Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151796), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Ее величина при Х. = 1 м в обычной ионосфере также не превышает 10 м/сек, с уменьшением длины вол« ны Х ошибка уменьшается пропорционально У. При наличии искусственной ионизации величина ошибки существенно увеличивается. Е. МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО СИНТЕЗИРОВАНИЯ РАСКРЫВЛ ЛНТЕНН И ОПТИЧЕСКОЙ ОБРЛБОТКИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНЛЛОВ ~ 6.20. Использование когерентиых сигналов большой длительности в РЛС с синтезированным раскрывом антенны Каждому приходилось наблюдать изменение тона гудка проно сящегося поезда.
Этот факт показывает, что частота Допплера в определенных случаях может служить мерой углового положения излучающего объекта и использоваться для измерения угловой координаты и разрешения по углу. Последнее затруднено при отсутствии данных о скорости движения и расстоянии до излучающего объекта. Благоприятные условия, однако, имеют место в случае бокового обзора земной поверхности с летательного аппарата, строго выдерживающего курс, высоту и скорость.
В отличие от радиолокаторов кругового обзора, радиолокаторы бокового обзора имеют несканирующие, невращающиеся, вытянутые вдоль линии пути синфазные антенны. Обзор земной поверхности производится при этом за счет перемещения летательного аппарата. Результаты обзора поперечных (линии пути) полосок поверхности записываются на фотоленте. Скорость протяжки ленты согласуется с перемещением летательного аппарата. Разрешающая способность в поперечн о м н а п р а в л е н и и зависит от полосы зондирующих сигналов и угла места объектов в поперечной плоскости. Поскольку непосредственно под летательным аппаратом она оказывается низ- 14В' 411 Рис. 6.74. Пояснение модуляции частоты и фазы принимаемых колебаний в РЛС с синтезированным раскрывом антенны кой, обычно просматриваются две полосы земной поверхности, боковые по отношению к линии пути.
Разрешающая способность вдоль линии п у т и различна при некогерентной и когерентной обработке. В первом случае она определяется шириной диаграммы направленности, соответствующей раскрыву размещенной на летательном аппарате антенны. При когерентной обработке она может быть существенно увеличена соответственно синтезированному раскрыву, определяемому величиной перемещения летательного аппарата за время обработки. Дополнительная информация связана с использованием частоты Допплера как меры углового положения. Поясним сказанное рис.
6.74. Пусть вдоль прямой х, параллельной линии пути летательного аппарата, лежащей в полосе бокового обзора, расположены первичные излучатели А непрерывных монохроматических колебаний частоты ~,. В каждый момент времени излучаемые ими колебания можно различать по допплеровской частоте Е„ = †' ~, сов сс. Если прием осуществляется длительное время, наблюдается модуляция частоты принимаемых колебаний. Закон модуляции можно установить, оценивая изменение во времени расстояния от приемника до точки А о2 г = ~г го'+ о' ( 1„— 1) з = г, + — (( — 1) з, 2'"о где 1А — момент времени, когда приемник находится на кратчайшем расстоянии г, от точки А и ~о(1А — 1)~ < г, Квадратичному изменению времени запаздывания г/с, а значит, и самой фазы принимаемых колебаний соответствует линейное изменение мгновенной частоты ф 6.20 (2) Таким образом, принимаемый сигнал оказывается частотно.
модулированным, причем скорость изменения частоты ф/ уй (3) ~ох Пусть обработка принимаемого колебания производится в оптимальном фильтре, согласованном с ожидаемым частотно-модулированным колебанием. Такой метод обработки не является ос новным, но удобен для первоначального рассмотрения. Принимая длительность импульсной характеристики фильтра равной т„девиацию частоты обрабатываемого сигнала определим из соотношения (4) В результате обработки на выходе оптимального фильтра в момент времени /~+/, (/, — постоянная задержка в фильтре) будет наблюдаться пик сжатого импульса сигнала, принятого от излучателя А. Длительность сжатого импульса составит 1 гОХ т сж Аналогично, сжатый импульс можно получить и для сигнала, приходящего от любой другой точки А'.
Временной интервал между этими импульсами будет /л — /л = Лх/о, где о — скорость дви. жения цели. Минимально разрешаемый временной интервал определяется длительностью сжатого импульса, откуда интервал разрешения вдоль оси х ы — сж —— ~оА ото (6) Отношение Лх/г,=О,, можно рассматривагь как меру синтезированного углового разрешения В, =Л/от, =Х/д,„ где с/,, = от,, — размер эквивалентного синтезированного раскрыва, образованного в результате перемещения точки приема за дли. тельность когерентного накопления т„,. Максимально возможное время интегрирования т, „„„,, = = В„г,/о ограничивается возможностью одновременного одноканального приема сигналов от различных точек на оси Ах за э 6.20 413 счет конечной ширины Оэ = Мдс диаграммы направленности самой антенны летательного аппарата с раскрывом тс » ~тс макс (7) "э Тогда интервал разрешения вдоль оси х и эквивалентный раскрыв антенны ограничиваются неравенствами: Лх = — )~ с(с, "тс Л.э а =от ~( —.
э с э (8) (9) Подобное же повышение угловой разрешающей способности возможно не только при непрерывном излучении, но и при излучении пачек импульсов длительностью т,. Оптимальная когерентная обработка в этом случае несколько усложняется. Для однозначного учета допплеровских частот необходимо выполнить условие сэ Ж тс ~~ ~ок где Т вЂ” период повторения импульсов, откуда в силу (7) ~0 ~~ оТ' (11) так что в соответствии с (9) Хгэ с"э ~ ст ' (12) Лх > с(с > оТ. (! 3) Из приведенных соотношений следует, что радиолокационные станции с синтезированными антеннами, в том числе импульсные, могут обеспечить весьма высокие угловые разрешающие способности.
Например, пусть о = 300 м/сек, Т = 10 — ' сек, Х = 3 см, гс = 60 км, тогда съх ) дэ:= 3 м, с(, » 600 м, т,< 2 сек. Приведенные данные свидетельствуют о больших возможностях систем с искусственным раскрывом. Тем не менее, при реализации таких систем встречаются определенные трудности и ограничения. Нестабильности курса, высоты и скорости полета, а также нестабильности системы обработки несколько ограничивают потенциальные возможности подобных РЛС. Следует иметь в виду, что РЛС с синтезированной апертурой обеспечивают правильное воспроизведение объектов на местности, когда последние неподвижны. Допплеровская поправка частоты, связанная с движением объекта, приводит, как известно, к вре- 414 $6,20 менному смещению сжатого импульса на выходе оптимального фильтра.
Поэтому движущийся по шоссе автомобиль может ошибочно наблюдаться вне шоссе. Принципы синтеза раскрыва антенны могут быть в отдельных случаях использованы и для решения отдельных задач наземной радиолокации. За счет длительного когерентного накопления можно, например, получить дополнительное угловое разрешение группы летательных аппаратов (или даже элементов одного летательного аппарата) в направлении, поперечном линии визирования (хотя не исключены ошибки за счет взаимного перемещения объектов в группе). Синтез раскрыва может быть использован также при радиолокации планет и других космических объектов.
Фильтровая обработка, рассмотренная выше для пояснения синтеза апертуры, встречает определенные практические трудности при своем осуществлении. Эти трудности связаны с тем, что информация о фазе колебаний для ряда разрешаемых участков дальности должна сохраняться за время порядка секунды. Такое длительное хранение информации осуществимо при использовании долговременной памяти, цифровой или аналоговой. Одним из способов преодоления возникающих затруднений является запись информации на фотопленке и последующая обработка ее оптическими методами. Для записи информации можно использовать, например, фотографирование разверток дальности экрана индикатора с яркостной отметкой на фотопленку, движущуюся перпендикулярно направлению развертывания.
Чтобы иметь информацию не только об амплитуде, но и фазе, управляющее напряжение на электроннолучевую трубку должно подаваться с фазового детектора (коррелятора), на который в качестве опорного подается стабильное напряжение промежуточной частоты. Для получения карты местности в координатах дальность — путь экспонированная и проявленная фотопленка может быть подвергнута специальной оптической корреляционной обработке.
ф 6,21. Принципы обработки когерентных сигналов с помощью оптических корреляторов и оптимальных фильтров На рис. 6.75 показана простейшая схема оптической корреляционной обработки. На этой схеме плоская монохроматическая световая волна облучает п р о я в л е н н у ю ф о т о п л е н к у, расположенную в плоскости 1 — 1 параллельно фронту световой волны. Прошедшие через фотопленку с в е т о в ы е к о л е б ан и я с о б и р а ю т с я цилиндрической линзой Л в ее ф ок а л ь н о й плоскости 2 — 2.
Представленная на рисунке простейшая схема позволяет выявить основную закономерность оптической обработки. Выберем $6.21 415 Рис. 6.75. Пояснение принципа оптической корре- ляционной обработки точку х на пересечении плоскости 2 — 2 с плоскостью чертежа в пределах рабочей зоны линзы. Как известно из геометрической оптики, в такую точку сфокусируется плоская волна с фронтом Х вЂ” Х, перпендикулярным прямой, лежащей в плоскости чертежа и проходящей через точку х и оптическую ось 01.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
