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, эти различия сводят к различиям их корреляционных матриц, которые, в свою очередь, обусловлены различиями некоторых физических характеристик целей и отражателей, создающих пассивную помеху. К числу этих различий можно отнести следующие.

1.Различие мешающих отражателей и целей по характеру распределения в пространстве. Цель обычно близка к сосредоточенному объекту, мешающие отражатели распределены в пространстве. Повышая разрешающую способность по координатам и сокращая при этом размеры разрешаемого объема (во всяком случае, до размеров, превышающих размеры самолета), можно добиться улучшения наблюдаемости сигнала на фоне пассивных помех.

2. Различия в поляризации отраженных сигналов наблюдаются, если пассивная помеха создается, например, гидрометеорами (дождь, снег, туман, облака), состоящими из мелких капель, имеющих форму шара. Если гидрометеоры облучаются колебаниями с круговой поляризацией, то они отражают колебания также с круговой поляризацией, но с обратным (в направлении распространения волны) вращением плоскости поляризации. Если приемная антенна не воспринимает колебания с такой поляризацией, она, тем не менее, может принимать колебания от целей, обладающих несимметрией структуры.

3. Различия в скорости перемещения мешающих отражателей и цели. Скорость перемещения наземных мешающих отражателей относительно наземной радиолокационной станции близка к нулю, в то время как представляющие практический интерес цели перемещаются с достаточно большой скоростью.

Если пассивная помеха создается противорадиолокационными отражателями, то эти отражатели, будучи сброшены с самолета, быстро приобретают скорость, близкую к скорости ветра. Поскольку скорость ветра не постоянна по высоте, имеет место разброс скоростей противорадиолокационных отражателей. Тем не менее, различия в радиальных скоростях целей и отражателей есть и могут быть использованы для селекции. Селекцию по скорости (или по эффекту движения цели) называют селекцией движущихся целей (СДЦ)

В основе СДЦ лежит явление деформации структуры сигнала при отражении от движущейся цели. Это явление иллюстрируется на рис. 8.16 для последовательности коротких радиоимпульсов. Можно убедиться в том, что при движении цели от радиолокатора происходит увеличение длительности всего импульса и периода высокочастотных колебаний в Кt, =(c + vr)/(c - vr) ≈ (l + 2vr/c) раз. Для импульсной последовательности (рис. 8.16) происходит также растяжение промежутка между двумя соседними импульсами в указанное число раз, так что этот промежуток получает приращение ΔTп = 2vrTп/c. На рис. 8.16, а показано соответствующее изменение спектра для случая

  Рис. 8.16. Трансформация спектров сигналов, отраженных от движущейся цели: а – одиночного радиоимпульса; б – периодической последовательности радиоимпульсов
одиночного радиоимпульса, а на рис. 8.16, б – для случая, приведенного на рис. 8.16, (в предположении, что все радиоимпульсы на этом рисунке представляют вырезку из одной синусоиды, а последовательность импульсов периодическая). В каждом из указанных случаев растяжению по оси времени в =(c + vr)/(c - vr) раз соответствует сжатие по оси частот также в =(c + vr)/(c - vr) раз. Если ширина спектра, как это показано на рис. 8.16, а, мала по сравнению с несущей, то деформация амплитудно-частотного спектра сводится к смещению его на некоторую доплеровскую частоту FД =2vrl'λ. Подобный эффект показан на рис. 8.16, б для гребенчатого спектра периодической последовательности радиоимпульсов. Численно изменение промежутка между импульсами за счет скоростной деформации сигнала невелико. Например, для Tп =10-3 с, vr =150 м/с и с = 3х108 м/с оно составляет 10-9 с, т. е. величину одного порядка с периодом колебаний высокой частоты. Это значит, что деформацию сигнала можно заметить лишь по изменению фазы колебаний высокой частоты. Чтобы использовать эту возможность, предъявляют достаточно жесткие требования к фазовой структуре высокочастотных колебаний, т. е. к их когерентности.

Различают несколько видов обеспечения когерентности колебаний.

1. Истинная внутренняя когерентность достигается тем, что колебания создаются стабильным задающим генератором, после которого стоит усилитель мощности с устойчивой фазовой характеристикой.

2. Эквивалентная внутренняя когерентность достигается тем, что генератор с самовозбуждением вырабатывает последовательность импульсов постоянной несущей частоты со случайными начальными фазами. Начальная фаза каждого зондирующего импульса запоминается на время приема отраженных сигналов до следующего зондирования. Путем соответствующей обработки эта фаза исключается и принимаемые колебания оказываются практически такими же, как и в случае истинной когерентности.

3.

  Рис. 8.17. Режекторная фильтрация
Внешняя когерентность достигается тем, что информация о случайной начальной фазе зондирующего импульса извлекается из приходящих от пассивных отражателей колебаний.

Будем полагать далее, что имеет место истинная внутренняя когерентность.

Если вторичные излучатели, имеющие разные скорости, разрешаются по дальности и угловым координатам, то независимо от вида когерентности задача селекции по скорости состоит в выявлении временных (фазовых) или спектральных различий для каких-либо участков пространства. Например, для сигнала, показанного на рис. 8.17, следует определить, есть ли смещение спектра на доплеровскую частоту, соответствующую радиальной скорости цели FAu.

Значительно сложнее задача селекции движущихся целей в том случае, когда цель и мешающие отражатели находятся в одном элементарном разрешаемом объеме. В этом случае необходимо улучшить условия обнаружения сигнала от цели на фоне пассивной помехи за счет имеющих место временных и спектральных отличий. Последнее достигается путем режекции (подавления) колебаний помехи и накопления сигнала.

Принцип режекции колебаний помехи состоит в том, что обеспечиваются условия ее подавления, например спектральные составляющие помехи вырезаются (рис. 8.19). Накопление сигнала состоит в том, что спектральные составляющие сигнала обрабатываются в целях наилучшего выделения сигнала на фоне шумов и пассивной помехи. Поскольку требования режекции и накопления могут оказаться противоречивыми, для выяснения их оптимального соотношения при селекции движущихся целей может быть использована формула оптимальной фильтрации сигнала на фоне небелого шума. Далее рассмотрим другой способ получения этой формулы и ее приложение для синтеза устройств оптимальной обработки сигналов на фоне пассивных помех.