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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 .