Леонов А.И., Васенев В.Н. Моделирование в радиолокации (1979) (1186215), страница 25
Текст из файла (страница 25)
д. Материальным носителем РЛ информации (сигналом) служат переизлучеииые целью волны электромагнитного поля. Их структура зависит от характера излучений передатчика Преобразование информации о характеристиках цели в параметры радиолокационного сигнала начинается при взаимодействии электромагнитных волн, излучениых передающей антенной РЛС, с целью и завершается в процессе распространения волн к приемной антенне РЛС.
Это преобразование происходит в соответствии с законами электродинамики. Строгое его описание является сложной физической и математической проблемой. Преобразованию подвергается вся совокупность параметров электромагнитных волн: амплитуда, фаза, поляризация, ориентация фронта', время запаздывания. Каждый нз параметров несет определенную информацию о характеристиках цели, ио имеет разную степень информативности, заключенную в величине приращения параметра при изменении характеристики. Использование того или иного параметра сигнала для радиола~ кациоиного измерения связано с техническими возможностями и конструктивными особенностями РЛС. В различных звеньях приемного тракта РЛС осуществляется два вида преобразований сигнала: информационное и неинформационное.
Приемное антениофидерное устройство (АФУ) является первым и одним из основных элементов в цепи информационного преобразования сигнала по нространствеииым параметра1а: поляризации н ориентация, фронта электромагнитных воли. В этом звене пространственно-временной процесс (падающие на приемную антенну электромагнитные волны) преобразуется во временной процесс (электродвижутвую силу иа входе приемного устройства), т.
е. в приемном АФУ происходят оба вида преобразований сигнала. В отличие от приемного АФУ передающее АФУ осуществляет обратное преобразование указанных процессов, ио неинформацнонное. Этот факт следует учитывать при моделировании АФУ РЛС, независимо от того, одна нли разные антенны применяются для передачи и приема.
Моделирование АФУ начинается с рассмотрения вопросов постановки задачи: — с какой целью осуществляется моделирование; — какие параметры сигнала используются для измерения характеристик цели в моделируемой РЛС; — какие особенности н погрешности имеет модель сигнала; 112 — каковы требования к виду и погрешностям выходных данных модели АФУ. Нужно отметить особенности цифрового моделвроваиня АФУ РЛС, обусловленные современным уровнем развития науки и техники в области радиолокационного наблюдения. 1. Довольно полно н строго математически описать преобразования электромагнитных полей при отражении сигналов от объектов сложной формы, какими обычно являются РЛ цели, не.
представляется возможным. Вследствие этого, как правило, амплитудные, фазовые и поляризованные параметры сигнала не используются. 2. Математическое описание процессов преобразования элек- ' тромагнитных полей по всем их параметрам в конкретном АФУ РЛС с учетом принципиальных и технологических особенностей и погрешностей его конструкции является очень трудной, а часто и неразрешимой задачей. 3.
Методы н аппаратура экспериментального исследования характеристик АФУ имеют ограниченные возможности и достаточно большие погрешности. 4. Современные РЛС матюинформативны. Они служат главным образом для измерения характеристик положения (угловых координат и дальности), а в отдельных случаях измеряется еще и радиальная скорость цели. При этом используютс~н такие параметры сигнала, как ориентация фронта, время запаздывания и.
частота падакицих на приемную антенну электромагнитных волн. Изменения остальных параметров сигнала являются помехами так как приводят к ошибкам измерения информационных параметров. Далее основное внимание будет уделено задачам моделирования, связанным с анализом и оценкой АФУ, заданного в видетех нического описания или готового образца.
В этом случае интерес представляют такие характеристики АФУ, как диаграмма направленности и коэффициент направленного действия. Прн этом для передающей антенны требования к погрешностям моделирования снижаются, а все параметры сигнала, кроме ориентации фронта излучаемых электромагнитных волн, можно исключить из рассмотрения.
Для приемной антенны достаточно рассматривать только преобразования информационных параметров сигнала, считая остальные либо константами, либо случайными величинами Рассмотрим в общем виде обработку сигнала в приемном АФУ с плоской апертурой, характерной для большинства современных РЛС. РЛ цель. будем считать точечной. а фронт падающих электромагнитных воли в пределах апертуры — плоским.
Такое приближение справедливо для многих задач радиолокационного измерения. Пусть с плоскостью апертуры связана прямоугольная система координат х, у, з. ось з которой направлена по внешней нормали к плоскости апертуры (рис. ЬЛ). Каждую спектральную составляющую отразкеиного от цели сигнала на входе АФУ можно счн- 8 — 824 11З тать моиохроматической волной частоты го и представить вектор ее электрической (нли магнитной) напряженности в точке апертуры с координатами х», у» в виде Е(чо, Г, тэ) =А(ео, ~, тэ)р(чо, 1 тэ) Х Хехр( — 1[то(1 — тэ)+1 (чо.
е, тэ)1). (5.1) где А, [(оь э, тэ) — функции, завнсяецне отструктурысигнала, а также от амплитудных и фазовых преобразований в процессе его формирования; р(чо, 1, т,) =~~ е;рч(чп, А гэ) — вектор, зависашнй от а=! направления прихода волн нполяризацноииых преобразований прн формировании сигнала; е; — орт выбранной системы координат, р=х, у,х; ре(чо, 1,тэ) =а;(оэ, А т,) ехр [ — 11ре(оэ,1, т,)) — координаты вектора р(оь $~, т,); пь эре(ео, 1, и,) — амплитудная и фазовая коар- .Рис. зл. Геометричееине еоотиоэпении лли с»тини приема эле»тромиг»итнмх волн энте»ноя .дииатиые функции вектора р(о1, А ъэ); т»=2[3(1) — ЬЯ(1)11с— нремя запаздывания радиоволн; с †скорос распространения радиоволн; )ч(1) — дальность цели (модуль радиус-вектора Щ1)); хм'И(1) =х 6 +у,бэ — разность пути прохождения фронтом волин нйчала системы координат и точки апертуры с координатами хээ у,; 6„, 6„— угловые координаты цели (направляющие косниусы радиус-вектора й(1)); векторы р(го„й т,) и К(1) артогональны.
Разложим Я(1) и Ы(1) в ряд по степеням 1 К(1) =К+Р1+*~,У1*+ М(1)=(хй.+у.е„)+(хе„+уе„))1+ ~,(хА+уВ„)Р+... (52) 114 При подстановке выражений (5.2) в выражение (5.1) получается. зависимость сигнала от характеристик положения и движении цели.
В приемном тракте современных РЛС цока не применяется совместная пространственно-временная оптимальная обработка сигнала. Приемное АФУ служит для выделения информации о положении цели по угловым координатам. Важной задачей моделирования этого устройства является воспроизведение возникающих в нем существенных искажений тех параметров сигнала, которые подлежат измерению в последующих звеньях приемного тракта1 Рассмотрим ее, полагая, что в последующем звене обработки сигнала нсоользуется согласованный фильтр.
Время обработки сигнала в АФУ значительно меньше элемента разрешения согласованного фильтра во временной области, а интервал когереитной обработки сигнала в фильтре обычно выбирается таким, что можно пренебречь зависимостью компонент А, Г, аь ~ре(ео, й т ) сигнала от характеристик движения цели. Следовательно. при моделировании процессов обработки сигнала в АФУ указанные компонен.— ты сигнала являются константами для данной частоты оь Далее, существующим РЛС свойственно соотношение (.»~сИ[оюпв (5.З) где 1» — максимальная проекция апертуры антенны на направление радиус-вектора К(4); эь1» н — ширина спектра РЛ сигнала Это условие позволяет не учитывать влияния временной дисперсии сигналов от отдельных элементов апертуры антенны на процессьг обработки сигнала в оптимальном фильтре. Таким образам, для большинства современных РЛС полезная информация о характеристиках цели заключена в составляющей ехр [ — уга(1 т»Ц отраженного сигнала.
Рассмотрим предпосылки для ограничения числа членов рядов Я(1) и А)г(Х) в выражении для т,. Вследствие выбора достаточно. малой величины интервала кагерентной обработки сигнала в оптимальном фильтре обычно пренебрегают членами разложения ЯЩ выше первого порядка. Изменение частоты за' счет переменных членов разложения Ак(1) значительно меньше элемента разрец1ення оптимального фильтра в частотной области для апертур с размерами нескольких сотен длин полн, что характерно для РЛС. Поэтому можно ограничиться только первым членом ряда АЯ(1).
С учетом всех рассмотренных особенностей моделирования АФУ' выражение (5.Ц приводится к виду Е(м, Я=А(м, 1)р(е, 1) ехр[ — ([(и, ф ехр( — 1'[(т — э))1— — мыс — 4и(и„й +о 6„)[); (5.4). где о =х /й; оп=у»/А (А — длина волны, соответствующая частоте ы); 1 — независимые переменные величины, связаиныесвыбраиной системой отсчета пространственных координат н времени; О, 6„, вМ1с — параметры сигнала, характеризуютцие положение цели по угловым координатам н дальности; Й=в2Я/с — параметр яэ 115.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
