Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (1151797), страница 60
Текст из файла (страница 60)
ГЛАВА б МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ ПРИ ЗОНДИРОВАНИИ ПРОСТРАНСТВА КОГЕРЕНТНЫМИ РАДИОСИГНАЛАМИ БОЛЬШОВ ДЛИТЕЛЬНОСТИ А. ОПТИМАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА И ТЕЛА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ С УЧЕТОМ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ ПРИ ОТСУТСТВИИ ДЕФОРМАЦИИ ОГИБАЮЩЕЙ СИГНАЛА В 6.!. Общие соображения о применении длинноимпульсных и непрерывных зондирующих сигналов Одним из основных способов повышения дальности обнаружения и точности измерения координат малоразмерных целей наряду с увеличением габаритов антенн является повышение средней мощности, передатчика. Если пиковая мощность ограничена, это достигается за счет уменьшения скважности, т. е.
перехода к длинноимпульсному или непрерывному излучению. В режиме обзора (для обоих случаев) в направлении цели излучаются импульсные зондирующие когерентные сигналы большой длительности. Когерентные сигналы большой длительности существенно деформнруюгпся при огпражении от движущейся цели (э 2.9, рис. 2.16). Если, например, путь о,т„, проходимый целью в радиальном относительно совмешенного радиолокатора направлении за время длительности импульса т„, превышает М4, то расстояния, пройденные началом и концом сигнала до цели и обратно, отличаются более чем на ).!2. Э.о означает, что между колебаниями в начале и конце отраженного сигнала появляется дополнительный сдвиг фаз более 180', которого не было в зондирующем сигнале.
Появление этого сдвига фаз можно считать результатом эффекта Допплера— Белопольского, т. е. изменения частоты отраженного сигнала на величину Изменение частоты происходит в сторону увеличения, если цель движется к совмещенному радиолокатору, и в сторону уменьшения, 324 5 64 если цель удаляется от него. Изменение фазы в течение длительности импульса за счет допплеровской поправки частоты, равное (2) для рассмотренного примера о,т„= М4 как раз и составляет указанную величину и радиан или 180'. Такой сдвиг фаз уже не может не сказаться на оптимальности обработки, если последняя рассчитана на сигнал без допплеровской поправки. Однако практически произведение о,т„ может значительно превышать ),/4. В этом случае когерентная обработка без учета допплеровской поправки частоты (за исключением рассматриваемого далее особого вида сигналов — частотно-модулированных по линейному закону) практически невозможна.
Отсюда вытекает, что при обработке длинноимпульснык и непрерывнык отраженных сигналов необходимо учитывать не только различие во времени запаздывания, но и различие в часгпоте, связанное с радиальной скоростью движения цели. Это заметно усложняет 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 этому 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 длительности. 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 автокорреляционнык функций сигналов и их наглядных представлений в виде тел и диаграмм неопределенности; — 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 когерентнымн сигналами; †уч влияния условий распространения радиоволн на обработку когерентных широкополосных или протяженных сигналов; — учет влияния неполной когерентности принимаемых колебаний; — выявление принципов сравнительного анализа различных видов зондирукхцих сигналов.
4вл 325 Даже при скорости цели порядка первой космической о„ж ж 8 . 1О' м/сек 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 ускорения ~! ~ ) для моментов облучения началом и концом импульса.
Когда указанная величина существенно менее четверти длины волны, ею и в самом деле можно пренебречь. Последнее справедливо прн 2Х а„«вЂ” ти Так, при Х = 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 (О,! †: !) 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 флюктуацнй Т ,((4), э 2.10), найдем угловую скорость вращения цели относительно направления на радиолокатор, при которой флюктуации можно считать еще достаточно медленными Ть,'«ьт„, а именно: Подставляя длину волны ) = 0,1 лк эквивалентный размер цели «в / = 10 м, длительность посылки т„= !Π— ' сек, получим вг ~(( (( 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» флюктуацнй иллюстрируется в 5 6.20. Из изложенного следует, что в большинстве практически важных случаев оптимальной обработки отраженного сигнала можно не учитывать деформацию сгиба»вшей импульса за счет движения цели Ф в.з 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 допплеровской поправки частоты. Если комплексная амплитуда зондирующего сигнала 0(Г), то комплексную амплитуду ожидаемого сигнала Х(Г) с учетом запаздывания Гь = а, и допплеровской поправки частоты Ы„ = а, с точностью до случайной начальной фазы можно представить в виде Х (г) = и(1 — 1,) е '" ' . Знак минус в показателе степени, как и в 5 2.9, учитывает, что при о, ) 0 частота отраженного сигнала менее частоты зондирующего.
Отсюда перейдем к модульному значению Л корреляционного интеграла 1(13), 5 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: 2(с„ь) )= — ~ 0(1) сГь(à — 1,) е'~я~ йс .
(4) Величина У(г) является суммой комплексных амплитуд сигнала и помехи: У(Г) = (Г (1 — Г„) е ' ° + Ж(1), (5) где г„и 1)х, — истинные значения запаздывания и допплеровской частоты полезного сигнала. Чтобы принять решение о наличии цели, необходимо для каждой пары ожидаемых значений Г, и 11 сравнить величину 2 = 2(Г„()д) с некоторым пороговым уровнем. Если для какой-либо областй значений Г, и 11 порог превышается, то принимается решение о наличии цели. В качестве оценок измеряемых параметров часто принимаются значения Г, и 1)ю для которых величина 2 максимальна (9 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 ыь 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 326 $6. 2 У(г)и (г-т )е ™ Ф)е а) У(с)ц(г-г )е)("""'ол)г у(Г)г гь/а! - )е Рнс. 6.1. Корреляпнонночфнльтровые схемы оптимальной обработки для когерентного сигнала большой длнтельностн с известным запаздыванием. Показан ввод допплеровской поправки частоты в ожидаемый сигнал (а) н принимаемые колебання (б) у(с)=у)с)сзз(ьег у (г)) у(с)газ[(ы!г ьч ял)с~„Я] ~„ЮУ Рнс. 6.2. Схема двойного преобразования для ввода допплеровской поправки частоты в прнннмаемые колебания лгл З Рл,,б), ! а „С)х ! алт,брл ! ! ! Хлг Ага Еле Рнс.
6.3. Многоканальная корреляпионная схема обработки когерентных сигналов большой длительности, о!лнчаюшихся по временн запаздывания н допплерозской частоте й 8.2 со второй сопряженной. Смесителю должен предшествовать преселектор, устраняющий эффект зеркального приема — на схеме рис. 6.1, а он не показан.
Лопплеровская 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 ь)д 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 Га, йк, но и являются основой устройств автосопровождения по дальности и скорости (з 6.15). Если требуется установить наличие или отсутствие цели или гРУппы целей в Диапазоне значений Гы 1)п, возможен пеРехоД к многоканальным схемам.
На рис. 6.3 показана м н о г о к а н а л ьн а я 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
