Бакулев (560825), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Чаще всего РЛС с СА используют в так называемых радиолокаторах бокового обзора (рис. !4.2). В радиолокаторах, у которых антенна размещена вдоль фю- :а з,би чрг зеляжа, й=((д('(я, и она тем выше, чем больше продольный раз- або- .'Яа ~ ~у=- мер (,„фюзеляжа ЛА. Поскольку ':,„-- фФ6~~ ~;о д. ф конструктивно ограничивает " ' ' "..', (г' ., ' ' + ' ф" размер внутренней антенны Ы„<г(я, то гз(=((д((„<й~г(„, и детальность изображения в ра- -- .Д- ляжными антеннами улучша- ЕТСЯ, ХОТЯ ЗаанеиВЮСТЬ От Рис. 14.2.
Диаграммы наиравдсиносзи радио- дальности сохраняется. аокмора бокового обзора Более радикальный путь приводит к радиолокаторам с синтезированием апертуры (РСА) при поступательном движении ЛА. Принцип синтезировании апертуры. Пусть линейная ФАР размером (апертурой) б (рис. !4.3,и) состоит из (('.г! излучателей.
Суммируя принятые облучателями сигналы, можно в каждый момент времени получать диаграмму ФАР с шириной гр, = Х/Е. Если для обеспечения заданной у, требуется б >(е, то можно синтезировать ФАР, последователыю перемещая один излучатель (антенну) вдоль этой апертуры с некоторой скоростью У, принимая отраженные от цели сигналы, запоминая их, а затем совместно обрабатывая (рис. !4.3,6). При этом синтезируется апертура линейной агпенны с эффеггтнв- Рис. 14ек Фазираваннаа антенная рсигс~ка (и! н скенасни- тсзированин агнртуры ири перемещении нзаучагеда (о) ным размером (з н ДНА шириной гр, =Л((с, однако увеличиваются затраты времени на синтезирование (, = Е,.
( У и усложняется аппаратура радиолокатора. Пусть ЛА движется на некоторой высоте с постоянной скоростью У прямолинейно и параллельно земной поверхности (рис. (4.4). 283 Антенна, имеющая ДНА шириной (р, и повернутая на 90' к линии пути, последовательно проходит ряд положений г= -()()2; ...; -2; -1; 0; +(;+2'„..4+Иге, в кото- рых принимает сигналы, отраженные от цели, находящейся в точке М на земной поверхности. При Рис.
14.4. Г(аявление фазовых сдвигов в процессе прямолинейного движения ЛЛ при синтезировании апертуры (различных () сигналы от одной и той же точки проходят разные рас- СТОЯНИЯ Ко; Ло З-Ь)(,; Ко+Ой(;... )(о 4ЗЬйи(з, ЧтО ЛРИВОДнт К ИЗМЕНЕНИЮ фазовых сдвигов этих сигналов, вызываемых разностью хода ())(, . Поскольку сигнал проходит дважды (в направлении цели и от нее), два сигнала, принятые при соседних положениях антенны, отличаются по фазе на ()(р = го(ля = 2 яро(2Ь Р~с) = 4я(М/3..
В зависимости от того, компенсируются или нет при обработке принятых сигналов фазовые набеги дзр, (образующиеся на отрезках (ьй,), различают фокусированные и нефокусированные РСА. В первом случае обработка сводится к перемещению антенн, запоминанию сигналов, компенсации фазовых набегов и суммированию сигналов (см. рис. !4.3,б), а во втором — к тем же операциям, но без компенсации фазовых набегов.
Тангенциальнаи разрешающая способность РСА. Нефокусированная обработка обеспечивает сложение сигналов О, при разности фаз сигналов с крайних и центрального элементов апертуры (р < 90'. Если положить (р = к(2, то максимальное значение д)( составит У8. Из рис. ) 4.4 следует (1 ~)'4-)гз=(л,з-а((8), поэтому, если Ло»3/8, то Е =(й)ь)п'. Т б алов на участке траектории, равном (чм ширина синтезированной ДНА составит фа=а ~=(Щ) При этом тангенциапьная разрешающая способность И = Коф, =(Х)(,)ы , а при Рис. 14Д.
Зависимость тапгецциавьиой разрсозакзгцсй произвольном расстоянии способности от дальности в обычном ралиолокагоре до цели б/ = ().)() ' цз ((). в псфокуспрованном РЛ с Оа (2) и в фокусированиом РЛсСА (3) (рис. ) 4.5). 284 При фокусированной обработке сигналы суммируются на участке смешения реальной установленной на ЛА антенны, на котором облучается находящаяся в точке М цельс (,„=(.=г,р,=й,)/(а.
В этом случае ширина синтезированной ДНА ~р, =)у'2Е =Ы,/(2й,), а тангенциальная разрешающая способность Я = й (р, = Ы, /2. Структурная схема РСА. Основу РСА составляют когерентноимпу-льсные радиолокаторы, построенные по схеме с внутренней когерентностью (рис. ! 4.6). Когерентный генератор (КГ) на частоте г'„н служит для формирования в однополосном модуляторе зондирующего сигнала с частотой („'+)„„.
Источником колебаний с частотой Д является генератор радио- частоты (ГРЧ). Зондирующий сигнал модулируется импульсной последовательностью с модулятора (М). Усилитель мощности ри». 14.6. Структурная схема радиолокатора с оннтазироаанн- (УМ) представляет '" анартУРи собой оконечный каскад передатчика. Обработка сигналов (запоминание, компенсация фаз, суммирование) обычно выполняется комплексными цифровыми фильтрами на низкой частоте, поэтому в схеме предусматривают квадратурные каналы, каждый из которых начинается с соответствующего фазового детектора.
Источником опорного напряжения для фазовых детекторов служит когерентный гетеродин (КГ). Сигналы квадратурных каналов (сохраняющих информацию о фазе) подаются либо на устройство записи (УЗ), либо на устройство цифровой обработки в реальном масштабе времени (УОС). При аналоговой обработке сигналов в РЛС с СА информация с выходов квадратурных фазовых детекторов подается в специальное устройство для записи, например, в оптическое устройство записи на фотопленку изображения с экрана электроннолучевой трубки, модулированного по яркости 2вв свечения пятна.
Обработка и воспроизведение информации происходят позднее, после обработки пленки с запаздыванием во времени (не в реальном масштабе времени). При цифровой обработке сигналов результирующая информация получается сразу в процессе обработки в реальном масштабе времени. Принципы обработки сигналов в РСА. При любом виде обработки необходимо запоминание кадра информации о сигналах целей.
Размеры кадра задаются по азимуту эффективным значением синтезируемой апертуры Е,я и по дальности Км,к(рис. 14.7,а). Поскольку принимаемые при каждом положении антенны сигналы поступают на вход приемника с просматриваемой дистанции последовательно ао времени, записываются они также послеловательно в каждый из Аи~-! азимутальных каналов, что условно показано стрелками на рис. 14.7,б.
При этом формируется соответствующий участку местности кадр изображения с размерами х„и В„. Получить информацию об угловом положении цели, т.е. о координате х, при синтезировании апертуры можно только при анализе отраженных от этой цели сигналов, записанных на интервале Рис. !4 7, заиомииасмал! кадр синтезирования Е,м Поэтому информация с устмссччшси' йб димршшас'""" ройства записи считывается последовательно в си (о1 и счиимааиия !а) сигиачоа каждом из л каналов дальности (рис.
14.7,в). Сигнал, обрабатываемый в РСА. Пусть радиолокатор работает в импульсном режиме. Тогда за период повторения Та антенна смещается на отрезок о=к'Тк(рис. 14.8). Для исключения пропуска цели при таком смещении антенны потребуем чтобы о < с7„на рнс. 14.8, При этом формируется соответствующий участку местности кадр изображения с размерами х„и Кк. Получить информацию об угловом положении цели, т.е.
о координате х, при синтезировании апертуры можно только при анализе отраженных от этой Рис. 14.б. киисмшика азаимиого цели сигналов, записанных на интервале смешения Рд и точсчиол ияли синтезирования Е,яч Поэтому информация с устройства записи считывается последовательно в каждом из л каналов дальности (см. рис. 14.7,и). Допустим теперь, что РЛ неподвижен, а цель 2бб движется относительно него с той же скоростью Г (рис. 14,9,а). Начиная отсчет времени с момента прохода целью (точка М) середины апертуры (( = 0) и считаЯ ((о» Г(, имеем з( и а и а = Г((г((„, а Г„= У з! и а .
При проходе цели через диаграмму направленности доплеровский сдвиг частоты (рис. 14.9,6) и фаза (рис. !4.9,н) меняются по законам: Е'„(О=-2 — '=-2Г (()Яо) ' =а(, (14.2) гр(() = ~2(гРя(()з(= — 2яГ'( ()Ло) ' =6('. (14.3) о Отметим, что коэффициенты а и б при постоянных в полете ) и Г зависят от (го и, следовательно, обработка сигналов многоканальна по дальности. Комплексную амплитуду отраженных сигналов при синтезировании апертуры можно представить в виде (((О = Уи (О елрг (гр(О), где Гп(() = Уоб,'(Г(/гг,)( гр(г) = -2ггГ'( (()Ло . Здесь и далее огибаюгцая сигнала выражена через ДНА реальной антенны С(и) и значение амплитуды сигнала равно с(о при а = О. рпс.
(4.9. Схема формироаания нектара ралиальная скорости (а!. тарактср изменения лоплероаскои частоты (о! и фазы (я! сигнала прп пролете Пели В импульсном радиолокаторе сигнал приходит в дискретные моменты времени, поэтому ( = (, = (Т„. Тогда ((((,)=(/о б, — ' ехр -('— или (14.4) с((() = Гп г' ' ехр 237 Дискретные составляющие сигнала (14.4) необходимо запомнить на интервале времени лгТ„, где М = Е,~/Л . Алгоритлзы обработки сигнала в РСА. Для оптимальной обработки сигнала (14.4) необходим фильтр с импульсной переходной характеристикой НЯ=ЫI„, —" ехр -/ — —" 1~ (14.5) или Н(!) = й', ехр~ур,.), (14.6) (ю'= О, +1, +2, ... +Н/2). Устройство обработки сигналов с таким фильтром будет оптимальным только для дальности л,.
Это обстоятельство объясняет название грокусяровилныб РСА: радиолокатор оказывается "сфокусированным" на данную дальность. Кроме того„фильтр является оптимальным только при определенной скорости носителя радиолокатора. Оптимальное устройство обработки сигналов при синтезировании апертуры состоит (рис. 14.10) из фильтра СФь согласованного с одиночным импульсом, устройства запоминания сигналов на У периодов повторения, весовых усилителей с коэффициентами усиления И;, фазовращателей ~р, н сумматора сигналов. При нефокусярованнойобработке, которая не является оптимальной, фазовращатели отсутствуют. Следует учитывать, что И'; и у, зависят от ле и система обработки многоканальна по дальности с числом каналов и = йяь /оп . Таким образом, алгоритм фокуснрованной обработки имеет вид (14.7) а нефокусированной— (14.8) 288 Рис.
14.10. Кощуфиииснтм усиления и фктоаме слаигн а фюоаращатсляя (а); структу- ра устройства онтнмалыюа обработки сигнала а РЛ с СА [б) Увеличение разрешающей способности И в тангенцнальном направлении наталкивается на такие ограничения, как траекторные и аппаратурные дестабилизирующие факторы, которые приводят к отклонению фазы траекторного сигнала от квадратической аппроксимации.
Фазовое рассогласование определяется отличиями принятой модели й,(1) и реальной траектории )т,(1) ра= — АЛ= — ~ка-ЛЯ<.~2. 4к 4я Неравенство ()4.9), определяет допустимые погрешности при '*фокусированной обработке" и размеры синтезированной апертуры. На рис. !4. ! ! представлены зависи- мости аппроксимируюц1ей Я. (1) и на- 1'ис. 4.11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
