Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (1151797), страница 74
Текст из файла (страница 74)
График показывает, что оез специального учета фазовых искажений в ионосфере можно использовать ограниченную полосу частот П,в, тем меньшую, чем выше степень ионизации и ниже несусцая частота (например, для интегральной концентрации г' =г" +ЬР = — — ч= — (чнгайор + — "'"), ! дф, 1/ д — до д д! Используя ((12), приложение 8) и пренебрегая малыми высшего порядка, найдем ЛР, = 2 — [ Г ич д Г 2 — о„+ (о,— о,)+ — ! ай« д1,) о где о, — радиальная составляющая вектора скорости ч цели; о, — его проекция на луч; а = 2(п — 1) — отклонение показателя преломления среды п от единицы; а„=2(п„— 1) — значение а в районе цели. Найденная поправка вызывается тремя причинами: 1.
Отличием 4юзовой скорости распространения в районе цели от скорости света в вакууме (отличием коэффициента преломления п„от единицы). 2. Непрямолинейностью распространения, приводящей к конечной разности: ь, — о, = оооз„+ пайи„. Здесь Лз„и Ь~„— отклонения луча в районе цели от прямой «радиолокатор — целы; о, и ов — составляющие скорости ч, нормальные к лучу. 3. Возможной нестационарностью показателя преломления среды и ж 1 + —.
2' Если поправка ЛР не учитывается, допускается ошибка измерения радиальной скорости 410 % в.!в 2й1„„, = 10го электрон/мо и несущей частоты !о = 1000 Мгц — не более 60 Мгц). Еще одним эффектом, существенным для сигналов большой длительности„является появление ошибки измерения радиальной скорости цели о„если не вводится поправка на реальные параметры среды.
Ошибка измерения о„может наблюдаться как при ее определении п о д о п п л е р о в с к о й ч а с т о т е, так и по и вменению времени группового запаздывания. Поправка Лг"„допплеровской частоты г" по сравнению с ве2ог личиной Р о=)о — ' находится путем дифференцирования фаза«о — о ваго запаздывания 2«рк(г (1), ец(«), р (1), 1) по времени. Замечая, что — = тягай+ —, получим д! д! Ао„= о, — +(о! — о,)+ — — ~ агуг.
ад ! д Г 2 2 д!,) о (5) Аналогичная ошибка возможна, когда радиальная скорость определяется п о и з м е н е н и ю г р у п п о в о г о з а п а зд ы в а н и я. Величину ее можно найти путем дифференцирования по времени выражений !(1'), (1"), 2 5.211. По абсолютному значению эта ошибка совпадает с (5). По знаку она совпадает в тропосфере и противоположна в ионосфере. Численно при скорости цели о = 6 км/сек ошибка Ьо„в тропосфере'не превышает 10 м!сек. Ее величина при Х = 1 м в обычной ионосфере также не превышает 10 мlсек, с уменьшением длины волны Х ошибка уменьшается пропорционально кз.
При наличии искусственной ионизации величина ошибки существенно увеличивается. Е. МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО СИНТЕЗИРОВАНИЯ РАСКРЫВА АНТЕНН И ОПТИЧЕСКОР( ОБРАБОТКИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ й 6.20. Использование когереитиых сигналов большой длительности в РЛС с синтезированным раскрывом антенны Каждому приходилось наблюдать изменение тона гудка прона. сяшегося 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 от. сутствии данных о скорости движения и расстоянии до излучающего объекта.
Благоприятные условия, однако, имеют место в случае бокового обзора земной поверхности с летательного аппа. рата, строго выдерживающего курс, высоту и скорость. В отличие от радиолокаторов кругового обзора, радиолокаторы бокового обзора имеют несканирующие, невращаюшиеся, 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 лен.
ты 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- !46* 4!! 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 и 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 когеренгпной обработке она может быть суи(естеенно увеличена соответственно сингпезированному раскрыву, определяемому величиной перемещения летательного аппарата за время обработки. Дополнительная информация связана с исПользованием часгпогпы 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. В каждый момент вре. мени излучаемые ими колебания можно различать по допплеровской частоте г = — ' Гв соз а.
Если прием осуществляется длительное время, наблюдается модуляция частоты принимаемых колебаний. Закон модуляции можно установить, оценивая изменение во времени расстояния от приемника до точки А оа го+о (ул у) ='в + ('л ~) 2го где тл — момент времени, когда приемник находится на кратчайшем расстоянии г, от точки А и )о(тд — т)! ((ге. Квадратичному изменению времени запаздывания гlс, а значит, и самой фазы принимаемых колебаний соответствует линейное изменение мгновенной частоты 412 $8.20 (2) Таким образом, принимаемый сигнал оказывается частотно.
модулированным, причем скорость изменения частоты В/ ве (3) ш .,л ' Пусть обработка принимаемого колебания производится в оп тимальном фильтре, согласованном с ожидаемым частотно-моду лированным 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 б1= ~В/~т = в т В результате обработки на выходе оптимального фильтра в мо. мент времени Гк +/, (Г, — постоянная задержка в фильтре) будет наблюдаться пик сжатого импульса сигнала, принятого от излу. чателя А.
Длительность сжатого импульса составит Г4Л т Л/ вэт (5) Лх=т, о= —. ~ох втс (6) Отношение Лх/г,=й, можно рассматривагь как меру синтеза. рованного углового разрешения нс = )~/отс = )~/г(э где д, = от, — размер эквивалентного синтезированного раскрыва, образованного в результате перемещения точки приема за дли. тельность когерентного накопления т,. Максимально возможное время интегрирования т, „,„, = = О,Л,/о ограничивается возможностью одновременного одно.
канального приема сигналов от различных точек на оси Ах за й 6.20 413 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 счет конечной ширины О, = Х/с(с диаграммы направленности самой антенны летательного аппарата с раскрывом ас Л сс те ~~ те мане (7) Вс с' Тогда интервал разрешения вдоль оси х и эквивалентный раскрыв антенны ограничиваются неравенствами: Лх= — ' >й,, "тс мс отс ~ Хсс вс (8) (9) Подобное же повышение угловой разрешающей способности возможно не только при непрерывном излучении, но и при излучении пачек импульсов длительностью т,.
Оптимальная когерентиая обработкав этом случаенесколькоусложняется. Для однозначного учета допплеровских частот необходимо выполнить условие с' 1 М те~~ (10) %~1 Т где Т вЂ” период повторения импульсов, откуда в силу (7) ~с >~ так что в соответствии с (9) (1 1) йс ~~ асс сТ (12) бх ~ с(с ~ о Т. (13) 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 мlсек, Т = 10 — ' сек, Х = 3 см, г, = 60 км, тогда бх > ас > 3 м, а, ( б00 м, т, < 2 сек.
Приведенные данные свидетельствуют о большйх 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- 4!4 й 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 использовав также при радиолокации планет и других космических объектов. Фильтровая обработка, рассмотренная выше для пояснения синтеза апертуры, встречает определенные практические трудности прн 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.
й 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 вето в ы е к о л еб 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
