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

60

при постоянной скорости движения ленты пропорциональна частоте

цели, она изменяется примерно пропорционально этому отклонению.

Вид записи на фотопленке в пределах данного элемента дальности

Р и с .4 .5 . Огибающая видеосигнала когерентной РЛС и его запись на фотопленке

Таким образом, при фотозаписи электрический сигнал одиноч­ ной точечной цели преобразуется в пространственный сигнал, ко­ торый располагается вдоль пленки (координата х ) и на одном элементе дальности образует дифракционную решетку с переменным периодом. В дальнейшем мы будем рассматривать запись сигнала лишь в пределах этого элемента. Последующая обработка сигнала

(фильтрационного или корреляционного типа) осуществляется мно­ гоканальными спектроанализаторами или дифрактометрами. Много-

канальность этих устройств заключается в том, что каждый из указанных выше элементов дальности обрабатывается ими отдельно.

Принцип обработки поясним с помощью следующей упрощенной схемы рис.4 . 6 . Фотопленка с первичной записью сигнала одиноч-

61

v ной цели просвечивается параллельным пучком монохроматического с в е т а . Плоская световая волна, проходя через пленку, модулиру­ ется по интенсивности. При этом позади пленки можно найти та­ кую точку 0 , в которой вследствие явления дифракции световые

Р и с .4 .6 . Упрощенная схема оптической обработки сигналов

волны, приходящие как от положительных, так и от отрицательных

элементов записи, будут складываться в ф азе. В результате этого образуется оптическая модель процесса формирования радиолока­ ционного сигнала, т . е . расстояния (выраженные в длинах волн ),

которые проходят радиоволны между целью и перемещающейся РЛС,

световые сигналы одновременно всех элементов записи как бы про­

световые волны суммируются с разными фазами, перекрывают непроз­ рачным экраном.

Полезный, сжатый в точку 0 сигнал проходит через щель и соз­ дает засвет на другой фотопленке, предназначенной для фиксиро­ вания готового радиолокационного изображения. Фокусировка сигна­ ла в окрестности щели нарушается при небольших смещениях первич­ ной записи. Поэтому отметка цели на изображении, возникающая в процессе синхронной протяжки пленок, оказывается сжатой в на­ правлении движения.

Аналогичным' образом формируется изображение множества целей,

располагающихся вдоль данного элемента дальности. Последователь­ но, одна за другой, эти цели дают сжатые отметки, по мере того как в области щели оказывается сфокусированным сигнал первичной записи соответствующего объекта.

62

Подобная система обработки представляет собой известную

Рис. 4 .7 . Принцип формирования плоской волны (а ) с помощью линзы

прозрачными кольцевыми экранами. Тогда в плоскости экрана со стороны', противоположной источнику, будут действовать колеба­ ния, близкие к синфазным: фаза отдельных точек отличается не более чем на . Этот эквифазный колебательный фронт соз­ дает плоскую световую волну. Расходящиеся из точки 0 лучи на­

правляются после экрана параллельным пучком; система экрани­ рующих колец выполняет функции . линзы-конденсора.

63

Это же устройство может действовать в обратном направле­

нии, как собирательная линза: приходящие к линзе волны с пло­ ским фронтом собираются в фокусе 0 (рис.4 . 7 , б ) . Разумеется,

что линза не препятствует прохождению света и к другим точкам

плоскости 0 0 , однако здесь волны складываются с разными фазами.

Нетрудно заметить полную аналогию между распределением зон Френеля для радиоволн на прямолинейном пути движения РЛС и зон

Френеля на плоскости, образованных в результате дифракции све­ товых волн точечного источника. В этой плоскости можно найти прямую A ,A2 , представляющую собой модель линии пути РЛС. Рас­ пределение зон Френеля вдоль этой линии подобно записи сигна­

Френеля располагаются иначе. Так, например, если,первоначально

чив в нее линзу. Дело в том, что расстояние между первичной фотопленкой и пленкой для записи сформированного изображения,

располагающегося за экраном, должно быть очень большим. Пока­ жем это на примере. Пусть расстояние между соседними засветами

дывающимися в фазе, будет 10"^ радиан, а фокусное расстояние составит 0 ,5 м.

Если на пути лучей поставить собирательную линзу, то фо­ кусное расстояние можно уменьшить до конструктивно удобных размеров. Обратим внимание еще на одно обстоятельство. Опти­ мальным фильтром для элемента дальности является элементарный участок щели, иными словами ь точечное отверстие-это оптималь­ ный фильтр для изображения точечной цели ( р и с . 4 . 8 , 6 ) . Можно также воспользоваться фильтром, расположенным вблизи первичной

64

Р и с .4 .8 . Схемы оптической обработки сигнала с располо­ жением фильтра в области первичной ( а ) и вторичной (б ) пленки

Однако рассмотренное устройство, поясняющее принцип дей­

постоянной составляющей, перекрываются, так как фокусные рас­ стояния для этих световых потоков отличаются мало.

Полезный за с в е т , обусловленный дифракционными явлениями,

может быть значительно слабее общей освещенности фотоэмульсии в области щели и не оставит на ней заметного следа.

65

Преодолевают эту трудность путем разноса полезного и мешаю­ щего световых потоков в разные направления. С этой целью на первичную фотопленку записывают сигнал, сдвинутый по часто те,

т . е . сигнал

Т

и самая короткая, должна воспроизводиться отдельным засветом на пленке и ей должен соответствовать по крайней мере один при­ нятый импульс. Как указывалось ранее, возможности повышения частоты посылок РЛС ограничены выбранным диапазоном дальности.

66

можной. Разрешающая способность системы ухудшается вдвое по

нию максимума антенного луча.

3 . Подавать на фазовый детектор опорное напряжение с часто­

той, сдвинутой относительно номинального значения промежуточ­

ной частоты на поднесущую ( со ± )•

Таким образом, на запись поступает сигнал с частотной мо­ дуляцией. При не очень большой длительности этого сигнала за­

кон модуляции почти не отличается от линейного ( 2 . 5 ) . Скорость

изменения частоты определяется расстоянием между целью и лини­

ей пути носителя (ри с.4 .1 0 ) РЛС.

При записи такого сигнала на элементе дальности образуется

дифракционная решетка с постепенно возрастающим периодом. На пленку с записью сигнала падает плоская волна монохроматиче­

отметки цели, и поэтому определяет раскрыв синтезированной ан­

67

Р и с.4 . I I . Преломденпз света дифракционной решеткой с переменным шагом

угол отклонения луча будет больше, чем в конце кадрового окна.

В результате этого из трех пучков лучей, на которые дифракцион­ ная решетка разделяет освещающий световой поток, лишь один -

центральный - будет параллельным. Лучи, отклоняющиеся в направ­

пропорционально плотности дифракционной решетки и представляет собой световую модель наблюдаемой цели.

Чтобы уменьшить фокусное расстояние системы, за кадровым окном размещается обычная собирательная линза объектов (рис.4 ,1 2 ).

Проходя через объектив, лучи меняют направление. Параллельные лучи сходятся в главном фокусе линзы; сходящийся пучок фокуси­ руется впереди фокальной плоскости линзы F-F {расходящийся пучок теперь также собирается в точку позади фокальной плоско­ сти D .

По мере протяжки пленки перед кадровым окном изображения целей также перемещаются в соответствующих плоскостях. Точки

68

Ви С расходятся в разные стороны. Для определенного по­

ложения пленки (например, такого , при котором участок с за­ писью сигнала цели, принятого на траверсе, располагается в середине окна) сфокусированное пятно В или С попадает на вторичную пленку через щель. Эта щель играет роль фильтра,

Р и с .4 .1 2 . Схема формирования изображения точечной цели

настроенного на определенную скорость изменения допплеровской частоты , и препятствует засвету пленки другими, не сфокусирован­ ными в данной точке лучами. Таким образом, вторичная пленка засвечивается сфокусированным на ней световым пятном только тогда, когда пространственная частота записи сигнала в кадро­ вом окне совпадает с законом изменения частоты , соответствую­ щим выбранному положению цели.

§’4 . 3 . ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ОПТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Примерная функциональная схема всей оптической системы формирования радиолокационного изображения представлена на рис.4 .1 3 .

В этой системе для освещения первичной фотопленки приме­ няется щелевой источник св е т а . Сами по себе источники монохро­ матического света такие, как , например, ртутная лампа со св е -

69

10тофильтром, создают световое пятно значительных размеровх)'•

Чтобы сформировать с его помощью плоский фронт волны, нужно пропустить свет через малое отверстие, а затем расходящийся пучок лучей превратить в параллельный конденсорной линзой.

При этом только очень малая доля светового потока источника используется полезно, что приводит к необходимости увеличивать экспозицию при фотографировании и замедляет весь процесс об­ работки.

В многоканальных системах обработки, где запись на пленке

состоит из множества независимых элементов дальности, можно применить щелевой источник, который позволяет во много раз уве­ личить интенсивность светового потока.

х ' Лишь лазер является практически идеальным точечным источником.