Рассеяния радиолокационных целей - раздел Образование, Радиолокационные системы Радиолокационные Цели Обладают, Как Правило, Достаточно Сложной Конфигурацией...
Радиолокационные цели обладают, как правило, достаточно сложной конфигурацией. Поверхность их характеризуется наличием блестящих точек в виде выпуклых участков поверхностей двойной кривизны и резонансных элементов, а также шероховатых диффузно рассеивающих участков. Поля, отраженные перечисленными элементами с различными амплитудами и фазами, интерферируют. Характеристики вторичного излучения и обратного вторичного излучения оказываются многолепестковыми. Количество и ширина лепестков зависят, прежде всего, от отношения . Так, средняя ширина лепестка характеристики обратного вторичного излучения определяется формулой:
.
где – эквивалентный размер цели, не превышающий геометрического размера ее проекции на плоскость, нормальную направлению облучения.
Примерные значения средних ЭПР для различных целей, имеющих размеры , приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
ЭПР некоторых целей
| Радиолокационная цель
|
|
| Корабль водоизмещением 20000 т.
|
|
| Средний корабль водоизмещением 10000 – 3000 т.
| 10000 – 3000
|
| Малый корабль водоизмещением 200 – 600 т
| 250 –50
|
| Подводная лодка в надводном положении
| 140 – 35
|
| Транспортный самолет, дальний бомбардировщик
| 100 – 20
|
| Средний бомбардировщик
| 30 – 5
|
| Бронетранспортер
| 30 – 5
|
| Тягач тяжелый
| 20 – 15
|
| Тяжелый истребитель
| 10 – 5
|
| Танк
| 9 – 6
|
| Автомобиль
| 8 – 6
|
| Легкий истребитель
| 5 – 2
|
| Человек ( )
| 1,2 – 0,5
|
| Рубка подводной лодки
|
|
| Крылатая ракета
| 1 –10–2
|
| Стая птиц, попадающая в разрешающий объем РЛС
| 1 –10–2
|
| Головка баллистической ракеты
| 1 –10–3
|
| Голубь
| 10–2 – 10–3
|
| Пчела рабочая ( )
| 10-3 – 10–8
|
|
Рис. 2.2. Влияние движения цели
(а) на амплитудную и фазовую
модуляции отраженного
гармонического сигнала (б)
|
Случайный характер интерференции волн, порожденных вторичным излучением реальных целей, вызывает амплитудные и фазовые флуктуации принимаемого РЛС сигнала, которые называют
амплитудным и
фазовым шумом соответственно. Пусть цель облучается гармонической волной. Тогда в процессе движения цели меняется уровень лепестков этой диаграммы направлении на РЛС (рис. 2.2, а). Сигнал на входе приемника претерпевает случайные изменения как по амплитуде, так и по фазе. Таким образом, амплитудный и фазовый шумы цели приводят к амплитудной и фазовой модуляции отраженного сигнала (рис. 2.2, б).
При отражении от сложной цели возникает также угловой шум, обусловленный тем, что положение фазового центра системы блестящих точек зависит от соотношения амплитуд и фаз отраженных колебаний. Фронт отраженной волны оказывается отличным от сферического, направление нормали к нему может отклоняться не только от направления на какую-либо блестящую точку, но и выходить за пределы углового размера цели. На рис. 2.3 представлена типичная картина углового шума для двухмоторного самолета. По оси ординат отложено линейное смещение кажущегося положения цели относительно истинного в плоскости, перпендикулярной направлению РЛС–цель. Для реальных самолетов среднеквадратическое отклонение кажущегося положения цели от истинного находится в интервале , где – габаритный размер цели. Угловой шум проявляется сильнее для целей с малым числом блестящих точек.
|
Рис.2.3. Влияние различных элементов конструкции летательного аппарата на величину ЭПР
в зависимости от ракурса
|
Сложной цели свойственен также поляризационный шум, обусловленный тем, что цель может преобразовывать поляризацию облучающей электромагнитной волны. В отраженной волне появляются составляющие на ортогональной поляризации. Такие цели являются поляризационно избирательными.
В зависимости от ракурса цели вклад различных компонентов конструкции летательного аппарата неодинаков. На рис. 2.3 показана зависимость ЭПР основных элементов планера истребителя от его ракурса. Под ракурсом цели понимают угол между продольной осью цели и направлением на РЛС.
Уменьшение ЭПР цели является одной из основных задач развития и модернизации средств воздушного нападения. Решение этой задачи ведется по многим направлениям, к основным из которых можно отнести следующие:
1. Совершенствование формы летательных аппаратов. Техническая реализация этого направления проявляется в устранении острых кромок, разрывов поверхностей в уменьшении площади вертикальных килей за счет перехода к двухкилевой схеме, отклонение килей внутрь к оси фюзеляжа. Эффективными методами уменьшения ЭПР является применение аэродинамической схемы «летающее крыло» (в самолетах интеграция систем «планер – воздухозаборник – двигатель» и «планер – вооружение» путем размещения воздухозаборников и сопел на верхней поверхности самолета, применение конформных систем подвески вооружения). Кроме того, придание фюзеляжу и передним кромкам аэродинамических поверхностей формы, уменьшающей зеркальное отражение в сторону облучающей РЛС;
2. Применение радиопрозрачных и радиопоглощающих материалов и устройств. Технически это достигается использованием композиционных материалов для создания элементов конструкции летательных аппаратов. Так, термопластики могут составлять до 60 % массы самолета. Широко применяются радиопоглощающие покрытия (ферромагнитные материалы и полимеры), для уменьшения отражения от входного канала двигателя используются аттенюаторы. В самолетах применяются токопроводящие покрытия для устранения разрывов между материалами с различными электрическими свойствами.
3. Снижение заметности бортовых антенных систем. Для реализации этого направления используют следующие пути: ориентируют антенны таким образом, чтобы исключить зеркальное отражение в сторону РЛС, уменьшают число антенн, используют обтекатели с управляемыми характеристиками радиопрозрачности.
Перечень направления уменьшения ЭПР целей не являются исчерпывающим. Современное состояние техники и технологий предлагает их существенно больше. Здесь не ставится задача изучения методов уменьшения ЭПР цели, мы говорим об этом только для того, чтобы подчеркнуть, что приведенные в данной главе значения ЭЛР различных целей могут существенно отличаться от реальных.
4. Формирование отраженного радиолокационного сигнала для различных моделей целей.Облучение цели и формирование отраженного сигнала – очень важный этап в работе радиолокационного тракта. Именно на этом этапе у сигнала появляются информативные параметры , связанные с координатами и параметрами движения цели.
Рассмотрим формирование отраженного сигнала для постепенно усложняющейся модели цели (неподвижная точечная, движущаяся равномерно точечная, движущаяся многоточечная).
Сигнал , отраженный от неподвижной точечной цели, находящейся на некотором расстоянии от РЛС, отличается от зондирующего сигнала существенно меньшей амплитудой и наличием запаздывания:
, (2.3)
где В <<1 – некоторый коэффициент;
– время запаздывания.
В случае движения точечной цели с постоянной радиальной скоростью к описанным по формуле (2.3) преобразованиям добавляется изменение масштаба времени, обусловленное эффектом Доплера, так что
,
где
Изменение масштаба времени проявляется только на достаточно больших промежутках времени. На малых отрезках времени заметно лишь изменение несущей частоты. Несущая частота отраженного сигнала изменяется на величину доплеровской поправки частоты:
|
Рис. 2.4. Определение эффективной площади рассеяния группового вторичного излучения:
а – геометрия системы двух изотропных отражающих точек цели; б – определение значения результирующего вектора Епрв точке приема
|
знак которой зависит от того, удаляется ( ) или приближается ( ) цель. Наличие доплеровской поправки частоты обусловливает также изменение фазы за период посылки импульсов.
Таким образом, при облучении изотропно отражающей движущейся точечной цели принимаемый сигнал (без учета влияния среды) является нефлуктуирующим и содержит временные (точнее, времячастотные) информативные параметры .
Рассмотрим особенности поля вторичного излучения цели, образованной двумя изотропно отражающими точками с ЭПР , . Геометрия такой цели иллюстрируется на рис. 2.4, а, где – угол между нормалью к линии базы излучателей 1, 2 и направлением на РЛС с совмещенными передающей и приемной антеннами.
Пусть передатчик излучает гармоническое колебание частоты вида:
,
где – огибающая колебания ; – начальная фаза, значение которой не влияет на полученные ниже результаты.
Колебания на входе приемной антенны находят как результат интерференции полей и, , обусловленных изотропно отражающими точками 1 и 2. Результирующее поле в точке приема является векторной суммой:
Разность фаз полей Е1 и Е2 в точке приема зависит от угла и пропорциональна разности хода волн от РЛС к цели и обратно. Окончательно ЭПР цели с двумя «светящимися» точками будет:
. ,
Для случая с множеством светящихся точек площадь рассеяния может быть найдена из соотношения.
где п – число блестящих точек;
и – фазы поля, отраженного от соответствующих точечных излучателей.
Диаграмма вторичного излучения, полученная при разнесении в пространстве приемной и передающей антенн, также носит многолепестковый характер. Однако, количество лепестков в рассматриваемом случае меньше, чем для диаграммы обратного вторичного излучения. Учитывая, что при движении цели относительно РЛС число блестящих точек, амплитуды и фазы отраженных от них полей изменяются случайным образом, приходим к выводу, что ЭПР целей будут случайными функциями времени. Поэтому необходимо статистическое описание ЭПР и отраженного сигнала.
Пусть, как и раньше, цель облучается гармоническим колебанием. В этом случае отраженный от реальной цели сигнал будет случайным образом промодулирован по амплитуде и фазе:
, ,
где – законы изменения неслучайных компонент амплитуды и фазы отраженного от цели сигнала;
– средняя частота Доплера, обусловленная движением центра отражения с радиальной скоростью vr ср;
– функции изменения случайных компонент амплитуды и фазы отраженного сигнала, обусловленные амплитудными и фазовыми шумами цели.
Случайный процесс характеризуется нормированной корреляционной функцией:
.
В частотной области процесс описывается энергетическим спектром , взаимно связанным с корреляционной функцией преобразованиями Фурье:
.
Функции и могут быть получены в результате статистической обработки случайных процессов , получаемых в физическом эксперименте на реальных объектах или моделях, а также в результате математического моделирования. Возможные виды корреляционных функций и связанных с ними энергетических спектров представлены на рис. 2.5. Здесь показаны усредненные нормированные корреляционные функции сигналов, отраженных от цели, облучаемой гармонической волной.
| Рис. 2.5. Примеры автокорреляционных функций и соответствующих им энергетических
спектров
|
Функция убывает с ростом и можно указать интервал времени , связанный с шириной спектра флуктуации, в пределах которого величина уменьшается от 1 до заданного значения (например, до 0,5). Таким образом, интервал корреляции флуктуации – это промежуток времени между сечениями случайного процесса, в пределах которого статистические (корреляционные) связи этого процесса достаточно сильные. Другими словами, возможен вероятностный прогноз любой реализации случайного процесса на время порядка , если известна информация относительно ее поведения в прошлом. Однако любая попытка осуществить прогнозирование на время, существенно превышающее интервал корреляции, окажется безрезультатной: мгновенные значения, столь далеко отстоящие по времени, практически не коррелированны. На рис. 2.6, а показан один из способов определения интервала корреляции флуктуации.
| Рис. 2.6. Возможный способ определения
интервала корреляции флуктуаций а) и эффективной ширины энергетического спектра, б)
|
На практике численные значения интервала корреляции флуктуации, например для аэродинамических целей, составляют десятки – сотни миллисекунд. Интервал корреляции флуктуации связан обратно пропорциональной зависимостью с эффективной шириной энергетического спектра флуктуации:
.
Эффективную ширину энергетического спектра при этом определяют следующим образом (рис. 2.6, б):
, .
| Рис. 2.7. Определение времени наблюдения сигнала, при котором сохраняется фазовая структура сигнала, отраженного от
флуктуирующей цели
|
Наличие флуктуации отраженного от цели сигнала разрушает его закономерную фазовую структуру. Для того чтобы ее сохранить, необходимо выбирать время наблюдения сигнала
Тн существенно меньше интервала корреляции флуктуации (рис. 2.7):
За это время флуктуации амплитуды и фазы будут пренебрежимо малы, т. е. амплитуда сигнала практически не изменится, а фазовая структура останется закономерной.
Конкретные значения как амплитуды сигнала на интервале наблюдения, так и его начальной фазы могут быть произвольными. Физически это означает, что за время наблюдения Тн временное расположение блестящих точек относительно РЛС практически не изменяется, а отраженный от цели сигнал на интервале времени Тн является когерентным (если, конечно, облучаемый цель сигнал является когерентным на интервале времени.
Термин «когерентность», как известно, заимствован из оптики, где его используют для описания корреляции световых волн. Когерентность – это свойство двух процессов (полей), характеризующее их способность взаимно усиливать или ослаблять друг друга при сложении. Слово «когерентность» происходит от латинского слова kohaerens – находящийся в связи. Это понятие в равной мере применимо к колебаниям, к волнам любой физической природы любого диапазона частот.
В радиотехнике понятие когерентности трактуют несколько иначе. Под когерентностью понимают детерминированную (закономерную, неслучайную, жесткую) связь между фазами двух или нескольких сигналов.
Рассмотрим теперь понятие когерентности применительно к радиолокации. Обработку сигналов в радиолокации, как правило, можно условно разделить на пространственную и временную. В силу этого раздельно рассматривают понятия временной когерентности и пространственной когерентности.
Понятие временной когерентности, в отличие от данного выше определения, относят к одному сигналу (непрерывному, импульсному, пачке импульсов). Этот сигнал может быть как детерминированным, так и случайным. Когерентным во времени называют сигнал, обладающий на интервал наблюдения закономерной фазовой структурой. Примерами радиолокационных сигналов с временной когерентностью являются детерминированный сигнал, т. е. сигнал с полностью известными параметрами, и квазидетерминированный сигнал, т. е. сигналы, у которого случайными являются начальная фаза и амплитуда. Когерентным можно считать также флуктуирующий случайный сигнал, наблюдаемый на ограниченном временном промежутке, не превышающем интервал корреляции флуктуации.
Знание интервала корреляции флуктуации необходимо в радиолокационной практике для выбора длительности импульсного сигнала или времени когерентного накопления Ткн непрерывного сигнала. При выполнении условия
(2.4)
или условия
(2.5)
наличие флуктуационной модуляции не разрушает когерентность сигнала, т. е. существенно не искажает структуру сигнала. Значит, на краях интервала (или ) значения функции оказываются коррелированными, то позволяет пренебречь ее временной зависимостью и считать комплексной случайной величиной. Таким образом, флуктуации ЭПР при выполнении условий (2.4, 2.5) не разрушают когерентность сигнала, но обусловливают случайную амплитуду В и случайную начальную фазу принимаемого сигнала. Отметим, что когерентное накопление на интервале 0 – Tкн можно проводить даже для непрерывного шумового зондирующего сигнала, если при излучении его структура запоминается для последующего учета в схеме обработки.
Все темы данного раздела:
Севастополь
ББК 32.95я73
Г 657
УДК 621.396.967(075)
Учебное пособие составлено в соответствии с программой учебной дисциплины «Радиолокационные системы» (раздел «Радиолокационные сис
Список сокращений Это делаю я
АВУ
Антенное вычислительное устройство
АКП
Автоматическая компенсация помех
АКУ
Авто
Краткая историческая справка
Первые РЛС были станциями обнаружения самолётов. 5 стационарных импульсных РЛС было установлено на юго-западном побережье Великобритании в 1936 году. Они работали на сравнительно длинных (метровых)
Основные типы РЛС
РЛС различают прежде всего по конкретным задачам, выполняемым ими автономно или в комплексе средств, с которыми они взаимодействуют, например: РЛС систем управления воздушным движением, РЛС обна
Общее описание радиолокационной станции
В настоящее время различают два принципиально различных типа радиолокации: активная и пассивная. При активной радиолокации радиолокационная станция (РЛС) сама излучает сигнал в виде электромагнитно
Уравнение дальности радиолокации
По-видимому, наиболее полезным и простым описанием влияния различных факторов на работу РЛС является уравнение дальности радиолокации. Одна из форм записи этого уравнения определяет
Информация, извлекаемая при обработке радиолокационного сигнала
Хотя в основе самого наименования «радиолокационная станция» лежит аббревиатура английских слов «обнаружение и измерение дальности с помощью радио» (radiodetectionandrang
Диапазоны частот, применяемые в радиолокации
Реально никаких ограничений на диапазоны частот, используемые в радиолокации, не существует. Любое устройство, которое обнаруживает цели и определяет их местоположение путем излучения электромагнит
Сигналы, применяемые в радиолокации
Предварительное замечание. Рассмотрение всего многообразия сигналов, способов их представления и свойств выходит за рамки данного пособия. Здесь рассматриваются и более детальн
Простые сигналы
Простыми называются сигналы, база которых В, т.е. произведение ширины спектра сигнала на его длительность , удовлетворяет условию . Все одиночные радиоим
Радиоимпульсы с внутриимпульсной частотной модуляцией
Рис. 1.2. Закон ЛЧМ модуляции и ЛЧМ-радиоимпульс
Ри
В таких сигналах частота в пределах длительности радиоимпульса
Основные параметры зондирующих сигналов
Закон модуляции. Он включает законы амплитудной, частотной и фазовой модуляции (манипуляции) сигнала.
Длительность сигнала . Она измеряется
Линейные рекуррентные последовательности максимальной длины
Линейной рекуррентной последовательностью (ЛРП) называется последовательность символов удовлетворяющая рекуррентному правилу:
, (1.6)
где значения как символов пос
Системы сигналов
При построении систем передачи информации, таких, как многоканальные системы с кодовым уплотнением, т – ичные системы (системы, в которых для передачи сообщений используют
Ортогональные сигналы
В общем случае ортогональные сигналы можно сформулировать так. Пусть , – некоторая полная ортонормированная система функций. Тогда любой сигнал , с полосой частот Fс можно предста
Симплексные сигналы
В общем случае симплексные сигналы получаются из ортогональных сигналов следующим образом. Пусть {аi}, i = 1,2,..., т, – ортогональные сигналы. Добав
Эффективная площадь рассеяния целей
Явление вторичного излучения, лежащее в основе активной радиолокации, свойственно волнам любой природы. Оно возникает всякий раз, когда волна встречает препятствие на пути своего ра
Размеров цели и длины волны
Поля вторичного излучения, позволяющие определить ЭПР объектов, находят точными и приближенными расчетными методами, в том числе методом математического моделирования, наряду с кото
Вероятностная оценка ЭПР
Как отмечалось ранее, задача определения характеристик отраженного сигнала от цели, представляющих собой совокупность различных элементарных отражателей изначально сложна, а в ряде случаев и невыпо
Отраженного сигнала
Полученные новые законы распределения вероятности случайной величины – амплитуды и фазы отраженного сигнала и ЭПР цели не в полной степени характеризуют трансформацию протяженного с
Качественные показатели обнаружения радиолокационных сигналов
Обнаружение – процесс принятия решения о наличии или отсутствии сигнала в смеси сигнал и шум в произвольном разрешающем объёме.
Результатом процесса обнаружения сигнал
Критерии обнаружения
Для решения задачи обнаружения необходимо иметь соответствующие априорные (доопытные) сведения о статистических характеристиках помех и отраженных от целей сигналов. Эти сведения позволяют найти ме
Отношение функций правдоподобия
принято называть отношением правдоподобия.
Для выбора гипотезы H1, или Н0 должно быть взято за основу определенное п
Алгоритм обнаружения и структура оптимального обнаружителя
Такие параметры принимаемого сигнала как амплитуда, начальная фаза, запаздывание, доплеровский сдвиг частоты и другие, в общем случае изменяются от импульса к импульсу по случайному
Характеристики обнаружения. Пороговый сигнал
Определим характеристики обнаружения или рабочие характеристики приемника РЛС при его работе с полностью известным (детерминированным) сигналом. Для этого надо вычислить условные пл
Обнаружение сигналов со случайными параметрами
Рассмотрим задачу обнаружения сигнала, зависящего от случайных неизмеряемых параметров. Примерами таких сигналов могут быть сигнал со случайной начальной фазой, случайными начальной
Алгоритм обнаружения сигналов со случайными параметрами
Наша задача записать отношение правдоподобия для такого сигнала принятого РЛС.
Совместную плотность вероятности принятой реализации сигнала и шума и случайных неизмеряемых
Параметрами
Алгоритмы оптимального обнаружения рассматриваемых сигналов реализуются на основании полученных выражений для отношения правдоподобия (3.29, 3.30) и решающего правила. Решающее прав
Кривые обнаружения. Пороговые сигналы
Рис.3.6. Характеристики обнаружения сигнала со случайной начальной фазой
Для определения характеристик обнаружения сигн
Понятие оптимального фильтра, его импульсная характеристика
Из основ теории оптимального обнаружения (мы рассмотрели основы этого вопроса в главе 3) следует, что основной операцией является вычисление частного значения функции взаимной корре
Спектральные характеристики оптимального фильтра, его работа
Установлено, что частотная характеристика Копт (f) фильтра
с точностью до произвольного вещественного множителя с и множителя запазды
Обработка простых сигналов с помощью оптимального фильтра
Оптимальный фильтр можно подобрать либо по частотной, либо по импульсной характеристике, взаимосвязанными между собой. Для обработки простых сигналов без внутриимпульсной модуляции
Накопление пачки некогерентных сигналов
Нами был рассмотрен вопрос когерентного накопления пачки радиоимпульсов, т.е. сигналов, фазы которых жестко связаны между собой. Некогерентное накопление заключается в суммировании
Обработка сложных сигналов с помощью оптимального фильтра
Рис. 4.10. Разрешение при сжатии широкополосных
радиоимпульсов в оптимальном фильтре
Известно, что сложные радиолокационные сигналы я
Сжатие ФКМ-радиоимпульса
Рассмотрение сигналов с фазовой манипуляцией показывает, что они представляют большой интерес для радиолокации, поскольку корреляционные функции некоторых из них имеют требуемую форму малую длитель
Сжатие ЛЧМ-радиоимпульса
Процесс сжатия ЛЧМ-радиоимпульса поясним с помощью временных графиков. а рис. 4.12 а, б, в приведен ЛЧМ-импульсный сигнал с прямоугольной огибающей. Выходной импульс на уровне 5 = 0,637 от максимал
Исходные предпосылки
В соответствии с общей теорией приема, оптимальная временная обработка принимаемого на фоне стационарного белого шума сигнала сводится к вычислению корреляционного интеграла, которы
Области
Так как принимаемые радиолокационные сигналы перед дискретизацией преобразуются в две квадратурные составляющие, то реализация ЦСФ должна производиться в двух квадратурных каналах. Квадратурные сос
Цифровой согласованный фильтр для сигналов в частотной области
Рассмотрим теперь особенности дискретной свертки типа согласованной фильтрации в частотной области. В соответствии с теорией дискретного представления непрерывных функций, ограничен
Обнаружение радиолокационных целей и измерение их параметров
Статистическая теория радиолокации, о которой речь шла в предыдущей главе, решает задачу обнаружения одиночного импульса, отраженного от какого-то объекта. Оператор или автоматический обнаружитель
Некогерентной нефлуктуирующей пачки импульсов
В процессе сканирования пространства диаграмма направленности антенны РЛС проходит через цель, при этом от цели отражается и приходит на вход приемника не один радиоимпульс, а группа (пачка) имп
Характеристика обнаружения сигналов при дискретной обработке
В последнее время все более широко внедряются методы и техника дискретной (цифровой) обработки сигналов в РЛС, поэтому для практики рассмотрение этого вопроса для нас важно. Более детально вопросы
Определение вероятности ложной тревоги
Вероятность ложной тревоги определяется исходя из соображений допустимого потока ложных тревог в зависимости от обстановки в районе плаванья и «цены» тревоги. Обращаясь к рис. 3.1,
Параметров радиолокационных сигналов
В конечном итоге любой радиолокатор предназначен для измерения тех или иных координат и параметров движения целей, поэтому измерение является одной из основных операций, выполняемых
Критерии оптимального измерения
Из-за случайных параметров радиолокационных сигналов процесс измерения носит статистический характер. Показателем качества измерения является статистически усредненная величина ошиб
Уравнение оптимальной оценки параметров радиолокационных сигналов
Оптимальная оценка параметра может быть определена как корень одного из уравнений:
Рис. 5.2. Кривые послеопытной (апостериорной) плот
Оптимальный дискриминатор. Ошибки измерения
Рис. 5.3. Структурная схема оптимального измерителя параметра
Уравнение оптимальной оценки описывает алгоритм работы оп
Характеристики дискриминатора
Выходной сигнал оптимального дискриминатора (сигнал ошибки), представляющий собой производную квадрата модуля корреляционного интеграла по измеряемому параметру, характеризуется сре
Параметрами
В радиолокационных системах задача обнаружения сигналов решается обычно на видеочастоте, после объединения сигналов квадратурных каналов (на выходе детектора огибающей). Принимаемый
Оптимальный обнаружитель пачки оцифрованных сигналов
Теория оптимальных обнаружителей достаточно подробно рассмотрена в литературе. Рассмотрим случай обнаружения полностью известного сигнала – пачки из т нефлюктуирующих импульсов, при
С неизвестными параметрами
Оптимальные алгоритмы обнаружения сигналов обладают предельными характеристиками только для тех условий функционирования, которые принимались при синтезе. Отклонение статистических характеристик по
Адаптивные цифровые обнаружители
Как уже отмечалось, для преодоления априорной параметрической неопределенности применяется формирование на основе произведенных наблюдений оценок неизвестных параметров сигналов и п
Параметров сигналов
В дальнейшем предполагается, что для решения задачи оценки параметров сигналов используется та же выборка входных колебаний, что и при решении задачи обнаружения. Все исходные предпосылки о статист
Оценка времени задержки и доплеровской частоты сигнала
Без внутриимпульсной модуляции
6.2.1. Одиночные радиоимпульсы
Способы обзора пространства
Обработка частотно-модулированных радиоимпульсов
Особенности обработки частотно модулированных (ЧМ) сигналов рассмотрим на примере обработки линейно-частотно-модулированных радиоимпульсов (ЛЧМ), широко используемых в современных Р
Обработка фазоманипулированных радиоимпульсов
Рис. 6.11. Многоканальное устройство фильтровой обработки ФМ - радиоимпульса с неизвестной доплеровской частотой
Рассмотрим согл
Дальность действия РЛС
Одна и основных задач при разработке и проектировании РЛС, а также при выборе из существующих РЛС наиболее пригодную для решения конкретных задач потребителя является определение ее максимальной да
Потери отношения сигнал-шум в реальных РЛС
Потери в антенне определяются распределением поля по поверхности (апертуре) антенны:.
,
где – коэффициент, учитывающий неравномерность распред
Зона видимости. Способы
Рис. 7.2. Зона видимости РЛС
сканирования пространства и влияние их на дальность действия РЛС
Коэффициент направленного действия антенны
Обратимся еще раз к формуле (7.5). Здесь и – коэффициенты направленного действия антенны – указывается в формуляре на антенну или РЛС, является основной характеристикой антенны. Он
Учет формы диаграммы направленности антенны и способа обзора пространства
В выражении (7.5) множитель описывает форму диаграммы направленности антенны. В общем случае получить выражение для диаграммы направленности любой произвольной антенны – задача дост
Способы обзора пространства
В процессе проектирования РЛС одним из наиболее сложных и важных вопросов является обоснование и выбор способа сканирования пространства. Задача сводится к обеспечению просмотра зоны видимости (рис
Расчет числа импульсов в пачке
Для каждого конкретного выбранного способа сканирования пространства представляется важным знать количество лучей в пачке, так как в большинстве современных РЛС реализуется как коге
Поглощение радиоволн атмосферными газами
Рис 7.7. Зависимость коэффициента
затухания радиоволн в воздухе
от длины волны при t = 200 C
Осно
Влияние гидрометеоров на распространение радиоволн
7.4.1. Характеристики тумана и дождя
Таблица 7.2
Характеристики тумана и дождя
Ви
Поверхностно распределенные цели.
Морские условия весьма многообразно влияют на радиолокационное обнаружение. Из всего многообразия можно выделить три основных явления:
– сигналы, отраженные целями, подвержены изменениям;
Свойства отражений от взволнованной поверхности моря
Зондирующий сигнал, отраженный от поверхности моря, создает значительные помехи РЛС и затрудняет обнаружение целей. На рис. 7.11 приведены фотографии индикатора кругового обзора РЛС «Океан» с центр
Свойства морской поверхности
Ветровые морские волны – основная причина возникновения флюктуационных мешающих отражений радиолокационного сигнала. Волны возникают под влиянием атмосферных воздействий. Реакция мо
Приемника РЛС
Отраженные сигналы могут поступать по главному, боковым и заднему лепесткам диаграммы направленности антенны. На рис 7.12 приведен порядок определения освещенной площадки главным лепестком антенны.
Учет влияния поверхности Земли
В качестве некоторой нормы атмосферы принята нормальная атмосфера с параметрами:
давление Р=1013 мбар;
температура t = 130 C;
относительная влажность s
Основные виды помех активной радиолокации
Как и в любой радиотехнической системе, в радиолокации может существенно сказываться влияние различного рода помех. Роль помех в активной радиолокации может оказаться еще большей, ч
Защиты от них
Существуют два основных вида источников естественных маскирующих активных помех: дискретные и распределенные. К дискретным источникам помех относятся Солнце, Луна и радиозвезды. К р
И способы создания
Рис. 8.1. Влияние слабой (1) и сильной (2, 3) помехи на прохождение сигнала
В качестве искусственных маскирующих
При воздействии маскирующих стационарных активных помех
При достаточном динамическом диапазоне приемника условие обнаружения цели в маскирующих стационарных активных помехах типа белого шума имеет вид
,
где Епр
Пассивные маскирующие помехи и способы их создания
Как уже указывалось выше, к естественным пассивным помехам относятся радиопомехи, создаваемые природными отражателями (местными предметами, водной поверхностью, гидрометеорами, севе
Основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех
Анализ уравнения противорадиолокации показывает, что основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех связаны с использованием амплитудных, поляризационных, частотных и
Методы некогерентной и когерентной компенсации помех
Для улучшения пространственной селекции сигнала на фоне помех, приходящих с отдельных направлений, кроме мер, перечисленных выше, могут быть также исп
Практические схемы автокомпенсаторов
Квадратурный автокомпенсатор
В таком автокомпенсаторе формирование весового (управляемого) напряжения осуществляется на видеочастоте. В этой связи представим компле
Основные различия сигналов целей и пассивных маскирующих помех
Сигналы, отраженные от целей, и пассивные маскирующие помехи в общем случае имеют различные статистические характеристики. Для сигналов и помех, распределенных по нормальному закону
Оптимальное обнаружение сигнала на фоне пассивной помехи
в виде стационарного небелого шума
Небелый шум, как известно, характеризуется неравномерным распределением спектральной плотности мощности по оси часто
Фильтров подавления
Рис. 8.22. Схема однократного
череспериодного вычитания
Принципы построения входящих в состав оптимального фильтра оп
Модели движения целей
Наблюдаемые радиолокационные цели: наземный транспорт, корабли, самолеты, космические аппараты и другие объекты – могут двигаться по самым разнообразным траекториям, имеющим, как правило, случайный
Экстраполяция траекторных параметров
Оценка траекторных параметров движения цели в соответствии с общей структурной схемой ВО проводится в блоке О (рис. 9.2) по отсчетам, отобранным в ходе операции селекции и относящим
Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба
Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба обычно применяется в двухэтапной процедуре стробирования. Этот предназначен для работы в случаях, когда в стробе появляется
Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов к траекториям
в многоцелевой ситуации
Рис. 9.8. Вариант многоцелевой ситуации
Это одна из самых трудных
Общие положения
В современных радиолокационных системах требуемые вероятностные и точнстные характеристики обеспечиваются лишь после проведения этапа ВО. При этом в отличие от первичной обработки п
Вероятность ложного обнаружения траектории
Структура простейшего алгоритма завязка – обнаружение – сброс «2 из m» + «l из n» – «s» в виде направленного графа приведена на рис. 9.9. Направленный гр
Вероятность правильного обнаружения траектории
При поступлении на вход обнаружителя отсчетов, полученных от некоторой цели, логика работы алгоритма остается той же, что и в случае ложных отсчетов. Траектория цели обнаруживается при выполнении у
С И С Т Е М
В первом разделе данного учебного пособия были рассмотрены основные вопросы теории построения радиолокационных систем. Изложенный в нем материал представляется достаточным для поним
Современных активных РЛС
Существенный прогресс в развитии элементной базы, расширение ранее существовавших и появление новых областей применения РЛС привели к коренному пересмотру как принципов построения,
И возможности создания современных корабельных РЛС
При выборе путей создания радиолокационных систем следует учитывать результаты анализа тенденций развития радиолокационных систем и следующие особенности, обусловленные применением
Тактические характеристики РЛС
К тактическим характеристикам РЛС относятся назначение, сектор или зона работы, время обзора этого сектора, качественные показатели обнаружения объекта, число измеряемых координат и
Число измеряемых координат и параметров движения объекта и точность этих измерений.
В РЛС противовоздушной и особенно противоракетной обороны требуется измерение как всех трех координат летательного аппарата, так и их первых, а иногда и вторых производных.
В РЛС наблюдени
Когерентные доплеровские РЛС с непрерывным излучением
Возвращаясь к главе 2, в частности, к рис 2.8, можно еще раз констатировать, что в общем, отраженном от объекта сложной формы, сигнале существенной может быть когерентная составляющ
Когерентно-импульсные РЛС
Рассмотренные выше РЛС с непрерывным излучением представляют собой в каком-то смысле чисто доплеровские, или когерентные РЛС. Несколько по-иному решается задача когерентного накопле
РЛС с внешней когерентностью
Как уже отмечалось, к РЛС с внутренней когерентностью предъявляются жесткие требования к стабильности напряжения источника питания и частоты генераторов. Поэтому часто используют режим работы с вне
Временной когерентной обработки сигналов
Комплексная амплитуда напряжения сигнала на выходе линейной части приемника (при условии отсутствия пространственных помех) записывается в виде
, (11.2)
где
Исходные предпосылки
В соответствии с общей теорией приема, оптимальная временная обработка принимаемого на фоне стационарного белого шума сигнала u(t) сводится к вычислению корреляционног
Во временной области
Так как принимаемые радиолокационные сигналы перед дискретизацией преобразуются в две квадратурные составляющие, то реализация ЦСФ должна производиться в двух квадратурных каналах.
В частотной области
Рассмотрим теперь особенности дискретной свертки типа согласованной фильтрации в частотной области. В соответствии с теорией дискретного представления непрерывных функций, ограничен
Общие положения
Под СДЦ понимают выделение сигналов движущихся целей из них смеси с помехами и шумами, принимаемой приемником РЛС. Типичными задачами СДЦ являются: обнаружение самолетов на фоне отр
Коррелированной помехи
Как известно, оптимальный обнаружитель когерентной пачки радиоимпульсов на фоне белого шума представляет собой последовательно соединенные согласованный с пачкой фильтр, детектор и
И влияющие на нее факторы
Для оценки качества работы систем СДЦ обычно используются следующие характеристики.
1. АЧХ режекторного фильтра и канала доплеровской частотной селекции.
Одноканальные методы автосопровождения по угловым координатам
Системы автоматического сопровождения по угловым координатам в ряде радиолокационных систем являются основными. Это в космической локации, в системах наведения оружия и т.д.
Автоматическое
Угловых координат
Получившие широкое распространение одноканальные методы пеленгации, отличаясь сравнительной простотой, не всегда обеспечивают достаточную точность измерения. Основной причиной являются искажения ог
В моноимпульсных системах
Широкое применение в моноимпульсных системах находит суммарно-разностная обработка колебаний, принимаемых различными каналами. При такой обработке образуются сумма и разность двух колебаний. Чтобы
Двухканальных систем
Произвольное угломерное устройство (амплитудное или фазовое) может быть использовано для получения сигнала рассогласования (сигнала ошибки) следящей системы при автосопровождении по
И методы определения координат
Пассивная локация осуществляет обнаружение и измерение координат воздушно-космических, наземных и надводных объектов, создающих излучения. Источниками излучения могут быть работающи
Корреляционные методы обработки сигналов
Практическая реализация методов пассивной локации связана с необходимостью отождествления, т. е. установления соответствия между сигналами, принятыми в различных пунктах от одного и
Определения координат излучающего объекта
Пусть пункты приема и источники радиоизлучения расположены в плоскости хОу (рис. 14.6). Положение i-го пункта характеризуется вектором , истинное положение пеленгуемого объек
Сигнала при корреляционной обработке
На вход коррелятора при наличии сигнала поступают случайные колебания:
каждое в виде аддитивной смеси полезного сигнала и помехи. Все эти колебания считаем
Естественных и близких к ним электромагнитных излучений
Под естественным излучением будем понимать тепловое хаотическое излучение объектов, а также участков местности и пространства.
Эффект неравномерного теплового излучения радиоволн участками
Принцип действия радиолокационной системы с активным ответом
Подобные системы еще называют системами вторичной радиолокации. Основное отличие ее от радиолокации с пассивным ответом следует из самого наименования: вместо пассивного ответа, обр
Устранение влияния боковых лепестков антенны
Мощность излучения по боковым лепесткам антенны запросчика в горизонтальной плоскости оказывается вполне достаточной для запроса ответчиков, удаленных на большое расстояние от запро
Влияние паразитных отражений в системах с активным ответом
На рис. 15,4 показан случай, когда при угле между направлениями запросчик-ответчик и запросчик-отражатель, превышающем ширину луча запросчика, и достаточно больших размерах отражате
В РЛС с активным ответом
Измерение азимута в РЛС с активным ответом основано на использовании обнаружителя с движущимся окном. Для серии последовательных запросов фиксируется несколько ответных сигналов одн
Система активного ответа с адресным запросом
В рассмотренной системе с активным ответом запрашиваются все цели, находящиеся в пределах ДН антенны запросчика. В результате возникает перегрузка системы лишними запросами и ответа
Принцип построения РЛС с синтезированной апертурой антенны
Подобный тип РЛС моно реализовать, разместив антенну на носителе, обладающем большой скоростью, позволяющей получить синтезированную апертуру протяженностью десятки и даже сотни кил
Цифровая обработка сигналов РСА
При аналоговой обработке в РСА с использованием фотопленки информация извлекается с большим запаздыванием относительно момента записи (до нескольких часов). Цифровая обработка сигна
Космические РЛС с синтезированной апертурой
Космическим средствам разведки придают все большее значение и военные, и гражданские специалисты. Применение на борту космического аппарата РЛС с синтезированной апертурой расширяет возможности раз
Проект lightSAR
Цель проекта lightSAR – создание недорогой аппаратуры, имеющей малые массу и объем, для высокоточных наблюдений за поверхностью земли. Аппаратура будет установлена на спутнике, выс
К Р А Т К О Е О П И С А Н И Е Н Е К О Т О Р Ы Х Р Л С
Ранее в данном учебном пособии были рассмотрены основные вопросы теории построения и структурные решения при создании радиолокационных систем. Изложенный материалы представляются достаточными для п
Общие данные
Судовая навигационная РЛС «Океан» является двухдиапазонной и работает на волнах 3,2 и 10 см. Кроме того, в зависимости от типа комплектации (варианта) станция может быть однодиапазо
Антенно-волноводное устройство
Двухдиапазонная антенна типа А представляет собой конструкцию зеркального типа, показанную на рис. 17.1
Антенна имеет общий отражатель (зеркало) с поверхностью раскрыва 750
Канал СВЧ на волне 3,2 и 10 см
АПЧ
АПЧ
УПЧ
Передающее устройство
Передатчик РЛС «Океан» 3,2 и 10 см состоит из модулятора и магнетронного генератора (рис. 17.6). В состав модулятора входят:
ЛЗ
Приемное устройство
8 УПЧ
Д
ВУ
Общие данные
Навигационная радиолокационная станция МР-244 «Экран» устанавливается на морских и речных судах, береговых постах контроля судоходства и обеспечивает:
– радиолокационное от
Передающий тракт
Передающий тракт обеспечивает генерирование СВЧ зондирующих импульсов и формирование ряда служебных импульсов, синхронизирующих работу других трактов и устройств с моментами излучен
Приемный тракт
Приемный тракт обеспечивает преобразование отраженных СВЧ-сигналов в сигналы промежуточной частоты, их усиление на промежуточной частоте и детектирование. В приемном тракте осуществ
Режим обзора пространства и зоны обнаружения РЛС
Далее нами будут рассмотрены в качестве примера две РЛС воздушного наблюдения. Предварительно следует напомнить некоторые особенности подобных РЛС. Как правило, РЛС воздушного наблю
Генераторы СВЧ многокаскадных передающих устройств
Генератор СВЧ многокаскадных передающих устройств предназначен для усиления входного маломощного высокочастотного сигнала до уровня, необходимого для излучения. В качестве таких ген
Импульсные модуляторы
Импульсные модуляторы предназначены для управления колебаниями генераторов СВЧ. В РЛС используется анодная модуляция, при которой управление работой генераторов производится путем м
Высокочастотный тракт
Высокочастотный тракт обеспечивает передачу с минимальными потерями электромагнитной энергии от передающего устройства к антенному. Он представляет собой сложный комплекс высокочаст
Схемы помехозащиты РЛС
Устройства защиты от помех не являются универсальными. Каждое из них эффективно может использоваться против определенного вида помех. В РЛС обнаружения применяются различные схемы и
Параметры и структура излучаемого сигнала
РЛС работает в S-диапазоне рабочих частот 2900 – 3130 мГц. Количество фиксированных рабочих частот в пределах указанного диапазона определяется исходя из ширины полосы частот радиоизлучения,
Энергетические характеристики
Энергетические характеристики РЛС определяются энергетическими характеристиками передающего устройства, антенно-фидерной системы, приемного устройства и цифровой обработки сигналов.
Характеристики помехозащищенности
Защита РЛС от пассивных помех строится с учетом опыта разработки и испытаний РЛС подобного класса, а также на основе данных, полученных путем полунатурного моделирования с использов
Точностные характеристики определения координат целей
Выбранные для реализации в РЛС параметры и структура излучаемого сигнала, современные методы обработки радиолокационной информации, а также большой динамический диапазон, достигаемы
Выбор и обоснование структурной схемы
С учетом изложенного выше, реализация приведенных ТТХ возможна в рамках структурной схемы, приведенной на рис. 19.2 и 20.2.
20.2.1. Передающее устро
Приемное устройство
Структурно, рис. 20.2, 20.4 приемное устройство состоит из многоканального (по количеству сформированных антенной горизонтальных каналов) аналогового приемного устройства, многоканальной аналого-ци
Цифровая диаграммообразующая система
Цифровая диаграммообразующая система (далее – ЦДОС) – функциональное устройство антенны первичного радиолокатора РЛС, предназначенное для формирования диаграммы направленности (ДН)
РЛС воздушного наблюдения корабельного базирования
№ п/п
Тип РЛС и ее краткая характеристика
Размеры антенны, м
Пиковая мощность, мВт
Длительность импульса, мкс
РЛС воздушного наблюдения наземного базирования
№ п/п
Тип РЛС и ее краткая характеристика
Длинна волны, м
Зона обзора: По азимуту, гр
По углу места, гр
Биографические сведения о некоторых выдающихся ученых и инженерах-создателях радиолокационных систем
Ге́нрих Ру́дольф Герц
(22 февраля 1857 – 1 января 1894, Бонн)
Г
Александр Степанович ПОПОВ
(16 марта 1859 – 13 января 1906
А.С. Попов родился 16 марта 1859 г. в поселке Турьинские Рудник
Юрий Борисович Кобзарев
(8 декабря 1905 – 25 апреля 1992)
Юрий Борисович Кобзарев – доктор технических наук, академик Российской академии наук, выдающийся ученый в области радиоте
Кристиан Хюльсмайер
(1881 – 1835)
Изобретатель радара Кристиан Хюльсмайер (Christian Huelsmeyer) родился 25 декабря 1881 г
Михаил Михайлович Лобанов
(19 марта 1901 – 2 марта 1984)
Михаи́л Миха́йлович Лоба́нов – советский военный инженер, одна из ключевых фигур в становлении и развитии ра
Павел Кондратьевич Ощепков
(25 марта 1928 – 1 декабря 1992)
Родился в 1908 году в деревне Зуевы Ключи Сарап
Библиографический список
1 Труды Института радиоинженеров – ТИРИ (Proceedings of the IRE)
[М.: ИЛ, 1962/Две части (1517 c.)].
2. Электроника: прошлое, настоящее, будущее /Пер. с анг. под р
Новости и инфо для студентов