книги из ГПНТБ / Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций)

10

полета. Двумя боковыми лучами можно производить обзор одновре­

менно двух таких полос по обе стороны линии пути.

Для формирования радиолокационного изображения линия раз­

вертки электронного индикатора с засветами, обусловленными от­ раженными сигналами целей, проектируется на фотопленку. Про­

тяжка пленки бо скоростью, пропорциональной движению РЛС, обес­

решающая способность РЛС в направлении движения составит 1/600

дистанции. При средних расстояниях разрешение оказывается удо­

ряемых сотнями километров, разрешающая способность, обеспечи­ ваемая большой антенной, по-прежнему оказывается неудовлетво­ рительной.

На дальности R = 600 км разрешение Д Х составит I км.

РЛС с такой разрешающей способностью может решать весьма огра­ ниченный круг задач.

§ 1 .2 . КОГЕРЕНТНЫЕ РЛС

Высокую разрешающую способность при обзоре земной поверх­ ности на больших расстояниях можно получить лишь в РЛС с коге­ рентной обработкой сигналов при использовании метода синтези­ рованных антенн. Сущность этого метода состоит в следующем.

Передатчик РЛС генерирует высокочастотные импульсы. В процессе движения РЛС осуществляется обзор земной поверхности неподвиж­ ным боковым лучом (р и с .1 . 3 ) .

Отраженные сигналы принимаются и усиливаются, как в обычной РЛС, однако не подаются на индикатор, а фиксируются в запомина­ ющем устройстве. Далее несколько сотен или даже тысяч образцов сигналов, принятых в разных точках траектории, суммируются с определенными фазовыми соотношениями. Результат сложения полу­ чается такой же, как при одновременном приеме сигналов во всех точках траектории, в которых фиксировались отраженные сигналы.

Эффект когерентной обработки сигналов равноценен их приему на некоторую фиктивную антенну больших размеров. Ее протяженность d 3 может составлять сотни метров и даже километры. Синтези-

II

Рис.1 . 3 . Когерентная РЛС бокового обзора

ровавная антенна обладает острой направленностью и может обес­ печить высокую разрешающую способность

будет 80 м. Эту величину можно снизить еще больше, если увели­ чить время приема и накопления сигналов.

Определим, до каких пределов можно таким образом повысить разрешающую способность. Предположим, что собственная антенна РЛС имеет протяженность d и принимает сигналы В пределах луча шириной 0 = - ^ - .

13

для определенного удаления цели от траектории движения РЛС. Для других расстояний RQ требуется изменять корректирующие фазо­ вые сдвиги .

РЛС со сфокусированной антенной могут обеспечить предель­ ные значения разрешающей способности Д Х «с/ .

При небольших перемещениях РЛС, когда фазовые сдвиги между импульсами не превышают ± - у , принимаемые сигналы можно, сум­ мировать без коррекции фазы. Эффект обработки сигналов при этом эквивалентен приему на синфазную антенну. Такая синтезированная антенна называется несфокусированной.

Максимально допустимый раскрыв несфокусированной антенны можно определить из условия

Учитывая, что второй член подкоренного выражения много меньше первого, находим

Сигналы, принятые в крайних точках и в средине такой син­ фазной антенны, отличаются не более чем на -у- •

Воспользовавшись формулами (1 .9 ) и ( 1 Л ) , находим, что раз­ решение, получаемое с помощью несфокусированной синтезирован­ ной антенны, примерно равно ее протяженности

Таким образом, разрешающая способность несфокусированной антенны пропорциональна .корню квадратному из расстояния. Та­ кая зависимость разрешения от дальности (кривая 2 на р и с.1 .5 )

Рис.1 .5 . Зависимость разрешаемого расстояния вдоль направления движения для некогерентной РЛС ( I ) , когерентной РЛС с несфоку­ сированной (2 ) и сфокусированной (3 ) синтезированной антеннами

более благоприятна, чем в случае некогерентной РЛС, для кото­ рой разрешающая способность ухудшается в первой степени рас­ стояния (прямая I ) .

Разумеется, что с этой точки зрения наилучшие результаты дает сфокусированная синтезированная антеньа, обеспечивающая высокую разрешающую способность Д Х = с( , постоянную в пределах дальности действия РЛб (прямая 3 ) .

15

Как следует из вышеизложенного, РЛС с синтезированными ан­ теннами существенно отличаются от станций обычного типа по своим тактико-техническим характеристикам. Наиболее специ­

фическим и сложным элементом, не имеющим аналога в ранее при­ менявшейся радиолокационной технике, является устройство коге­ рентного накопления и обработки сигналов для формирования ра­ диолокационного изображения. Рассмотрению этих устройств по­ свящаются следующие главы.

Специального рассмотрения требуют также такие особенности и характеристики РСА, как устранение неоднозначности радиолока­ ционного изображения, факторы, ограничивающие разрешающую спо­ собность, влияние фона местности на наблюдаемость сигналов и энергетические параметры.

Эти вопросы изложены в главе 4 .

16

Г л а в а 2

ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В КОГЕРЕНТНЫХ РЛС

§ 2 . 1 . ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИГНАЛОВ

Предположим, что передатчик РЛС генерирует непрерывные не-

модулированные колебания с частотой о) . Отраженный сигнал одиночной точечной цели, принимаемый станцией, может быть пред­ ставлен выражением

Рис.2 . I . Геометрические соотношения, определяющие текущее зна­ чение дальности цели

Амплитуда сигнала U(t) сравнительно медленно изменяется вследствие перемещения цели в пределах диаграммы направленности

17

t)

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛ. i

IS

связанную с дальностью цели. При равномерном движении станции по прямой о х (ри с.2 .1 ) расстояние РЛС - цель (Я ) , являю­ щееся гипотенузой прямоугольного треугольника ЦОХ , изменя­ ется по гиперболическому закону. По такому же закону изменя­ ется фаза сигнала q)fi( t ) ( p n c .2 . 2 ,a ) :

Даже'небольшие перемещения ?ACx=wt вызывают изменение фазы % ( t ) на много периодов, равноценное изменении? частоты принимаемого сигнала. Это отклонение частотц от несущей зонди­ рующего колебания есть не что иное, как проявление допплеров­ ского эффекта. Значение допплеровской частоты нетрудно опреде­ лить, если нанти производную фазы принимаемого сигнала Уе (Ь)

по времени. Вид этой функции представлен на р и с.2 . 2 , б . Вблизи траверса цели изменение частоты происходит по линейному закону,

который можно получить, продифференцировав выражение ( 2 . 4 ) .

и Ч

Обработка сигналов в когерентных'РЯС может осуществляться

по видеочастоте. Для того чтобы в видеосигнале сохранить ин­ формацию о фазе, напряжение промежуточной частоты детектируют

с помощью фазовых детекторов. Вид выходного напряжения фазово-

19

го детектора зависит не только от входного сигнала, но и от фазы опорного напряжения, подаваемого на фазовый детектор.

Известно, что с помощью двух фазовых детекторов с опорными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 9 0 ° , принимаемый сигнал РЛС ( 2 .1 ) можно разделить на две ортогональные составляющие

полностью сохранив заключенную в нем информацию.

Если синтезированная антенна в РЛС не сфокусирована и фаза

принимаемого сигнала за время его накопления изменяется мало,

то в системе обработки необходимо использовать обе ортогональ­ ные составляющие сигнала ( 2 .6 ) и ( 2 . 7 ) . Б противном случае

изменяется на несколько периодов,и каково бы ни было начальное

максимального значения. В этом случае при использовании в систе

диаграммы направленности антенны. Все рассмотренные выше зако­ номерности справедливы и для импульсного режимаРЛС. Разница состоит в том, что в промежутке между импульсами сигнал равен

нулю, а кривые (р и с .2 . 2 , в , г ) являются огибающими импульсов.

Характер изменения сигналов в когерентных РЛС можно также

рассматривать на основании теории антенных устройств. Предста­ вив траекторию движения РЛС как большую синтезированную антен­ ну, можно разбить ее на зоны Френеля (р и с.2 . 3 ) . Сигналы, при­ нимаемые РЛС при перемещении в пределах одной зоны, изменяются