Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации (1974) (1186213), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Схемная модель процесса радиолокационного наблюденияДля наглядности процесс радиолокационного наблюдения можнопредставить в виде схемы, изображенной на рис. 1.1. Ниже приводитсяэлементарное описание блоков этой схемы и их взаимодействия.©-т—*-3И? ЛьРПУРис. 1.1. Схемная модель процесса радиолокационного наблюдения.1. Передающее устройство РПУ (блок 1) является источником зондирующих сигналов РЛС. Каждый зондирующий сигнал характеризуется своими параметрами, такими как энергия, фаза высокочастотногозаполнения, закон модуляции и др. Аналитически зондирующий сигнал можно записать в виде5 8 0 Н Д (0 - A (/)cos \2nht - φ (t) + Ψ 8 0 Μ ] ,IIгде A (t) — закон амплитудной модуляции (огибающая); f0 — несущая частота зондирующего сигнала; φ (t) — закон фазовой модуляции; я|>зонд—начальная фаза зондирующего сигнала.Наиболее важными характеристиками одиночных зондирующихсигналов являются: энергия сигнала Э, определяющая максимальнодостижимое отношение сигнал/помеха на выходе радиотракта РЛС;ширина спектра Δ/, которая определяет разрешающую способностьпо дальности; длительность сигнала т и , которая определяет разрешающую способность по скорости.Существенным для описания функционирования РЛС являетсяпонятие когерентности зондирующих сигналов.
Применительнок импульсному сигналу когерентность соответствует однозначнойсвязи между начальными фазами Ψ 3 0 Η 3 следующих друг за другомимпульсов. Применение зондирующих сигналов в виде последовательности (пачки) из N когерентных импульсов позволяет при оптимальной обработке отраженных сигналов увеличить отношение сигнал/помеха и улучшить разрешающую способность по скорости.2. Через передающую антенну РЛС зондирующие сигналы излучаются в пространство. В процессе сканирования антенны с узкой диаграммой направленности происходит кратковременное облучение целиэлектромагнитной энергией зондирующих сигналов.
Совокупность излученных в направлении цели зондирующих сигналов образует множество зондирующих сигналов 5 Э 0 Н Д (см. блок 2 на рис, 1.1).3. Цель (блок 3) является пассивным отражателем энергии и, вследствие этого, источником полезной информации в канале «РЛС — цель».Информационной характеристикой цели является траектория еедвижения, задаваемая временными функциями текущих координат.Траектория движения цели может быть представлена либо детерминированной функцией времени и параметров, либо в виде случайногопроцесса с заданными статистическими характеристиками.Энергетической характеристикой цели является ее эффективнаяотражающая поверхность (ЭОП).
В теории радиолокации обычно используют одну из следующих статистических моделей ЭОП [131:а) цель представляет собой совокупность большого числа независимых и равноценных отражателей с заданным средним значением эффективной поверхности Σ;б) цель представляет собой совокупность элементов первой моделии содержит, кроме того, доминирующую точку с постоянной эффективной поверхностью 2 0 (очевидно, первая модель является частным'случаем второй при Σ 0 = 0).Плотность вероятности ЭОП цели при наличии доминирующей«блестящей точки» имеет вида при ее отсутствииffiS120.1.2)где Io (z) — модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка.4. Каждый отраженный от цели сигнал формируется в результатевоздействия на зондирующий сигнал цели и окружающей среды и может быть аналитически представлен в виде некоторой известной функции времени и случайных параметров, т.
е. 5 о т р = 5 (t, fr), где θ- —вектор параметров отраженного сигнала. Совокупность всех возможных сигналов, отраженных от цели за время ее наблюдения, образуетмножество отраженных сигналов 5 о т р (блок 4).5. Аналогичным образом определяется множество Ып сигналоввнешних помех, в которое кроме сигналов, отраженных от ложных целей, входят сигналы постановщиков помех, а также сигналы другихмешающих источников.6. На вход приемной антенны РЛС воздействует сигнал, образующийся в результате смешивания отраженных сигналов и внешнихпомех.
В приемном устройстве полезный сигнал подвергается дополнительному искажению внутренними шумами аппаратуры Nm. Пересчитанные на вход приемного устройства внутренние шумы аддитивносмешиваются с внешними помехами, образуя суммарную помеху Ν-Σ(блок 5), записываемую в виде^ 2 (t) = Nn (0 + Nm (t).Обычно предполагается, что на входе приемного устройства суммарная помеха аддитивно смешивается с отраженным сигналом. Суммарный сигнал (блок 6) на входе приемного устройства записываетсяв видеi/(0 = s O T P (i, *) + лъ<о.7. Оконечное устройство РЛС полагается состоящим из двух частей: собственно приемника РПрУ (блок 7), представляющего собойоптимальный согласованный фильтр и безынерционный детектор, ирешающего устройства РУ (блок J0), служащего для преобразованиявыходных сигналов приемника в решение, принимаемое на основе этихсигналов.
В общем случае множество выходных сигналов приемникавключает в себя подмножество огибающих Е и подмножество фазогибающих Ф, отфильтрованных и продетектированных в приемникевходных сигналов (блок 8)..При цифровой обработке радиолокационной информации междуприемником и решающим устройством ставятся преобразователи сигналов из аналоговой формы в дискретную (НД, блок 9). В этом случаемножество X сигналов на входе рашающего устройства (блок 9)является дискретным, а само РУ представляет собой цифровое вычислительное устройство (блок 11).8. Множество решений Y (блок 12) в задаче радиолокационногонаблюдения в простейшем случае представляет собой множество оценоккоординат и параметров движения наблюдаемых целей.Для синтеза оптимальных решающих устройств обработки радиолокационной информации необходимо знать статистические характеристики обрабатываемых сигналов.
Поэтому в дальнейшем производится некоторая детализация рассмотренной модели в этом направлении .131.1.2. Статистические характеристики отраженных сигналовВ дальнейшем имеются в виду, главным образом, обзорные РЛС(кругового или секторного обзора), предназначенные для слеженияза множеством целей. Траектория каждой из сопровождаемых целейстроится в этом случае по дискретным данным (измеренным значениям координат), полученным в процессе многократного (равномерногоили программного) обзора пространства.В качестве наблюдаемых координат обзорная РЛС может выдаватьданные о дальности г, пропорциональной задержке τ отраженного сигнала, азимуте β и угле места ε.
Методы измерения дальности и радиальной скорости, а также разрешающая способность и точность отсчетаэтих координат непосредственно связаны с характеристиками зондирующего сигнала. Отсчет координаты азимута производится, как правило,по максимуму огибающай отраженного сигнала. Разрешающая способность и точность отсчета азимута определяется шириной диаграммынаправленности антенны РЛС в горизонтальной плоскости на приеми передачу.Измерение угла места в обзорной РЛС производится обычно с помощью парциальных игольчатых антенных лучей, расположенныхв вертикальной плоскости один над другим.
Если каждый луч связансо своим приемником, то угол места определяется по номеру канала,принявшего отраженный сигнал. Разрешающая способность и точность отсчета по углу места определяется, в первом приближении,шириной парциальных диаграмм направленности в вертикальной плоскости.Ниже рассматриваются статистические характеристики отраженныхсигналов, применительно к одному парциальному каналу обзорнойРЛС, совершающей равномерный обзор пространства в горизонтальной плоскости.При равномерном сканировании в горизонтальной плоскостиодиночный сигнал, отраженный от подвижной цели, можно представить в виде [1]50Тр ('• *) = As (t)g (β0, P)S (t - τ) cos [2π/0 V - τ) ++ φ (/) + ifol,(1.1.3)где As (t) — интенсивность отраженного сигнала, зависящая от даль-,ности до цели и ее эффективной отражающей поверхности; g (β0, β) —огибающая обобщенной диаграммы направленности РЛС на прием ипередачу в горизонтальной плоскости (при β = β0, g (βθ> β) = Ι)ϊβ — текущий азимут антенны; β0 — истинный азимут цели в моментлокации; S (/—т) — закон амплитудной модуляции сигнала (модулирующая функция); τ — задержка отраженного сигнала относительно посылки зондирующего сигнала; φ (t) — закон фазовой модуляции;ψ0 — начальная фаза отраженного сигнала; fд — допплеровскийсдвиг частоты отраженного сигнала; Д> — несущая частота сигнала.Если отраженный сигнал представляет собой последовательностьпериодически повторяющихся импульсов (пачку импульсов), то модуТАлирующая функция в (3) будет иметь вид5 η ( ί - τ ) » Σ S U — τ — ( λ —1)Г П ],(1.1.4)где N — расчетное число импульсов в пачке, определяемое по формулеΝ = φρ^/βα.(1.1.5)В последней формуле: <рр — ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости на заданном уровне мощности (в градусах); β α — скорость сканирования (вращения) луча антенны(в град/сек); Fa —• частота следования зондирующих сигналов.В реальных условиях, за счет флюктуации эффективной отражающей поверхности цели и изменения условий распространения радиоволн, отраженный сигнал всегда флюктуирует по интенсивности, частоте и фазе.
Задержка сигнала и азимут его прихода являются неизвестными для наблюдателя параметрами и, следовательно, также могут рассматриваться как случайные величины.Таким образом, отраженный от подвижной цели сигнал представляется в виде заданной функции времени с совокупностью случайныхпараметров, т. е. S 0 T p = S (τ, β0, F a , As, %»0- Часть из этих параметров подлежит оценке при обработке. Такие параметры называютсясущественными.
Другие параметры не несут полезной информации,т. е. являются паразитными. В процессе обработки обычно производится статистическое усреднение принимаемых сигналов по совокупностипаразитных параметров (если такое усреднение вообще возможно).Основными полезными параметрами сигнала, подлежащими оценкепри приеме, являются задержка τ, пропорциональная дальности доцели, и азимут β 0 . При синтезе оптимальных решающих правил дляоценки этих параметров принимается условие их неизменности в процессе одиночного измерения.Параметр F^ содержит информацию о радиальной составляющейскорости цели. Наличие независимой информации о скорости цели накаждом обзоре позволяет увеличить точность воспроизведения траектории цели, однако при этом усложняется процесс обработки сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
