Файл: Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 84
Скачиваний: 0
79
Вотличие от обычной антенны у синтезированной не суще
ствует диаграмм направленности отдельно на передачу и на прием.
Диаграмма направленности РСА фазируется не в пространстве, а
только после приема и соответствующей обработки сигналов. За счет удвоения разности фаз между сигналами отдельных элементов синтезированной решетки (5 .1 3 ) ширина ее диаграммы направлен ности по нулевому уровню
Л_ |
( 5 . R ) |
|
6 ос = d . |
||
|
Если отсчет угла производить на уровне — = 0 ,6 3 * приблизи
тельно соответствующем общепринятому уровню отсчета по поло винной мощности, то угол раствора диаграммы направленности,
выраженный в радианах, равен
Л
00,5С = 2 d , (5 .1 5 )
Допуская, что некоторое расширение основного лепестка обыч ной антенны компенсируется более низким уровнем ее боковых ле пестков, можно приближенно считать, что обе антенны равноценны.
Практический интерес представляет случай, когда объект наблюдения находится в ближней зоне, т . е . когда фазовое рас пределение поля вдоль раскрыва приобретает квадратичную состав ляющую
д |
\ |
dnX |
iTi |
х |
г |
(5 .1 6 ) |
А ч > ( Х ,х ) = - |
- Д £ — х - |
|
. |
|||
При векторном сложении сигналов в системе обработки РСА |
||||||
квадратичную составляющую фазового |
набега |
можно |
скомпенсировать, |
|||
т . е . сфокусировать |
синтезированную |
антенну. Так |
как фазовое |
|||
распределение поля вдоль синтезированного раскрыва зависит от дальности,различной для разных точек С в полосе обзора, то
необходимо синтезировать набор решеток, сфокусированных на каж дый из разрешаемых элементов дальности.
Максимальный размер синтезированного раскрыва ограничен
раствором диаграммы направленности антенны в плоскости скани рования
|
|
^эм ®о,5 *0 |
d |
h |
9 |
где 9 0 5 |
- |
ширина диаграммы направленности бортовой антенны; |
|||
d |
- |
горизонтальный раскрыв |
внтенны. |
||
I
80
Поэтому минимальное линейное разрешаемое расстояние
(5 .1 7 )
Из формулы (5 .1 7 ) следуют хорошо известные особенности ис
кусственного раскрыва. Предельное значение линейной разрешаю
щей способности не зависит от длины |
волны и расстояния до раз |
|||
решаемого объекта. Кроме того , оно улучшается |
при уменьшении |
|||
размера |
антенны. Это объясняется |
тем, |
что |
при увеличении |
длины |
волны, дальности до цели |
или |
уменьшении раскрыва |
|
антенны увеличивается размер синтезированного раскрыва и соответственно сужается его эффективная диаграмма направ ленности.
При выводе соотношения (5 .1 3 ) предполагалось, что синтези рованная решетка состоит из ненаправленных элементов. На самом деле каждый элемент решетки представляет собой антенну с диа граммой направленности
Функцию ( 5 .1 3 ) , описывающую диаграмму направленности ан тенны в виде решетки с точечными излучателями, принято называть множителем решетки. Диаграмма направленности РСА определяется произведением множителя решетки (5 .1 3 ) на диаграмму направлен ности бортовой антенны
( 5 . IS )
Так как расстояние между элементами решетки ZvT обычно зна чительно больше длины волны, то множитель решетки (5 .1 3 ) полу чается многолепестковым с интерференционными максимумами в направлениях оС , для которых
|
|
'-j- и Тп sindi-m m . |
(5 .1 9 ) |
где т = |
0 ; .±1; |
+ 2 ; . . . |
|
Подавление |
интерференционных максимумов |
обеспечивается |
|
выбором |
такого |
горизонтального раскрыва антенны, при кото |
|
ром первые нули ее диаграммы направленности совпадают с двумя ближайшими побочными максимумами (см .р и с.5 . 3 ) , т . е .
(5 .2 0 )
81
С учетом |
зависимости |
между горизонтальным |
рзскрыЕом |
|||
(5 .1 7 ) |
антенны и линейной |
разрешающей способностью |
условие |
|||
однозначного |
воспроизведения |
выходного сигнала |
( I .1 6 ) |
можно |
||
записать |
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
д Х = п 7 = |
ir |
-2 ( g ”aKC~ Rmuh^ . |
|
(5 .2 1 ) |
пс
Например, если |
Q „ - R „ „ u = 50 км, |
то |
ДХ = 25 |
м. |
|
||
|
”UrC |
|
MUH |
|
|
|
|
Отсюда следует очень важный вывод - |
получение |
высокой раз |
|||||
решающей способности |
в |
РЛС, перемещающихся с большой |
скоро |
||||
стью, возможно |
только |
в |
относительно |
небольшой полосе |
обзора. |
||
Чтобы глубже разобраться в физической сущности этого огра
ничения, рассмотрим процесс формирования синтезированной диа граммы с позиции теории оптимального приема. Этот подход имеет глубокую связь с "антенным подходом". Если аналогично тому,
как временному параметру t в спектральной области сопостав ляется частота f , угловым параметрам антенны в частотной области сопоставить соответствующие угловые пространственные
частоты , определяющие скорость нарастания фазы вдоль угловых осей , то любая антенна может рассматриваться как фильтр про
странственных частотх ) .
При движении РСА относительно цели пространственные часто
ты за счет допплеровского эффекта преобразуются в обычные часто ты и формирование синтезированного раскрыва эквивалентно опти мальной фильтрации (или корреляционному приему) допплеровского сигнала от точечной цели.
Из теории |
оптимального приема известно, что потенциальная |
разрешающая |
способность радиолокационной системы определя |
ется шириной спектра сигнала. Ширина спектра допплеровских частот в РСА определяется расположением точек траектории ее носителя относительно целей и шириной диаграммы направлен ности антенны, устанавливающей границы пространства, в пре делах которого производится анализ сигнала от каждой цели.
Рассмотрим более подробно процесс образования и фильтрации допплеровского сигнала точечной цели.
х ) См. Д р о б о в и ч , Применение теории сигналов к ан теннам, "Зарубежная радиоэлектроника", 1965, №12 .
82
Предположим, что излучается смодулированный синусоидаль ный сигнал с круговой частотой ш0 . Тогда формула ( 5 .9 ) опре деляет мгновенную допплеровскую часто ту , вызванную относитель
ным движением цели и носителя. Действительно, если цель наблю
дается |
под небольшим углом |
cL ~ |
НО |
|
, то допплеровский |
|||||||||||
сдвиг |
принимаемого |
сигнала |
равен |
|
|
|
|
V 2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
или |
Ы |
ь) |
=4<7Г Л |
|
Ь |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
R, |
|
|
||||||||
Следовательно, |
частота |
отраженного от |
точечной |
цели сигнала |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
= ш0 + |
г. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
п |
|
|
|
|
|
а фаза колебаний в момент времени |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
< p ( t ) = jW |
t ) c f t = |
U} |
t + Y Y ^ - t 2=<o0t |
+ b t Z |
, |
|
|
(5 .2 2 ) |
|||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
« |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
Д о ^ = |
~ девиация допплеровской частоты; |
|
|
|
|||||||||||
|
|
Г = -^ а |
- |
время |
приема отраженных |
сигналов; |
|
|
||||||||
|
|
ь - |
- |
параметр частотной модуляции, |
характеризую |
|||||||||||
|
|
|
|
щий скорость изменения частоты отраженных |
||||||||||||
|
|
|
|
сигналов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Девиация допплеровской частоты изменяется в зависимости |
|||||||||||||||
от |
направления |
о£ |
в плоскости сканирования по закону |
|
||||||||||||
|
|
Л Шд(оС)= |
^ |
^ |
Э - |
cosoC |
^ |
|
|
|
|
|
(5 .2 8 ) |
|||
Соответственно |
изменяется |
разрешающая |
способность |
РСА вдоль |
||||||||||||
линии пути |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
А* м |
|
= |
Л X |
|
|
|
|
|
|
|
|
(5-2“) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Например, при |
оС = ± 6 0 ° |
линейная разрешающая способность РСА |
||||||||||||||
вдоль |
линии пути ухудшается в два раза. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Так как ширина спектра допплеровского сигнала не зависит |
|||||||||||||||
от |
дальности до цели |
^AFg = ^ c o s d . ) , |
а время облучения |
цели |
||||||||||||
линейно изменяется с изменением расстояния |
( с м .р и с .5 .2 ), |
то |
||||||||||||||
система обработки РСА должна представлять |
собой набор |
парал |
||||||||||||||
лельно включенных |
согласованных |
фильтров |
примерно |
с |
одинако |
|||||||||||
вой полосой пропускания, |
но с различными для каждого |
из |
разре |
|||||||||||||
шаемых элементов дальности |
фазочастотными характеристиками. |
|||||||||||||||