Максимов М. В. - Защита от радиопомех (768830), страница 73
Текст из файла (страница 73)
(8.4.48) Квадратичная зависимость разрешающей способности бг от дальности г до разрешаемых объектов имеет простое физическое объяснение. Поскольку носителем информации о всех трех координатах объекта является зафиксированная на голограмме интерференционная картина поля, число воспроизводимых раздельно деталей объекта оказывается фиксированным. С увеличением г число деталей, находящихся в поле зрения ГРЛС, растет пропорционально г', следовательно, различить кожно лишь те детали, линейные размеры которых возрастут также в гв раз. 418 Йа больших дальностях разрешающая способность су щественно ухудшается. Однако сам факт наличия разрешения по дальности при работе с непрерывными сигналами говорит о возможности улучшения характеристик РЛС при действии помех.
Так, голографические системы имеют лучшие возможности фильтрации пассивных помех по сравнению с обычными РЛС, работающими с непрерывными сигналами. Определим отношение помеха/сигнал на выходе системы обработки при действии пассивных помех. В оптимальных ГРЛС, осуществляющих фокусирование приемной антенной решетки на каждую цель, система обработки изменяет фазу сигнала в соответствии с изменением дальности до цели. Эта операция, называемая фокусированием антенны, позволяет скомпенсировать квадратичный фазовый сдвиг сигналов, возникающий в элементах приемной решетки из-за изменения фазы принимаемого сигнала по раскрыву. При голографической обработке сигналы складываются в плоскости отображения с учетом их фаз, поэтому на выходе ГРЛС получим где и„и и„; — скгналы и помехи на входе элементарных ан- тенн;*Я = М х сУ вЂ” число элементов решетки, С учетом фокусирования Мощность полезного сигнала при сопротивлении нагрузки! Ом где Є— мощность полезного сигнала на входе Е-го канала.
Будем считать пассивные помехи белым пространственно-временным шумом со спектральной плотностью бс [Ва/Гц ма). Облако этих помех перекрывает диаграмму 14' 419 Следовательно, для антенной решетки из Я элементов фокусирование позволяет увеличить отношение сигнал/шум на выходе системы в Я раз,так как сигналы в сумматоре складываются когерентно, а шумы — некогерентно. Если иср — средняя концентрация элементарных отражателей в единичном объеме, то удельная ЗПР облака равна 5 „= 5,и,р — — 0,17Ххисрр где 5, — ЭПР одного диполя.
Объем разрешения РЛС Л (/ Л усу Лги (8.4.53) Здесь Лгч — — Хгн,н/Х вЂ” линейная разрешающая способность по азимуту; Лг = Хг„,„/)' — линейная разрешающая способность по углу места; Лг = Хгй,„/Ех — разрешающая споиа; с=у х*а-у, х, у — р ° р апертуры приемной антенной решетки; ㄄— начальное расстояние до цели. С учетом (8.4.53) для суммарной ЗПР 5х объема разрешь ния получаем 5х = 0,17и,р ХУ (Ха+ Кв) (8.4.54) 420 элементарной антенны. Тогда, представляя ГРЛС фильтром пространственных частот с граничной частотой, опреде. ляемой формулой (8.4.35) ы„,н, х = 2пЫ, получим, что интервал области пространственной корреляции на плоскости радиоголограммы (антенны) составляет бн = 2пlмнанс А = сЕ Полученное равенство указывает, что интервал корреляции равен размеру элементарной антенны. Зто позволяет считать помеховые сигналы в отдельньух каналах ГРЛС некоррелированными.
Поэтому мощность помех прн сопротивлении нагрузки 1 Ом (8.4.51) у=1 где Є— мощность помехи иа входе элементарного канала. Из (8.4.50) и (8.4.51) получим отношение помеха/сигнал Р,/Р = Риу/ОРсо (8А.52) ( ' йас) С учетом (8.4.55) и (8.4.56) получим (Р„/Рс) „,„= 5хЯ5и. Для «плотных» антенных решеток, у которых расстояние менялу отдельузымн элементами составляет Х/2, число элементарных антенн Я = М рс Л' = 4Х)'/)с'. (8.4.58) (8.4.57) Из (8.4.54), (8,4.57) н (8.4.58) находим ( . ).и.— в 0 !7ис Рн ,'„, ),' Рс /ных 4Хвух (Х'+Ух) 5и (8.4,59) Пусть Х = !' = Е. Тогда принимая во внимание, что для оптимальных ГРЛС с фокусированпымн антеннами = ~'унан/С( (8,4.60) получим (Ри/Рс) вых г/ 5ун/8йгнан5и (8.4.61) Выражение (8.4.61) показывает, что отношение помеха/ сигнал на выходе ГРЛС может быть существенно уменьшено прн увеличении апертуры антенны.
Рост отношения помеха/ сигнал с уменьшением расстояния до цели объясняется тем, что у фокуснрованных ГРЛС апертура Е выбирается в соответствии с выражением (8.4.60). Для РЛС, у которых апертура антенной решетки постоянна, из (8.4.59) получим В этом случае Е =- сопи! и отношение помеха/сигнал может быть существенно снижено на малых расстояниях до цели, 42! Мощность помехи на выходе элементарной антенны ГРЛС Рс бс (8.4.55) нан где Р, — мощность передатчика ГРЛС; б, — коэффициент усиления передающей антенны; А — эффективная площадь антенны. Мощность полезного сигнала и=(/ е — /'"" о з 422 (8,4.62) 3.
РЛС с синтезированной апертурой !47, 136) Рассмотренные способы голографической обработки радиосигналов позволяют оптимальным образом использовать содержащуюся в отраженном сигнале информацию только при условии, что распределение фазы по апертуре антенны является стационарным, т. е. за время экспонирования пленки распределение яркостей по ее площади сколько-нибудь заметно не меняется.
При относительном перемещении ГРЛС и наблюдаемых объектов фазовое и яркостпое распределения будут меняться из-за эффекта Лопплера, искажая голограмму и ухудшая разрешающую способность. Однако, если закон изменения разности фаз зондирующего и отраженного сигналов известен, его можно учесть при обработке. Примером использования априорно известного закона изменения текущей разности фаз может служить обработка сигналов в РЛС с синтезированной за счет движения объекта апертурой антенны. Эти РЛС появились и развивались независимо от успехов голографии. Более того, по практическому применению оии существенно опередили голографию, но впоследствии сопоставление идей голографии с методами формирования искусственной апертуры показало их общность.
Непринципиальное отличие этих двух способов повышения угловой разрешающей способности состоит в том, что в истинно голо. графических РЛС голограмма формируется и фиксируется сразу по всей апертуре, а в РЛС с боковым обзором она формируется и фиксируется последовательно в течение всего времени облучения цели. Кроме того, в РЛС с формированием апертуры за счет движения антенны образуется линейная, а не площадная голограмма, поэтому можно повысить разрешение только по одной координате, совпадающей с направлением движения.
Кратко рассмотрим принцип действия РЛС с искусствен. ной апертурой. Пусть на самолете, летящем со скоростью ч по направлению оси Ох, установлена когерентная РЛС с антенной, ось диаграммы направленности которой нормальна к вектору т (рис. 8.!9). Считаем, что в поле зрения РЛС находится точечная цель Ц. Если РЛС использует многохроматический сигнал то в раскрыве антеннысигнал, рассеянный точечной х целью, можно представить в виде ттдо г в идр(1) = Огибающая (/ор (1 — т,) близка по форме к амплйтудной диаграмме используемой антенны. Можно считать, что амплитудное распределение по апертуре, длина которой Е ж ж г,й, „несущественно влияет на результаты обработки.
Время запаздывания сигнала т, = 2г/с. При 8о о~ (О' для г можно принять аппроксимацию (х-х )о г ж 'к'го+ (х — х,)'ж го+в 2 хо где х,— интервал между осью ОЯ н осью диаграммы направленности антенны РЛС. Так как х = в1, то принимаемый сигнал будет описываться выражением 2д идр (1) Етор ехр — / ~тоо1 — — (о1 — х,)' — фо1, (8.4.63) "го где ф, = (4п/))го — постоянный сдвиг фазы (неизвестная начальная фаза).
Отсутствие точной информации о координате дальности до цели г, искажает голограмму, поэтому оказывается необходимым исключить влияние фазы фо. За счет движения самолета на входе приемника РЛС формируется импульс длительностью т, = Е/о = г,й,а/о. Частота колебаний, заполняющих импульс, меняется в пределах его длительности по закону 1(1) = — =1.— — (о1 — хт) =1 — 1 (1) Вф (т) 2о — о т — о — д пртт 1о — тх/2 «<1(» го+ т„/2, (8.4.64) где 1 — момент нахождения цели на траверзе полета. В поле зрения РЛС могут находиться цели с различными координатами х, г.
Для целей, удаленных от х на Ьхи изменение 422 Ь/ = Лх~/о. (8.4.67) = кф (/,р(х) (/,ехр — /ф(х). Ь/„(г) = — (о/ — х„) —. 2о дг4 гц (8.4.65) (8.4.68) оэ„=- — = — ( х — х, (. йр (х) 4д Л о (8 4.69) (8.4.66) допплеровской чзстоты будет происходить со сдвигом во времени Сигналы целей, отличающихся по координате г на величину ~/Лго различаются допплеровским сдвигом частоты Сигналы, отраженные от целей, находящихся на различных дальностях, выступают как взаимные помехи. Для их устранения используется работа РЛС в режиме излучения коротких когерентных импульсов.
Быстрые изменения фазы гр (/) = 4рр 1 не несут информации. Поэтому в тех случаях, когда не требуется сохранять несущую частоту для решения задачи обработки сигнала, этот неинформативный параметр устраняют фазовым детектированием с использованием опорного несущего колебания (8.4.62). Обычно фазовому детектированию предшествует понижение несущей частоты путем синхронного гетеродинирования зондирующего и принятого сигналов. Чтобы избавиться от влияния неизвестной начальной фазы 4р, используют два квадратурных фазовых детектора, у которых, как известно, опорные колебания сдвинуты по фазе на и/2. Фазовый детектор осуществляет операцию умножения сигналов с последующим усреднением произведения в интервале времени 7' ( 1/Гррр мдд .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
