Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (1151797), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Важное значение имеет использование инфракрасного диапазона волн, в котором можно получить значительно более высокую разрешающую способность по угловым координатам, чем в радио- диапазоне. Лучшая прозрачность атмосферы для инфракрасных волн, чем для видимых, позволяет увеличить дальность действия приборов инфракрасной техники по сравнению с оптическими. Основными источниками инфракрасного излучения являются нагретые участки объектов на местности, детали аэродинамических летательных аппаратов и ракет, а также факелы газов двигателей. Для преобразования энергии инфракрасного излучения в электрический сигнал используются следующие физические явления, возникающие под действием лучистого потока: — возникновение электродвижушей силы (фотогальванический эффект), — изменение электрического сопротивления (внутренний фото- эффект), — эмиссия электронов (внешний фотоэффект).
Роль антенны выполняет оптическая система, фокусируюшая инфракрасные лучи на преобразователь энергии (детектор). Обнаружение целей инфракрасными системами осуществляется на фоне различных помех, имеющих такую же структуру, что и полезные сигналы. Источниками мешающих излучений могут быть все тела, расположенные в зоне обнаружения инфракрасного локатора: Солнце, атмосферные образования, горные вершины и т. д.
Помехи создаются не только за счет собственного излучения тел, но и за счет рассеяния лучистой энергии других объектов, например Солнца. Спектральная плотность помех на входе приемного устройства отличается от спектральной плотности вблизи излучателя вследствие неодинакового ослабления лучистого потока по 614 $ 6.6 спектру; могут наблюдаться полосы поглощения и полосы прозрачности, обычно называемые «окнами». Для выделения сигналов на фоне помех используют спектпральную и пространственную избирательность. Спектральная избирательность обеспечивается за счет применения оптических филыпров, диапазон пропускаемых частот которых выбирается из условия получения наивысшего отношения сигнал/по- Пространственная избира Рнс.
8.12 МодУлнрующнй диск тельность обеспечивается путем применения игольчатой диаграммы направленности и специальных элементов схемы приема с целью выделения точечных излучателей на фоне распределенных, но менее ярких (облаков, атмосферной пыли и т. д.). В качестве такого специального элемента используют, например, модулирующий диск (или шторку) с прозрачными и непрозрачными полосами (рис. 8.12). При вращении диска на детектор попадает прерывистый поток от точечного объекта и практически непрерывный для распределенного фона, что облегчает выделение сигнала.
Обзор пространства по угловым координатам может быть механическим и электрическим. Механический обзор производится путем перемен(ения элементов оптической системы (рис. 8.13). Синхронизируя сканирование луча антенны и развертку индикатора, наблюдают радиационный рельеф в зоне обзора. Электрический обзор применяется в локаторах с мозаичным фотодетектором или с инфракрасным электроннолучевым преобра- 5 8 8 Рнс.
8.13 Структурная схема обзорного инфракрасного локатора. т — верквльнмй объектив, 2 — у трайства лаискв, 2 — детектор, 4 †усилите; б — синкронизнрующее устройства; б †индикат Рис. 8.14. Инфракрасный видикон: т — объентнв, 2 в электроннолучевая трубка,  — эеркаль. ный объектив, а †детект;  †электронн пушка, В— фокусярушщав н отнловяшщая снстемы, 7 — входное окно,  — выхоаное окно зователем 1видиконом). Используя мозаичный преобразователь, можно формировать парциальные диаграммы направленности.
Каждый элемент мозаики имеет свой интегрирующий фильтр, накапливающий энергию сигнала, принятого с одного углового направления. Фильтры поочередно подключаются коммутатором на вход индикатора, на экране которого воспроизводится тепловой рельеф. Инфракрасный видикон представляет собой электроннолучевую трубку, входное окно которой закрыто полупроводниковой (например, кремниевой) пластинкой, на которую с внешней стороны фокусируется лучистый поток, а с внутренней — электронный луч (рис. 8.14). При развертывании электронного луча трубки по по. верхности пластинки поочередно увеличивается прозрачность ее отдельных элементов, что обеспечивает поочередное считывание изображения, которое перефокусируется зеркальным объективом на фотодетектор, Таким образом, на фотодетектор в каждый момент времени попадает излучение только той цели, сфокусированное иэображение которой совпадает с положением электронного пятна трубки.
Напряжение с выхода детектора после усиления подается на индикатор, на экране которого изображается тепловой рельеф. В инфракрасных локаторах автосопровождения по угловым координатам используются модулирующие диски специальной формы, позволяющие модулировать лучистый поток по амплитуде, длительности, частоте или фазе. Модулированный сигнал после обработки сравнивается с опорным напряжением, управляющим движением диска. В результате вырабатывается сигнал ошибки, который после усиления подается на исполнительное устройство, например управляющее рулями снаряда.
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение! (н р 2.Иу Корреляция вторичного излучения во времени для вращающейся системы блестящих точек, случайно распределенных по окружности Сигнал, отраженный от блестящей точки с пол~ерем л, вращающейся с угловой скоростью () по окружности радиуса р, имеет переменное временное запаздывание б(„= — соз(ИГ+ 8а) и переменную начальную фазу ср— 2р с — Мааса. ЗДЕСЬ 8„— УГЛОВаЯ КООРДИНата бпсетаюсй ТОЧКИ, ОтСЧИтЫВаЕМаЯ в центре вращения для момента времени (относительно направления на радиолокатор; ю — начальная фаза облучающего колебания; юе — его частота.
Тогда при отражении синусоидального сигнала от системы )у равноценных блестящих точек комплексную амплитуду принимаемых колебаний с точностью до множителя можно представить в виде и — гФ сот(о!+За> у(т)=е т. е ч=! где Ф = — юе В силу равиовсроятного распределения начальной фазы об2р с лучающего колебания ср, математическое ожидание М ((г'(()) = О. Если к тому же значения О„случайны, то на протяжении отрезка времени ат((2п(() отраженный сигнал можно считать отрезком реализации стационарного слу. чайного процесса с нулевым средним значением и корреляционной функцией й(т) = М (()(Г+т) и*(()). Используя (1) и выделяя из двойной суммы совокупность слагаемых с одинаковыми начальными фазами О„в обоих сомножителях, после преобразований получим у~ )- та с — 2 Йи — ~ В,+с( с — ])) ~. чем 2 ( с 2/ + ~~~~ сг~ М ~ ехр ~ — )Ф соз [аз+И (Г+т)) 1' М ( ехр ()Ф соз (От+()())) ° (2) азы Л При написании (2) учтено, что математическое ожидание произведения независимых случайных величин равно произведению математических ожиданий этих величии.
Если, кроме того, учесть, что при равномерном распределении случайных величин 8 в интервале Π— 2п зя М (ехр ( — )Ф соз (8+ Ос)) ) = ~ ехр ( — (Ф соз (8+ 8 )] р (8) б8 = Уз (Ф), 817 П. ! получим Р(т) И (т) =дг/е (2Ф ып — )+(Ма — М) уо (Ф), ()т 'ь 2 2 ) где lе(Ф) — функция Бесселя первого рода нулевого порядка. Полученное выражение можно упростить, полагая среднее расстояние между блестящими точками 2п р/И)) Хе и ()т (< !.
Тогда в соответствии с асимптотическим представлением lе(Ф) можно пренебречь вторым слагаемым и получить, что ! 4пр )с(т) й(ае(Фиг)=й/ае ~ Ит ) ~ ~л, откуда нормированная корреляционная функция 1 4пр ркор ('г) = /е ~ ()ч ) /с (парк с), ~ )м где 2 2 4()о а си = (ог мако вг мив) [()р — ( — ()р)) )м )(е )м Приложение 2 ('и р 2 /3 и 5./Ц Корреляция вторичного излучения на разных частотах для системы блестяп(нх точек, случайно распределенных по окружности Аналогично приложению ! найдем корреляционный момент случайных напряжений У(/а) и (/(/а).
Не ограничивая общности, можно положить г = О. Корреляционный момент можно тогда записать в аиде юугь> м ~ г~ч) са м(2 т,, ''"' „' 'м" ), 4пр 4пр где Ф, = — /, Фз = (/+ 6/). Выделяя из двойной суммы /т' слагас с емых, имеющих одинаковые начальные фазы в зкспоненциальных сомножителях, и вычисляя математические ожидания, получим соотношение Ю(/1 /а)=!1()о(Фа — Ф1)+(й/' — й/) /е(Ф1) lа(Фз) в котором при (2нр///))> )ь вторым слагаемым можно пренебречь, Тогда корреляционный момент будет функцией разности частот /а — й = 6/. Нормированная корреляционная функция будет раор (6/) = ае ~ — 6/ ) ° , ~р с 518 Приложение 3 (к р 3.4) Теорема Котельникова !макс у(Г)= ~ д(/) е' к)~в/.
)макс ннтервале /макс < 3< /макс Функцня у(/) может быть заменена пери однческн продолженной функцией у,(/) с периодом 2/макс, совпадающей с ней на участке ннтегрнровання. Зту функцню можно представить в виде ряда Фурье: ОЭ Ыг (/)= ~ 0ае ~ (П~)макс), (2) а=чь где макс 2/ ~ ух(/) е ( ~ )макс) г(/ ! /макс (3) )макс Сопоставляя (3) с (!), получим Тогда у, (/) = У„у (Да() е — гдк ! ьз и 1 Ы, (4) где Ж=!/2/ь,акс.
Подставим в (1) выражение (4) для функции у, (/), равной у (/) в пределах интегрирования — /макс </</макс. Изменнм порядок ннтегрнровання н суммирования. Интегрируя далее множители вида е'тк)1~ в пределах от — /макс до /маке пРиходим к выРажению у (1) = т. у (й 31) з!и (2в/макс (г гь)) Ь= — ю 2п/макс П (а) (3) соответствующему теореме Котельникова, в котором Ге=Маг П. 3 Рассмотрим класс функций у(() с ограниченным спектром, которые могут быть представлены в виде интегралов Фурье: Приложение 4 ('к р а./9) Качественные показатели обнаружения при квадратичном суммировании некогерентных нефлюктуирующих сигналов кзк вто имеет место на выходе линейного детектора прн сигнале, наложенном на шум (днсперсня шума нрннята здесь за еднннцу). Тогда для квадрата втой величины У) = и нетрудно найтн плотность вероятности еу ( р(Ч)=р(У) — ~ = /о(дУ)))е г (/т) ~)/=)/ч (2) н характеристическую функцию т 0 (з) = ~ е/зп р (т!) (/т) = ~ е" (" р (У) 6У.
В (3) Прн напнсаннн (3) нспользовано соответствующее (2) соотношение р(0)ЕЧ= =р(У) еУ. Подставляя значение р(У) нэ (1) в (3) н используя выраженне моднфнцнрованной функцнн Бесселя ((2а), й 2.12), получим и 1 / / г (1 — /гт)+еи соз р 0(з)=е ч/г — ~ ~ е уеул(). 2 о о Переходя к новым переменным интегрирования х=.У совр, у=У Пп!) н за. нечая, что (з — Ча)* — ~ е а (/х = = з га ду ! где а= , приведем выражение для 0 (з) к виду 1 — /2з г е * д*/г (! — /гт) 0(з)=е т/г =е "ае ! — /2з от ! где Ь= —, а= 2 ' ! — /2з Зная характеристическую функцню 0 (з) велнчнны т) =Уз, нетрудно найтн ее н для суммы М танях независимых велкчнн у,=(/г+уг+ .+ уг 520 Пусть плотность вероятности некоторой велнчнны У ~ 0 соответствует обобщенному закону Релея: от+и* р(У) =У/о(аУ) е (1) Полагая с=сопя( н перемножая характеристические функции слагаеммх, получим 0х(а) =е мь ам еамь вли ,~м-~ 0х(з)=се " м ! е ~в мь Тогда нетрудно найти плотность вероятности для напряжения Ух, равную 1 Г р (и,) = —, ~ 0, (а) е-(В*' Вз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
