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

190

этом случав является помехой для наблюдения полезного сигнала?

Ответ может показаться, на первый взгляд , необычным: помеху создает сам принимаемый сигнал - его флюктуации.

Действительно, принимаемый сигнал представляет собой слу­

чайный процесс; напряжение, формируемое в результате его накоп­ ления, также является случайной величиной. Среднее ее значение воспроизводит полезный эффект для данного элемента радиолока­ ционного изображения. Флюктуации этого напряжения, характери­ зуемые его дисперсией или действующим значением, мешают наблю­ дению, вводят неопределенность суждения о наличии цели. Естест­ венно поэтому, что при отсутствии других помех в качестве шу­

ный принимаемый сигнал. В этом случае уравнения дальности вы­ разятся

-для сосредоточенных объектов.

Сцелью упрощения выражений ( 8 .4 1 ) , (8 .4 2 ) принято обозна­

чение

Это эквивалентное значение яркостной температуры ненамного пре­ вышает действительное.

В заключении параграфа покажем в качестве примеров, как

могут быть использованы полученные соотношения для оценки основ­ ных параметров радиометрической станции.

Прежде всего оценим разрешающую способность ПРЛС. Как из­ вестно , пассивная система не обеспечивает разрешения по даль-:

191

ности, а разрешающая способность по направлению определяется шириной луча 8 _ . Линейное разрешение на расстоянии R бу­ дет Д L = 0 R .

жет быть сколь угодно увеличена. Для лучших конструкций совре­ менных бортовых антенн в сантиметровом диапазоне волн отноше­

емой на земной поверхности антенным лучом. Последовательные строки должны вплотную примыкать одна к другой, чтобы не было пропуска целей. Поэтому при заданно# скорости летательного ап­ парата время, отводимое для просмотра одной строки, будет

192

Элемент земной поверхности, перекрываемый антенным лучом, дол­ жен иметь примерно одинаковые размеры в продольном и попереч­

ном направлении. Если ширина просматриваемой полосы состав­ ляет L , то число элементов в одной строке будет

L

П стр ~ М 1

а время для просмотра одного элемента

^ стр _ A L

~~ T v

Тогда полоса пропускания оконечного устройства и низкочастот­

ного тракта

LV

A F *

A Lz '

Теперь, пользуясь полученным ранее соотношением для распреде­ ленной или сосредоточенной цели, можно найти минимально наблю­ даемый температурный контраст А Тя . Задача может быть постав­ лена иначе: для заданной величины А Тя можно рассчитать по­

лосу пропускания линейной части приемного тракта, обеспечиваю­

щую условия наблюдения.

§ 8 Л . СТРУКТУРА ИДЕАЛЬНОГО ПРИЕМНИКА ПАССИВНОЙ РЛС

При рассмотрении вопроса о дальности действия радиометри­

ческих станций была приведена примерная структурная схема при­

емного тракта, включающая в себя кроме линейной части детектор

и накопительное устройство. Задачей настоящего параграфа явля­ ется определение наилучшей, идеальной схемы приемника ПРЛС.

Будет показано, что рассмотренная в предыдущем параграфе струк­ турная схема выбрана не случайно, а соответствует оптимальной процедуре обработки сигналов радиотеплового излучения. Для это­

го мы воспользуемся классическим, широкоприменяемым в теории радиолокации методом, заключающимся в составлении отношения правдоподобия и рассмотрении следующих из него операций.

При отсутствии полезного сигнала в линейной части приемно­

го тракта ПРЛС действует шумовое напряжение. Спектр этого на­ пряжения огоаничен полосой пропускания приемника A f » поэто-,

ратимые операции - усиление, добавление постоянного напряжения.

Сигнал должен быть возведен в квадрат, что означает детектиро­ вание, и накоплен (проинтегрирован) за время “ГГ . Как видно,

эти операции, являющиеся оптимальными, полностью соответствуют структурной схеме приемного тракта ПРЛС, рассматривавшегося при определении условий наблюдения целей.

§ 8 . 5 . СХЕМА РАДИОМЕТРОВ

Все схемы радиометров строятся по принципу, обоснованию которого был посвящен предыдущий параграф. Они содержат линей­ ную широкополосную ч а сть , детектор, накопительное устройство,

низкочастотный фильтр и оконечный прибор. Однако радиометриче­ ские устройства обладают одной специфической особенностью, на­ кладывающей отпечаток на их конструкции. Эта особенность со­ стоит в том, что полезный сигнал ничем не отличается от внутрен­ них шумов приемника, но может быть значительно меньше их. Вся­ кие случайные изменения коэффициента усиления приемника изме­ няют уровень шумов, что может быть принято как изменение тем­ пературы наблюдаемого объекта.

Существуют три разновидности схем радиометров, предназна­ ченные для устранения выходного эффекта, обусловленного шумами:

компенсационная, модуляционная и корреляционная.

Компенсационная схема (рис.8 .9 ) отличается тем , что из на­ пряжения сигнал + шум после детектора вычитается некоторая по­

стоянная составляющая, соответствующая уровню шумов. Вычитание

же цепь, питаемая от специального источника регулируемого на­ пряжения. Выходной продетектированный сигнал снимается с диаго­ нали м оста.

При отсутствии входного сигнала на основном плече моста

же основное затруднение состоит в том, что компенсация наруша­ ется при изменении коэффициента усиления приемника. Вследствие существенного влияния нестабильности усиления на выходной эф­ фект компенсационные схемы не получили широкого распростране­ ния, несмотря на их высокую чувствительность.

Модуляционная схема (рис.8 .1 0 ) характеризуется тем, что антенно-фидерный тракт периодически отсоединяется от входа приемника, а вместо него подключается щумовое сопротивление,

196

являющееся генератором шумов с эталонным уровнем. В качестве переключателя часто применяют диск, входящий в щель волновода и состоящий из двух половин: диэлектрика и феррита (р и с.8 . I I ) .

Р и с.8 .1 0 . Модуляционная схема радиометра

Диэлектрик, введенный в волновод, не препятствует распростра­ нению радиоволн; феррит практически полностью отражает их и вместо этого сам создает шумовые колебания.

Рис.8 . I I . Механический модулятор

При быстром вращении диска ко входу приемника периодиче­ ски подводятся то сигналы от антенны, то шумы от ферритового полудиска. В результате этого сигнал приемника модулируется.

Глубина модуляции и фаза зависят от разности полезного и эта­ лонного сигнала. Низкочастотная модуляция сигнала сохраняется и после детектирования. Специальным низкочастотным детектором выделяется полезный сигнал с частотой вращения диска. Посколь­ ку фаза модуляции известна, низкочастотный детектор делается синхронным. Опорное напряжение формируют с помощью генераторов,

связанных с приводом вращения модуляционного диска.

198

Uz(t) = и (t) + пг (t)

в схеме р и с.8 .1 0 производятся операции, которые можно выразить формулой

Ч =j и, (t) иг Ш d t . ,

о

После подстановки и перемножения получаем

В этом выражении первый член соответствует оптимальной про­

цедуре обработки радиотепловых сигналов, выведенной в предыду­ щем параграфе: полезный сигнал возводится в квадрат (детекти­ руется) и интегрируется. В остальных членах подынтегральные величины за время интегрирования многократно изменяют свой знак ; результат интегрирования знакопеременных функций за боль­

шой интервал времени дает несущественный результат. Пренебре­ гая этими членами, можем записать

Нетрудно заметить, что результат преобразования сигналов в кор­ реляционной схеме оказывается пропорциональным энергии полезно­ го сигнала за время наблюдения, как это обычно имеет место в системах оптимальной обработки сигналов.

Корреляционная схема является наиболее чувствительной,

хКорреляционная схема не может компенсировать коррелирован­

ные помехи: если помеха имеет составляющую, одинаковую в пер­ вом и втором каналах, то она создает выходной эффект так ке,как

и полезный сигнал. Поэтому каналы корреляционной схемы макси­ мально возможно изолируют вплоть до применения разных антенно­ фидерных трактов.

199

§1 .2 . Когерентные РЛС.........................................................

§1 . 3 . Сфокусированные и несфокусированные синтезирован­