, орл = = пав, так что ЬРда = О.
Во втором ссв = 180 — ссл = = сс, так что /,д =/а + 2исозп/Л, /,в =/а — 2о х х соз и/Л, откуда ЬРда ! /св /с 1 ! 4о соз а/Л. (2.3.7) Этот результат следует и из формулы (2.3.6), так как соз сс = зш О/2 т 1./217. 2. Спектр биений прн вторичном эффекте Доплера. При облучении непрерывным синусоидальным сигналом спектр отраженного сигнала для каждой из целей А и В (рис. 2.9) характеризуется соответствующей спектральной линией. Если же учесть всю совокупность точечных целей, из которых состоит цель больших размеров, то отраженный сигнал характеризуется сплошным спектром, который ограничен частотами, соответствующими максимальному а дд и минимальному а,аы углам между линней РЛС вЂ” цель и вектором скорости цели. Эти частоты равны /а + 2о соз сх „/Л и /а+ 2осоз асс,а/Л.
В общем виде при сса~ 90'. спектр несимметричен относительно /а. Симметричным относительно /, он делается лишь при аа = 90' (рис. 2.10, а), причем его общая ширина равна 4й сов а „„/Л. Что касается спектра биений при вторичном эффекте Доплера, то его легко найти из формулы (2.3.7), учитывая, что расстояние между любыми двумя точечными целями (отраженные сигналы которых образуют биения) меняется от 0 до Ь,„. Соответственно спектр ограничен частотами 0 и 4о соз сс м/Л (рис. 2.10. б). Его следует принять равно- 84 мерным (прямоугольная огибающая) при ненаправленной антенне РЛС и одинаковых отражающих свойствах целей.
Практически, однако, Размеры большой цели могут быть ограничены шириной луча антенны. Тогда огибающая амплитудного спектра будет определяться ДН.антенны по мощности (штриховая линия на рнс. 2ДО). Другой причиной неравномерности спектра может быть изменение интенсивности отражения. Об этом пойдет речь в гл. 3. Рнс.
2.10. Спектр сигнала, отраженного от протнженной цели длк случаи рис. 2.9, в (а) В спектр биений. при вторнтном аффекте Доплера (б) В заключение следует обратить внимание нй'то, что для выделения колебаний доплеровской частоты требовалось наличие опорного сигнала и специального фазового детектора. Для выделения же вторичных доплеровских биений достаточно воспользоваться обычным амплитудным детектором без специального опорного сигнала. 2л. КОГеРентнО-импульсный мдтОд (ИСТИННО КОГЕРЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ) 1.
Некогерентные радиоимпульсы. Каждый из импульсов сигнала на входе приемника РЛС-характеризуется несущей частотой, начальной фазой, формой, амплитудой, временным положением. В общем случае когерентной пачкой импульсов называется такая последовательность импульсов, у которой зависимость между каждым из указанных параметров известна. В дальнейшем, говоря о когерентности, будем подразумевать лишь фазовую когереитность, т.
е. соотношение начальных фаз колебаний отдельных импульсов пачки. Характер этого соотношения (случайный или неслучайный) определяет когерентность пачки импульсов. Пусть огибающая одиночного импул'са, расположенного вблизи точки ( = О, описывается функцией ин ((). Соответствующий радиоимпульс описывается функцией ин (() соз 2я(о(, где (а — несущая частота.
Такой же импульс, смещенный на период повторения Т,. записывается аз как ин (1 — Т,), сов 2п(а(1 — Т„). Рассмотрим теперь пачку из Ф радиоимпульсов. Пусть их амплитуда медленно изменяется от импульса к импульсу по закону Уа —— У (г). Пусть фаза также медленно изменяется от импульса к импульсу по закону ф (1) и, кроме того, каждый й-й импульс получает дополнительное изменение фазы на величинугра.
нагЮ 0 ~Т и4 0 'гп+1п "Гп) Рнс. тли Огибапппаи радиоимпульсов (а) и неиогерептнаи последо- вательность радноимпульсов (б) На основании сказанного пачка радиоимпульсов записы- вается аналитически в виде следующей суммы: и (1) = ~', У (1) ин [1 — (А — 1) Т,[ соз [2лГа( — ф (г) — грь[. а=! (2.4.!) Функция тр (1) характеризует, например, закономерное изменение фазы вследствие движения цели с постоянной скоростью (см. з 2.1, п.
2). Пачка импульсов со случайными изменениями (скачками) начальной фазы от импульса к импульсу называется некогерентной. В этом случае ра — независимые случайные величины, имеющие равномерный или какой-либо другой закон распределения вероятностей в интервале от — и до и. На рис. 2.11, а приведены временные диаграммы огибающей в виде периодической последовательности видео- импульсов и,„(1) и некогерентные радиоимпульсы и (г) со случайными начальными фазами гр„относительно опорного синусоидального колебания, показанного на рис. 2.11,б штриховой линией. Такие импульсы могут быть вырезаны из соответствующего числа непрерывных некогерентных колебаний с помощью ключевого устройства, имеющего идеальную прямоугольную характеристику.
Некогерент- 36 ность радиоимпульсов имеет также место в случае нестабильности периода повторения или несущей частоты колебаний. Следует отметить, что для автогенераторов, чапример магнетронов, показанное на рис. 2.1! скачкообразное изменение начальной фазы является грубой идеализацией, так как установление колебаний при возбуждении не может происходить скачкообразно; из-за внутренних шумов и различных нестабильностей момент возникновения и полярность первого из достаточно мощных колебаний носит случайный ха- и(7! рактер (рис.
2.12). Последовательность некогерент- р ных радиоимпульсов не является периодической, а представляет собой ряд независимых друг от друга импульсов. Поэтому при наложении Пнс з 72. Паоцесс спектральных составляющих этих им- установлении козееапульсов их сложение происходит со случайными фазами, так что результирующий процесс и (г) также становится случайным и можно говорить лишь об энергетическом спектре последовательности импульсов 5, (ы) =!пп 1 (1/Т) Я' (м)1, где г 5 (га) — модуль спектральной плотности одной реализации случайного процесса и (г), а черта сверху означает усреднение по множеству реализаций за время Т. Энергетический спектр такого процесса подобен энергетическому спектру одиночного радиоимпульса.
РЛС, в которых зондирующий сигнал состоит из некогерентных импульсов, обычно именуются некогерентными. Однако даже в случае отсутствия случайного изменения фазы от импульса к импульсу в зондирующем сигнале отраженный сигнал может оказаться некогерентной пачкой из-за случайных изменений фазы, возникающих при отражении от цели.
2, Когерентные радионмпульсы. Когерентной пачкой импульсов называется такая, в которой отсутствуют случайные изменения фазы от импульса к импульсу. Прп этом в выражении (2.4.!) можно принять равенство всех значений га„= га, (хотя сама величина га, обычно является случайной). Рассмотрим для простоты периодическую последовательность зондирующих радноимпульсов (й! = со), у которых ~Р (!) =- О, У (Г) = 1, ср„= О. Тогда выражение (2.4.!) 87 заиеняется следующим: и (1) = Ч~', им (1 — лТм) соз 2юФ> 1 = пег (1) соз 2пгге1 (2.4.2 ) !'де пее (1) = Х им (1 — йТ„) — периодическая последоиательность видеоимпульсов. Когерентные импульсы могут быть сформированы в системе, состоящей из генератора гармонических колебаний.
частоты 1е и ключевого устройства (рнс. 2АЗ„п). Долучен- нлгисаг ринги Рис. 1ЛЗ. Формирование ногерентиых радиоимиулъсов путем «выре- зании» из синусоанал»ного веприн«енин: а — стрултурмаа схема, б — арса«маме диаграммы ные таким образом импульсы усиливаются, например, с помощью усилительного клистрона, и поступают в антенну.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
