Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151796), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Это заметно усложняег обработку принимаемых колебаний, что следует отнести к недостаткам когерентных посылок большой длительности. У таких посылок, однако, имеется качественно новое преимушество — возможность измерения радиальной скорости цели и селекции целей по зтому признаку, В случае несложной радиолокационной обстановки, когда селекцию по скорости используют взамен селекции по дальности, радиолокатор непрерывного излучения или с длительными когерентными посылками оказывается даже проще импульсного с когерентными посылками малой длител ьности.
К задачам настоящей главы относятся: — рассмотрение общих особенностей оптимальной обработки при использовании зондирующих когерентных сигналов большой длительности; — введение общих характеристик сигналов, определяющих точность измерений, разрешающую способность, степень сложности обработки, а именно так называемых автокорреляционных функций сигналов и их наглядных представлений в виде тел и диаграмм неопределенности и; — рассмотрение особенностей использования наиболее характерных видов зондирующих сигналов (в том числе при непрерывном излучении), целесообразных при этом методов локации, общих принципов построения радиолокаторов с непрерывными и длинноимпульсными зондирующими когерентными сигналами; — учет влияния условий распространения радиоволн на обработку когерентных широкополосных или протяженных сигналов; — учет влияния неполной когерентности принимаемых колебаний; — выявление принципов сравнительного анализа различных видов зондирующих сигналов.
5 6.1 (3) т. е. в данном случае непосредственно не является мерой одной только радиальной скорости. Поэтому информация о допплеров- ских частотах для двух систем — разнесенной и совмещенной позволяет найти полный вектор скорости цели, существенный при определении траектории (его можно найти и иначе).
ф 6.2. Особенности оптимальной обработки когерентных сигналов большой длительности Общей особенностью оптимальной обработки когерентных сигналов большой длительности является необходимость учета радиальной скорости движения цели. Так, для сигнала длительностью т„= 1 мсек величина о„т„, характеризующая путь, проходимый целью за время длительности импульса, уже при скорости цели 300 м/сек составляет 0,3 м. Это превышает четверть длины волны не только в сантиметровом, но и в дециметровом диапазоне радиоволн. В то же время обычно величина о„т„существенно менее длины разрешаемого (импульсного) объема о„т„« с ! 2 П„ Иначе, изменение длительности огибающей импульса при трансформации сигнала движущейся целью существенно меньше элемента разрешения по времени 1/П„.
Поэтому при оптимальной обработке (5 3.14, рис. 3.38) можно не учитывать изменения длительности огибаюи~ей на Лт„= — 2о„т,/с, учитывая одни лишь фазовые изменения. Поясним это на примере фильтровой обработки фазоманипулированного импульса (5 3,14, рис. 3.37, 3.38). Если изменение его длительности Лт„много меньше длительности парциального импульса т, = т„/и = '/П„, то выходной эффект схемы оптимальной обработки будет такой же, как и при отсутствии изменения длительности.
Заметные нарушения произойдут при Лт, = = т, = 1/П„. Отсюда пренебрежение изменением длительности огибающей за счет эффекта Допплера в соответствии с (1) справедливо, когда П„<< 1/Лт„, а коэффициент широкополосности сигнала а =- т„П„<<— 2ср. (2) 326 Специфика длинноимпульсных или непрерывных систем разнесенной радиолокации в данной главе учитываться не будет. Отметим только, что допплеровская частота в разнесенной системе определяется производной по времени от суммарного расстояния г~.' Лаже при скорости цели порядка первой космической о„= 8 . 10' мlсек неравенство соблюдается, если только п ((2 104.
Во многих случаях можно не учитывать и радиального ускорения а„. Последнее, вообще говоря, приводит к изменению радиальной скорости цели и неодинаковой деформации импульса в течение времени облучения (немодулированный по частоте зондирующий сигнал может быть преобразован в частотно-модулированный отраженный). Если при оптимальной обработке учитывается радиальная скорость цели в момент облучения центральной частью импульса, то еще не учитывается изменение расстояния до цели за счет ускоа, ти~ ~2 рения 2 2 ~ для моментов облучения началом и концом импульса. Когда указанная величина существенно менее четверти длины волны, ею и в самом деле можно пренебречь.
Последнее справедливо при 2Л а„<< —, ~и Так, при Л = 0,1 м и т„= 1 мсек находим а„~: 2 10" м/сек', что для реальных целей, конечно, всегда соблюдается. Необходимость в учете ускорений может возникнуть лишь при длительности посылок порядка (0,1 —:1) сек. Во многих случаях можно считать, далее, что время корреляции флюктуаций отраженного от цели сигнала т„значительно превышает длительность когерентной посылки т,. В этом случае вполне применимы введенные модели когерентных сигналов с общей случайной начальной фазой или со случайными амплитудой и начальной фазой. Принимая в качестве оценки времени корреляции средней период флюктуаций Т „1(4), 5 2.10), найдем угловую скорость вращения цели относительно направления на радиолокатор, при которои флюктуации можно считать еще достаточно медленными Тф, ')> т„, а именно: 21ъ„ Подставляя длину волны Л = 0,1 м, эквивалентный размер цели де 1 = 10 м, длительность посылки т„= 10 — ' сек, получим —, <= (~ 5 рад/сек, что обычно всегда соблюдается.
При более длительных посылках флюктуации уже нельзя считать «медленными» и модели сигнала с общей случайной начальной фазой уже непригодны. Возможная методика анализа оптимального обнаружения и измерения для случая «быстрых» флюктуаций иллюстрируется в 5 6.20. Из изложенного следует, что в большинстве практически важных случаев оптимальной обработки отраженного сигнала можно не учшпывать деформацию огибаюи1ей импульса за счет движения цели 5 6.2 327 с постоянной радиальной скоростью, радиальное ускорение цели и флюктуации цели за время длительности отраженного сигнала, необходимо учитывать изменение фазы колебаний во времени за счет дон плеровской поправки частоты. Если комплексная амплитуда зондирующего сигнала б(~), то комплексную амплитуду ожидаемого сигнала Х(1) с учетом запаздывания 1, = а, и допплеровской поправки частоты Й„ = сс, с точностью до случайной начальной фазы можно представить в виде Х(1) = (У(1 — 1.,) е ' л .
Знак минус в показателе степени, как и в 5 2.9, учитывает, что при о,: О частота отраженного сигнала менее частоты зондирующего. Отсюда перейдем к модульному знамению Л корреляционного интеграла [(13), 8 3.8), которое характеризует оптимальную обработку при обнаружении и измерении параметров когерентного сигнала со случайной начальной фазой. Искомая величина 2 представляет собой в данном случае функцию двух переменных: 0я ц*(1 — 1,) е'ид~ й 2(1„0 ) =— (4) Величина У(1) является суммой комплексных амплитуд сигнала и помехи: (5) где 1,„и Йд„— истинные значения запаздывания и допплеровской частоты полезного сигнала. Чтобы принять решение о наличии цели, необходимо для каждой пары ожидаемых значений 1, и 2 сравнить величину Л = Я(~„й„) с некоторым пороговым уровнем.
Если для какой-либо области значений 1, и Й порог превышается, то принимается решение о наличии цели. В качестве оценок измеряемых параметров часто принимаются значения 1,, и Й„, для которых величина Л максимальна (5 4.2). Необходимые вычислительные операции могут проводиться автоматически — с помощью корреляторов, оптимальных фильтров или корреляционно-фильтровых схем. Так, если время запаздывания и допплеровская частота ожидаемого сигнала известны, его обнаружение может быть осуществлено с помощью корреляционно-фильтровых схем (рис. 6.1, а или 6.1, б). В первой из приведенных схем принимаемые колебания и сдвинутый на промежуточную частоту в„р ожидаемый сигнал перемножаются в смесителе.
Колебание разностной частоты интегрируется фильтром промежуточной частоты. Фаза интегрируемого колебания соответствует разности аргументов комплексных амплитуд, входящих в (4), поскольку одна из них перемножается 828 $ 6.2 а) 1'(б)е ) (гу Яд) Рис. 6.1. Корреляпионно-фильтровые схемы оптимальной обработки для когерентного сигнала большой длительности с известным запаздыванием. Показан ввод допплеровской поправки частоты в ожидаемый сигнал (а1 и принимаемые колебания (61 уЯ= Яс)т[,с -у„(с),1 У(ь) со5~(ы,-, ад) с -у„4 к,Ю Рис. 6.2.
Схема двойного преобразования для ввода доппле- ровской поправки частоты в принимаемые колебания ФФ 2гп Ат ~длу~$х 1 ~)дат~~а 1 афпг Атг ~пп а дп ~уп ь'ап.ху Рис. 6.3. Многоканальная корреляпионная схема обработки когерентных сигналов большой длительности, о~лицакяпихся по времени запаздывания и допплеровск й частоте со второй сопряженной. Смесителю должен предшествовать преселектор, устраняющий эффект зеркального приема — на схеме рис. 6.1, а он не показан. Допплеровская поправка частоты в схеме рис.
6.1, а вводится в ожидаемый сигнал. На рис. 6.1, б показана аналогичная схема, в которой допплеровская поправка вводится в принимаемое колебание. Схема работает по тому же алгоритму, что и на рис. 6.1, а, осуществляя операции вычисления модульного значения корреляционного интеграла (4). Обычно допплеровские поправки й„ невелики; их лучше вводить при двойном (рис. 6.2), а не при однократном преобразовании частоты, поскольку частотный разнос между основным и зеркальным каналами в этом случае увеличивается.
Одноканальные корреляционно-фильтровые схемы рис. 6.1, а, б не только позволяют установить наличие или отсутствие цели с известными параметрами 1„1?д, но и являются основой устройств автосопровождения по дальности и скорости Я 6.15). Если требуется установить наличие или отсутствие цели или группы целей в диапазоне значений 1,, Й„, возможен переход к многоканальным схемам.
На рис. 6.3 показана м н о г о к а н а л ьная корреляционная схема обнаружения сигналов с различными значениями времени запаздывания и допплеровской частоты. Поступающие со входа приемника колебания разветвляются в этой схеме по каналам, рассчитанным на отличающиеся между собой значения времени запаздывания и допплеровской частоты. Каждый канал может быть построен по схеме рис. 6.1, а или 6.1, б. Напряжения, снимаемые с выходов каналов, могут объединяться в тех или иных комбинациях. Недостатком рассмотренной схемы является ее многоканальность не только по допплеровской частоте, но и по времени запаздывания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
