Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 35
Текст из файла (страница 35)
На рис. 3.46, б показаны два варианта расположения объемной цели. При Р ( Р, (полное заполнение луча) коэффициент т( = 1 и согласно (3.10.10) (3.10.! !) 3. Поляризационная селекция объемно-распределенных целей. В тумане, облаках и моросящем дожде форма капель близка к шарообразной (по мере роста интенсивности дождя капли сплющиваются в вертикальном направлении). Уподобляя самолет вибратору, видим, что для отделения полезного сигнала от помех, вызванных гидрометеообразованиями, надо применять круговую поляризацию. При круговой поляризации волна имеет две ортогональные составляющие одинаковой амплитуды, сдвинутые по фазе на 90', которые отражаются каплями дождя одинаково. Путем дополнительного фазового сдвига в антенне на 90' эти составляющие могут взаимно уничтожаться.
При отражении же от самолета такой компенсации не произойдет, так как амплитуды составляющих отраженного сигнала неодинаковы. Так удается подавить отражения от умеренных и слабых дождей на 20 ... 25 дБ, а от снега на 8 ... 12 дБ. При этом полезный сигнал ослабевает на б ... 8 дБ. Поэтому выигрыш в разлнчимости цели для дождя составляет 13 ... ...
18 дБ, а для снега практически отсутствует. 4. Мешаиицие отражения от атмосферных неоднородностей («ангелов»). Наряду с мешающими отражЕниями от гидрометеобразований имеются отражения, возникающие под небольшими углами места утром в теплое время года и исчезающие вскоре после восхода солнца. При этом на экране ИКО появляется небольшое пятно или даже сплошная засветка, которая медленно перемещается.
Такие помехи часто наблюдаются на экранах мощных РЛС УВД, работающих в диапазоне ДЦВ в совершенно ясную погоду. Когерентно-импульсиые методы селекции пассивных помех от малоподвижных целей (см. 2 2.5) в данном случае неэффективны. Причина и характер подобных явлений (иногда их называют «ангелами») до конца не установлены. Их, например, объясняют тем, что за счет неравномерного нагрева земли образуются горячие «пузыри» воздуха диаметром 1О ... ...
100 м, характеризуемые высоким градиентом коэффициента преломления. По-видимому, имеются и другие причины. Часть таких отражений вызывается перелетом птиц и насекомых. Для борьбы с этим видом помех используют систему глубокой временнбй регулировки усиления (ВАРУ), при которой мешающие сигналы оказываются ниже порога чувствительности, а сигналы от самолетов, как правило, превышают этот порог. Другой путь — изменение угла наклона антенны. Можно, в частности, использовать специальную приемную антенну, в которой сигнал, принимаемый под 203 малыми углами места, уменьшается, например, до 20 дБ по сравнению с основным. Эффективным средством борьбы с ангелами, так же как с помехами от дождя, может оказаться гребенчатый фильтр доплеровских частот, в котором дискретные узкополосные фильтры согласованы со спектральными линиями полезного сигнала, а выключение фильтров, имеющих определенный сдвиг по частоте Доплера, Я~— создает зоны режекции, подав! ляющие спектральные линии отц ! ражений от ангелов или дождя.
и) ~ г 5. Контурная индикация интенсивности гндрометеообразо') ваннй (метод кизо-эхоэ). На рис. 3.47, а показана огибающая ото)( ражениого сигнала для какого! либо азимута ()о. При обработке этого сигнала используются два пороговых уровня (7„ и (7,. Сиг- палы, которые выходят за эти уровни, усиливаются, так что крутизна их фронтов заметно возрастает, и затем ограничиваются (рис. 3.47, б, г). При вычитанин формируются два импульса (рис. 3.47, г), которые обра- д зуют на линии развертки ИКО Ркс. 3.47. Метод кокгУРкой в напРавлении Ро Два светлых участка. При радиально-круговой развертке, осуществляемой синхронно с облучением различных участков гидрометеообразования, возникает светлое кольцо (рис. 3.47, д).
Участок, соответствующий превышению порогового уровня У„выглядит на экране темным. Повышая уровень У„ можно выделить участок наибольшей интенсивности. Более крутой фронт огибающей рис. 3.47, а соответствует более высокому градиенту интенсивности, что свидетельствует о высокой степени турбулентьости, т. е. об опасности этой области. Как видно, ширина светлого кольца здесь уже. Таким образом, ширина светлого кольца на экране ЙКО с контурной индикацией позволяет судить о степени турбулентности.
Это обстоятельство используется при обходе самолетом грозовых облаков. Для детального исследования интенсивности гидрометеообразований следует использовать несколько уровней. 204 Глава 4 ОПТИМАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ РАДИОЛОКАЦИОННЪ|Х СИГНАЛОВ 4л. ОБнАРуЖение РАдиОлОКАциОнных сиГнАлОВ , КАК СТАТИСТИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА !. Общие сведения. Полезную информацию о цели несет отраженный сигнал. Однако на входе приемника совместно с полезным сигналом действуют и помехи. К ним относятся внутренние шумы приемника, мешающие отражения, взаимные помехи и т. д., а в случае РЛС военного применения — организованные помехи.
Помехи, действующие на радиолокационный приемник, носят случайный характер. Вместе с тем и появление цели с теми ~ ли иными координатами является для получателя радиолокационной информации (например, для оператора, наблюдающего за экраном индикатора) случайным событием. Радиолокационное обнарулсение сводится к принятию решения о наличии или отсутствии полезного сигнала (цели). При отсутствии помех особой проблемы в процессе принятия такого решения не возникает, так как наличие или отсутствие напряжения достаточной амплитуды на выходе приемника свидетельствует достоверно о наличии или отсутствии сигнала цели. Однако помехи (а также флуктуации отраженного сигнала) сильно затрудняют этот процесс, так как выбросы помехи могут быть случайно приняты за полезный сигнал либо сам сигнал может быть случайно подавлен помехой.
Поэтому задача радиолокационного обнаружения является статистической. Решение о наличии или отсутствии цели не может быть абсолютно достоверным. Оно принимается с той или иной вероятностью ошибки, определяющей качество обнаружения. Для решения задачи обнаружения нужно иметь априорные (т. е.
предшествующие опыту, в данном случае обнаружению) сведения о структуре полезного сигнала и помех, Такие сведения (форма сигнала, статистические характеристики помехи, поляризационные различия сигнала и помехи и др.) обычно имеются. Они позволяют найти методы обработки сигналов, оптимальные с точки зрения тех или иных критериев.
Это дает возможность синтезировать структуру устройства оптимальнрй обработки сигнала. Обычно реали- 205 зация оптимальных устройств весьма сложна. Поэтому важно найти структуру более простых, так называемых квазиоптимальных устройств, качественные показатели которых не очень сильно отличаются от оптимальных. 2 Воздействие шумов на полезный сигнал. В радиолокационном приемнике шумы л (1) накладываются на сигнал з (г), в результате чего образуется сумма х (1) = з (1) + п (1). (4.1.1) Такого рода помеха именуется аддитивной. Теория обнаружения наилучшим образом разработана именно для этих помех.
Другим видом помех является мультипликативная. При этом случайный процесс описывается функцией р (г) з (1), где р (1) — случайный множитель, характеризующий флуктуации отраженного сигнала, замирания при распространении радиоволн и т. д, Пусть сигнал имеет вид импульса синусоидальных колебаний з (Г) = (У» соз 2п~»1. (4.1.2) Шум на входе приемника может рассматриваться как имеющий гауссовский закон распределения вероятностей и равномерный спектр в столь широкой полосе частот, что ее можно считать практически бесконечной.
Такой шум будем впредь без оговорок именовать «белый» (напомним, что белый шум является математической абстракцией, так как имеет бесконечную мощность, он фактически не имеет никакого распределения вероятностей, но после «фильтрации» превращается в процесс с гауссовским распределением). На выходе линейной части приемника (перед амплитудным детектором) из всего спектра шумов вырезается сравнительно узкая полоса Г»1".
вблизи резонансной частоты Г«. При этом шумовые колесник (оставаясь случайными) уже не могут принимать произвольные значения. Они оказываются почти синусоидальными, имеющими среднюю частоту Г„ причем как амплитуда, так и фаза коррелированы в течение интервала времени, имеющего порядок 1/Щр. Это объясняется- инерционными свойствами узкополосйой системы.
Шумовые колебания в силу сказанного записываются в виде и (1) = У (Г) соз (2п) 1+ ср (1)), (4.1.3) где У,„(1) и ф (1) — медленно изменяющиеся по сравнению с соз 2пЯ функции времени. Здесь имеется полная аналогия между составляющей сигнала з (1) и рассмотренной в $ 3.5 стабильной когерент20а ной составляющей н между и (1) и некогерентной случайной составляющей. Сумма х 11) подобна сумме еэ (формула (3.5 5)!.
При этом колебание и (1) характеризуется случайным вектором, который можно разложить на фазную и внефаэнтю (квадратурные) составляющие: л„(1) =- У„п соз 2п~,1; пз (!) = У т эйп 2п~ат, (4.!.4) т. е. имеются два ортогональных случайных вектора У,= и,+У;, У,= У.„ (4.1.5) образующие результирующий вектор, амплитуда и фаза которого равны Ур = УУ! + У!! срр = агс!я (У,!У,). Как и в э 3.5, можно принять У,=У,=0; У,=У.; У,=У,=0; (У,— У,) =У.' =У;,= ., Закон распределения амплитуды (огибающей) и фазы характеризуется формулами (3.5.15) и (3.5.17).
Безразмерные величины, входящие в эту формулу, о= Ур/а „а= У~и (4.1.6) При а = О (чистый шум) амплитуда распределена по закону Рэлея, а при а ~ 0 (сигиал + шум) — по обобщенному закону Рэлея. 3. Критерии оптимального обнаружения. При обнаружении возможны два неизвестных и взаимоисключающих условия, которые иногда именуются альтернативными гипотезами: условие Нт — сигнал (цель) есть; условие Н,— сигнала (цели) нет.
Приемник на основе анализа функции х (1) должен вынести решение о наличии или отсутствии сигнала (цели). Решения обозначим: А, — сигнал (цель) есть; А, — сигнала (цели) нет. Одно из решений правильное, а другое — ошибочное, так что возможны четыре варианта совмещения решения и условия: А,Н, — правильное обнаружение", АЮН, — пропуск цели; А„Н0 †ложн тревога; А,Н, — правильное необна- Ружение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
