Файл: Супряга Н.П. Радиолокационные средства непрерывного излучения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.07.2024
Просмотров: 139
Скачиваний: 3
Измерение высоты
Из формул (137) видно, что фаза боковых полос по лученного спектра является функцией времени задерж ки т и, следовательно, расстояния до земной поверхно сти. В частности, фаза каждой из принятых боковых
полос составляет , где п — порядок боковой по лосы. Таким образом, можно выбрать одну из боковых полос и сравнить ее фазу с' фазой модулирующего сиг нала генератора передатчика. Такое сравнение позволит
определить угол, эквивалентный Тогда наклонная
тс
дальность до земли равна г и = — . где с — скорость света.
Абсолютная высота равна произведению наклонной дальности на косинус угла отклонения луча ф, а именно:
h = racos<l>. |
(145) |
Однако боковые полосы принятого сигнала расположе ны не на частотах FM, 2FU и т. д., а смещены относитель но их на величину / д из-за движения объекта. Матема тически это показывается в формулах (137) членами
sin2jt[/n4 — fn+FK(t |
— |
и т. д., а графически — изобра |
жением спектра на рис. 77 и 78. |
||
Чтобы сместить |
сигналы в область частот nF^, при |
менен так называемый способ свертывания спектра, устраняющий одновременно влияние шума на информа цию о высоте, который возникает вследствие «размы тия» составляющей боковой полосы допплеровским спектром, имеющим шумовую природу. При этом исполь зуются обе полосы частот любого выбранного порядка. В прежних допплеровских системах измерения скорости такое свертывание недопустимо, так как оно приводит к резкому снижению чувствительности.
Подробный анализ процесса свертывания спектра вы ходит за рамки данной книги.
Выбор параметров системы
М о ж н о показать, что отношение сигнал/шум при работе радио локатора по протяженной цели (заполняющей все сечение луча
антенны), такой как Земля, |
может |
быть выражено |
так: |
|
S |
|
P/GowX-ouZE |
|
|
N |
~ |
16*2 cos |
<]>r2NFkTB ' |
( 1 4 6 * |
149
где |
— — о т н о ш е н и е |
|
сигнал/шум |
в полосе |
В пропускания |
приемного |
||||||||||||||||||||
|
|
|
тракта; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Р, |
— средняя |
мощность |
передатчика; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Go — максимальное |
|
усиление |
антенны; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
w — коэффициент, |
|
характеризующий |
диаграмму |
|
направленности |
||||||||||||||||||||
|
|
|
антенны |
(учитывающий |
потерн |
энергии |
на |
боковые |
лепест |
|||||||||||||||||
|
|
|
ки по отношению к основному |
в |
децибелах, |
равный |
обыч |
|||||||||||||||||||
|
|
|
но |
|
0,6); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
— длина |
волны; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
С о — у д е л ь н а я |
эффективная |
площадь |
|
рассеяния |
|
земной |
поверх |
||||||||||||||||||
|
|
|
ности; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
т—расстояние |
|
|
д о |
рассеивающей |
поверхности; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
• ф — у г о л |
падения |
|
луча; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
NF—шум-фактор |
|
|
|
приемника; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
k—постоянная |
|
|
Больцмана; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Т — абсолютная |
температура; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
В |
— полоса |
пропускания, приблизительно |
равная |
ширине |
|
спект |
|||||||||||||||||||
|
|
|
ра допплеровской частоты, определяемой в основном |
|
диапа |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
зоном измеряемых скоростей и в меньшей степени диапа |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
зоном |
работы |
|
высотомера; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Z — потери |
в |
системе |
по высокой |
частоте; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Е — коэффициент |
эффективности |
модуляции. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Д л я ЧМ системы |
|
непрерывного излучения |
для |
одной |
из |
боко |
|||||||||||||||||||
вых |
полос |
коэффициент |
эффективности |
модуляции |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е = |
j \ (М), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(147) |
|
где |
п — порядок |
боковой |
полосы; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
М — индекс |
модуляции |
принятого |
сигнала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Это |
видно |
из известного тождества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Jl{M) |
+ |
J*(M) |
|
+ |
Jl(M)+Jl(M) |
|
+ Jl(M)-V. |
|
. . = |
1. |
|
(148) |
||||||||||||
|
Индекс |
модуляции |
|
принятого сигнала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М = |
2 ? s i n ^ 2 * F M - ^ - j . |
|
|
|
|
|
|
|
|
(149) |
|||||
|
Из таблиц бесселевых функций и |
выражения (149) |
видно, |
что |
||||||||||||||||||||||
величина Е и, следовательно, результирующее отношение |
сигнал/шум |
|||||||||||||||||||||||||
различны для различных боковых полос и являются |
функцией |
|||||||||||||||||||||||||
индекса |
модуляции |
излученного |
сигнала |
В |
с |
частотой |
модуля |
|||||||||||||||||||
ции |
FM |
и временем |
задержки сигнала |
т. В частности, для |
боковых |
|||||||||||||||||||||
полос |
не |
нулевого |
порядка |
(/0 ) |
сигнал |
приближается |
к |
нулю |
при |
|||||||||||||||||
времени |
задержки |
|
(и, |
следовательно, |
дальности), |
|
равном |
|
нулю. |
В силу периодичности синусоидального закона сигнал будет прини
мать нулевые |
значения |
при |
|
|
||
|
|
|
|
2TtFa ~~ = |
tin |
(150) |
(где |
я = 1 , 2, |
3) |
или при дальности |
|
|
|
|
|
|
|
Хм |
|
|
|
|
|
|
г = п — , |
|
(151) |
где |
А.м — длина |
волны |
модулирующего |
сигнала. |
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
Из изложенного видно, что следует особенно |
тщательно выби |
||
рать необходимую боковую полосу, индекс модуляции |
излучаемого |
||
сигнала р и частоту модуляции F„ в соответствии с эксплуатацион |
|||
ными требованиями, предъявленными |
к системе |
(максимальной |
|
скоростью, высотой и т. д . ) . |
|
|
|
Так как рассматриваемая Р Л С |
в первую очередь |
предназна |
чена для вертолетов, самолетов с вертикальным взлетом и легких самолетов, то максимальную рабочую вы
соту |
можно |
принять равной 3000 м, а мак |
Л(л|) |
|
|
|
|
|||||||||||
симальную |
скорость |
650 |
км/ч |
с |
учетом |
ра |
|
|
|
|
|
|||||||
боты |
Р Л С |
при |
вертикальном |
взлете, |
по |
|
|
|
|
|
||||||||
садке объекта и зависании. Весьма |
|
важно, |
|
|
|
|
|
|||||||||||
чтобы Р Л С |
могла измерять высоту и ско |
|
|
|
|
|
||||||||||||
рость |
вплоть |
д о |
приземления |
без |
|
каких- |
|
|
|
|
|
|||||||
либо провалов. Требуемая точность изме |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
рения |
скорости должна |
быть |
около |
0,2% |
|
|
|
|
|
|||||||||
или 0,1 |
м/сек, |
а |
точность определения |
вы |
|
|
|
|
|
|||||||||
соты — 0,6 |
м |
или |
2% |
(определяется |
по боль |
|
|
|
|
|
||||||||
шей |
из |
величин). |
Р Л С |
должна |
нормально |
|
|
|
|
|
||||||||
работать при больших углах крена и тан |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
гажа и над любой поверхностью |
(в |
том |
|
|
|
|
|
|||||||||||
числе |
и над |
спокойной |
поверхностью |
воды). |
|
|
|
|
|
|||||||||
Выбор |
боковой полосы. Одним из |
преи |
Рис. 79. Функция Бес |
|||||||||||||||
муществ ЧМ систем с непрерывным |
излу |
селя |
для |
малых |
ве |
|||||||||||||
чением |
перед |
системами |
с |
непрерывным |
личин аргумента |
М |
||||||||||||
излучением |
|
(без |
|
модуляции) |
|
является |
|
|
|
|
|
|||||||
значительно |
|
большая |
развязка |
|
пере |
|
|
|
|
|
||||||||
датчика |
и |
приемника |
и |
невосприимчивость |
к отраженным |
сигна |
||||||||||||
лам от близлежащих объектов. |
Причина этого заключается в том, |
|||||||||||||||||
что при нулевом и близком к |
нулю времени запаздывания отра |
|||||||||||||||||
женного |
сигнала |
относительно |
сигнала |
гетеродина |
(как |
в |
случае |
|||||||||||
прямого |
попадания |
сигнала |
передатчика на |
смеситель |
приемника) |
индекс модуляции принимаемого сигнала М и, следовательно, ампли туды всех боковых полос, за исключением полосы нулевого порядка,
стремятся |
к |
нулю |
(рис. |
79). В |
связи с этим |
боковая полоса |
нуле |
||||
вого порядка |
(/о) |
исключается |
из |
рассмотрения, |
так как не |
исполь |
|||||
зуется в этой |
системе. - |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Эксплуатация |
Р Л С |
на |
самых |
малых высотах |
фактически |
пред |
|||||
определяет |
использование |
первой |
боковой |
полосы. Это |
следует |
из анализа поведения различных функций Бесселя и основного вы
ражения отношения сигнал/шум (146). Если Jt{M) |
разложить в |
ряд Тейлора, то |
|
|
|
М |
I |
|
1№ |
/И* |
\ |
„ |
, |
|
^ W = T |
1 + |
^ |
+ Т а Г я Т - - - - > |
( 1 5 2 ) |
||||
При |
малых |
значениях |
аргументы |
s i n * « x . |
Учитывая |
это, |
из |
||
уравнения |
(149) |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М: |
|
: 4 ^ F M |
— . |
|
(153) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2г |
с |
|
Подставим в уравнение (153) значения т = — и F M = — .
С Ам
151
Тогда получим |
|
|
|
|
М = ^ |
- г |
= кг, |
(154) |
|
где k — постоянная величина для данной |
системы. |
|
||
Когда М — малая величина, |
Ji |
(М) |
практически равно |
первому |
слагаемому уравнения (152). Подставляя значение М из уравнения
(154) в уравнение |
(152), |
получим |
|
|
|
|
Jl |
(М) = 4" г = k\r. |
(155) |
|
|
|
2 |
|
Аналогично |
/2 /м\ — ь2,а |
|
||
|
|
(156) |
||
|
|
J\ |
(М) = k{ri = кгг\ |
|
где ki |
и кг — постоянные |
величины. |
|
|
Из |
уравнения |
(146) следует, что для конкретной |
Р Л С и задан |
ного значения а„ отношение сигнал/шум выразится следующим об разом:
N г*
где k3 — величина постоянная.
Однако в выражении (147) £ представлено в виде ] \ (М) , а
из выражения (156) оно равно k2rz. Следовательно, для малых ве
личин расстояния г отношение — — постоянная величина и не за
висит от расстояния г: |
|
~ = къкъ |
(158) |
Другими словами, для области малых |
высот у Р Л С типа ЧМ |
с непрерывным излучением, работающей по протяженной цели, воз растание функции Бесселя компенсирует квадратичную зависимость
сигнала |
от расстояния до |
цели. Это ж е можно |
показать |
графически |
||||||
исследованием кривой функции Бесселя l\ |
для малых |
аргументов |
||||||||
(рис. 80) и кривой |
——, изображенной |
на |
рис. 81. |
Результирующая |
||||||
кривая |
отношения |
сигнал/шум для полосы ] \ |
ЧМ |
Р Л С |
непрерыв |
|||||
ного излучения показана |
на рис. 82. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Исследование ряда Тейлора для других боковых полос, изобра |
||||||||||
женных |
на рис. 79, показывает, что |
боковая |
полоса h |
|
является |
|||||
единственной, которая имеет необходимую форму |
в области |
малых |
||||||||
высот. Боковая полоса Ji |
и выбрана |
для |
рассматриваемой |
Р Л С . |
||||||
Д л я сигнала внутри |
самой системы, т. е. от |
антенны |
до |
кри |
||||||
сталлического смесителя, |
сохраняется |
зависимость |
функции |
Бесселя |
от расстояния, а обратная квадратичная зависимость сигнала от расстояния теряет свою силу. Следовательно, при малой относи
тельной |
задержке м е ж д у |
сигналом местного гетеродина и прямым |
сигналом |
результирующий |
выходной сигнал будет близким к нулю, |
152