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: 70
Скачиваний: 0
170
ремножаемых образцов сигнала имеют одинаковые (положительные
либо отрицательные) знаки. Их произведения все однополярны и
в результате накопления увеличивают выходной эффект системы
обработки.
Закон изменения регулярной составляющей сигнала, "заложен
ный" в программу обработки, позволяет выделить полезный сигнал
лишь при определенном положении цели, обеспечивая |
разрешение |
||||
системы. |
|
|
|
|
|
Если траектория цели |
смещается ( AY на рис.7 |
. I I , а ) |
или |
||
изменяется положение цели |
на |
той же траектории |
Д Х ) , |
то за |
|
кон изменения •фвзы 'if |
( t ) |
будет отличаться |
от |
расчетного |
(р и с .7 . I I , б ) . Выходной эффект системы обработки, обусловленный данной целью, уменьшится. При некотором смещении двух целей ДХ» ДУони обнаруживаются в различных элементах многоканаль ного устройства или дают эффект в разные моменты времени в случае последовательной обработки сигналов. Таким образом, си стема обладает разрешающей способностью в двух направлениях плоскости х у .
Р и с.7 .1 2 . |
Векторная диаграмма для определения относительного |
||||
|
разрешения разнесенной |
пассивной |
системы |
|
|
Если |
выразишь градиент |
через единичные |
векторы, |
на |
|
правленные из точки цели в начальные |
и конечные |
положения |
пунк |
||
тов приема (р и с .7 .1 2 ) , то |
мы получим |
общую формулу для пассив |
ной разнесенной системы, обусловленную когерентной обработкой
|
|
|
I ? I |
|
|
X |
/ |
/ _ |
Fr , ) i . |
(7 Л 6 ) |
|
Д1 |
2 |
( Гяг |
|||
|
|
На основании этой формулы и теоремы о сложении относительных разрешений легко получить расчетные выражения для разрешающей
способности |
по дальности |
( |
Д У ) и вдоль направления |
движе |
||||||||
ния ( Д Х ) . |
Так, например, |
для случая, когда |
цели движутся |
|||||||||
вдоль базы , опуская постоянные коэффициенты, близкие к |
едини |
|||||||||||
ц е, |
можем записать |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
(7 .4 7 ) |
|
где |
0 - |
|
|
A Y = F T T ’ |
|
зоне |
( 7 л 8 ) |
|||||
ширина антенных лучей, перекрывающихся в |
обзора; |
|||||||||||
|
В - |
расстояние между приемными пунктами. |
|
|
|
|
||||||
|
Если принять разнос точек приема |
В = |
1 0 .км, |
ширину пере |
||||||||
крывающихся антенных лучей |
приемных |
пунктов |
0 = 6 ° |
, |
то |
для |
||||||
цели, |
удаленной на расстояниеR = I 000 |
км, получим разрешение |
||||||||||
АХ = |
I |
км в направлении движения и |
A Y = |
100 м - |
в |
перпен |
||||||
дикулярном направлении - |
по дальности. |
|
|
|
|
|
||||||
|
Вопрос о разрешении, обусловленном собственной модуляцией |
|||||||||||
сигнала, |
в принципе хорошо |
известен. |
Условием разрешения |
явля |
ется наличие такого временного сдвига между сравниваемыми сиг налами, при котором его функция автокорреляции имеет практиче ски нулевое значение. Если ввести разрешаемое значение времен ного сдвига, равное времени корреляции сигнала в полосе прием
ного |
тракта, |
то можно получить общее выражение для разрешения |
|||
по огибающей и расчетную формулу для рассматриваемой нами |
|||||
гиперболической системы. |
|
|
|
||
|
|
И_ |
( * д - |
(7 .4 9 ) |
|
|
|
Д1 |
|||
|
|
|
|
||
Здесь |
^ = ^ 0с - расстояние, |
соответствующее времени корре |
|||
|
|
ляции |
t 0 |
; |
|
|
r r , |
- единичные радиусы-векторы, направленные из |
|||
|
|
точки цели на приемные пункты. |
зс |
||
Расчетная |
формула для |
разрешения в направлении оси |
АХ = р |
Ro |
(7 .5 0 ) |
|
В |
|||
|
Отличие этих формул от соответствующих выражений для раз решающей способности, обусловленной фазой, отражает статиче
172
ский характер разрешения по огибающей - оно не зависит от дви жения цели.
Другая особенность разрешения по огибающей состоит в том,
что оно фактически имеет место только в одном направлении, а
именно, в направлении, перпендикулярном линиям равных фаз. В
результате оказывается, что разрешаемые площадки по фазе и огибающей вытянуты в различных направлениях.
Если в качестве примера взять те же соотношения, что и
раньше, |
то |
при |
полосе |
пропускания системы 10 Мгц мы получим |
|||
разрешение |
4 Х = 3 |
км. |
Это |
означает, что в |
данном случае |
||
огибающая не влияет на разрешающую способность |
системы. Если |
||||||
же взять |
полосу |
A f = |
100 |
Мгц, |
то разрешающая |
способность |
|
системы в |
направлении |
движения будет определяться огибающей |
исоставит 300 м.
Взаключение необходимо отметить, что все приведенные выше рассуждения о пассивной разнесенной системе могут быть спра
ведливыми лишь при условии, что наблюдаемые цели излучают в
направлении на приемные пункты одинаковые колебания.
173
Г л а в а 8
ПАССИВНЫЕ МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБЗОРА
§ 8 . 1 . ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
Нагретые тела излучают электромагнитные колебания. Причи ной этого излучения является движение электронов, каждый из ко торых представляет собой как бы элементарный вибратор. Посколь ку движение электронов хаотическое, обусловливаемое ими резуль тирующее колебание представляет собой случайный процесс с ши роким спектром частот. Некоторая часть этого спектра прости рается и в коротковолновый участок радиодиапазона.
Основные параметры, определяющие интенсивность излучения тел , однозначно связаны с их температурой. Рассмотрим эти па раметры.
Поток излучения или полная мощность излучения представляет собой скорость передачи энергий излучения 9
dB
|
Р = a t |
вт. |
(8,1) |
|
Плотность потока излучения - |
мощность излучения |
с единицы пло |
||
щади излучающей поверхности |
|
|
|
|
|
П - -3 —- |
в * / " 2 • |
( 8 .2 ) |
|
|
dS |
|
|
|
Обе эти |
величины определяют не только излучающую способ |
|||
ность тела, |
но и зависят от |
расположения точки, |
где измеряется |
|
излучение. |
' |
|
|
|
Для того |
чтобы исключить |
эту |
зависимость, интенсивность |
излучения в данном направлении характеризуют производной плот ности потока по телесному углу
174
I - |
вт/м2 |
стер . |
(8 *3 ) |
а ьl |
|
|
|
Величина I характеризует мощность, |
излучаемую |
в данном |
направ |
лении с единичной поверхности в пределах единичного телесного угл а .
Спектр радиотеплового излучения сплошной и обычно неравно
мерный. Для того чтобы охарактеризовать интенсивность излуче ния в различных диапазонах частот, величину 2 относят к эле
ментарному диапазону частот. Спектральная интенсивность излу
чения в данном направлении
В = |
d l |
7 |
( 8 .4 ) |
— |
вт/мс гц стер |
d f
называется яркостью излучения. *
Как известно, в физике вводится понятие абсолютно черного тела - тела, которое полностью поглощает падающую на него лу
чистую энергию и переводит ее в тепло. Яркость абсолютно чер ного тела, определяемая только его собственной теплов.ой энер
гией, выражается формулой Планка
|
|
|
|
я = |
231° г |
h |
|
|
|
|
|
|
6 |
Xs |
е ктЧ |
’ |
(8 .5 ) |
где h = |
6 |
,6 2 5 |
вт сек |
О |
|
|
|
|
- постоянная Планка; |
|
|||||||
к = |
1 |
,3 7 |
1СГ23 вт/гр ад |
гц - |
постоянная Больцмана; |
|
||
X - |
длина волны излучаемых колебаний; |
• |
|
|||||
Т - |
температура |
абсолютно черного тела. |
|
|
График |
зависимости яркости |
излучения от длины |
волны |
|
(р и с.8 .1 ) |
имеет максимум. |
Длина |
волны Х м , соответствующая |
|
наибольшей интенсивности |
излучения, выражается формулой Вина |
|||
|
|
|
• |
( 8 -6) |
Для сильно нагретых тел максимальное излучение |
происходит |
|||
в видимом участке спектра |
электромагнитных волн (0 ,3 8 - 0 ,7 6 мк) |
Так, |
например, Солнце, которое можно считать абсолютно черным |
|||
телом |
с |
температурой |
6000°К , максимально излучает в области |
|
0 ,5 мк, |
т . е . |
весьма |
далеко от диапазона радиоволн. Максимум |
|
излучения тел |
земной |
поверхности, имеющих температуру порядка |
175
|
|
f |
|
3 0 0 ° К смещается |
в |
диапазон инфракрасных волн (0,76 тЮ 00 |
мк) |
и в соответствии |
с |
формулой (8 .6 ) соответствует Л ^ = 10 |
мк. |
Доля излучения, попадающего в радиодиапазон, в особенности на
субмиллиметровых волнах (0 ,1 т I мм), |
существенно |
возрастает. |
В области радиочастот справедливо |
неравенство |
|
h с |
« к Т . |
(8 -7 ) |
|
|
|||
/<ЛГ |
|
|
|
Знаменатель формулы ( 8 .5 ) можно разложить в ряд |
|||
•&£- |
„ |
и - |
|
к Х Т |
ЛС |
|
|
6 |
= |
+ кХТ + |
‘ ‘ ' |
и ограничиться первыми двумя |
его |
членами. |
Тогда выражение |
( 8 .5 ) упрощается |
|
|
|
В { Т ) = — г - • |
(8 .8 ) |
176
Такая зависимость яркости от частоты излучения, соответствую
щая пунктирной кривой на рис.8 .1 , называется формулой Релея-
Джинса. Эта формула с высокой степенью точности применима для
рассматриваемого нами случая излучения в |
радиодиапазоне волн, |
т . е . для радиотеплового излучения. |
|
Линейная зависимость между величинами |
В и Т позволяет |
при расчете энергетических соотношений пользоваться вместо яр кости температурой излучающего абсолютно черного тел а . Многие
объекты радиолокационного наблюдения при определенных условиях обладают свойствами, близкими к абсолютно черному телу . Тогда
их термодинамическая температура является энергетической х а рактеристикой излучения.
Реальные тел а , не являющиеся абсолютно черными, не погло
щают полностью энергию попадающих на них электромагнитных ко лебаний. Частично эти колебания отражаются, частично могут про никать через рассматриваемое тело. В результате полная мощность
приходящих к телу электромагнитных волн |
Р0 |
распределяется |
|||||
как бы по трем направлениям. Часть мощности |
поглощается |
||||||
телом, |
тратится |
на повышение энергии теплового движения его |
|||||
частиц; |
вторая |
часть |
Рр отражается, третья |
часть |
Р^ |
прони |
|
кает через тело и распространяется дальше. |
|
|
|
||||
Если система, включающая в себя рассматриваемое |
тело, на |
||||||
ходится |
в состоянии |
термодинамического |
равновесия, |
то |
количе |
ство энергии, отдаваемой телом, равно количеству энергии, по лучаемой им от других источников и превращающейся в тепло.Рас сматриваемые законы излучения, строго говоря, относятся толь ко к равновесному тепловому излучению, при котором распреде
ление энергии между излучением и излучающим телом не меняется
со временем, а убыль энергии тела вследствие излучения воспол
няется за |
счет его нагревания. В этом случае в соответствии |
с законом |
сохранения энергии можно записать |
|
|
|
|
Р = Рр + |
+ Р9 . |
(8-9) |
Разделив |
вое это |
выражение на Р |
, мы получаем другую |
запись |
||
закона |
сохранения |
энергии |
|
|
||
|
|
|
|
р + ol + Ц, - / , |
(8 .1 0 ) |
|
где |
р - |
коэффициент отражения; |
|
|
||
|
oi |
- |
коэффициент поглощения; |
|
|
|
|
^ |
- |
коэффициент пропускания тел а . |
|