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: 68

Скачиваний: 0

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

181

Можно также учесть коэффициент полезного действия антенно­

фидерного тракта 17

. Потери энергии

принимаемого сигнала

уменьшают принимаемый сигнал, что учитывается множителем

р

в выражении

( 8 .2 1 ) .

Вместе

с тем появляется новый, внутренний

радиотепловой

источник,

интенсивность

излучения которого

опре­

деляется его

температурой

Т0 (температура окружающей среды -

порядка 300°К)

и поглощательной способностью ( I -

1)

) .

 

Таким образом, с учетом к .п .д . антенно-фидерного тракта

антенная температура

выражается

формулой

 

 

 

 

 

 

^я0 О

Р) 7 +

~^~яб Р V +

0

tyj •

 

(8.22)

Температурный контраст для

двух

рядом расположенных

объектов

с яркостными температурами

Тя

, 7^о

определяется

лишь пер­

вым членом

этой формулы

 

 

 

 

 

 

 

 

& Т

А

~

ТАг ~

V

РК Г Я 0

,

Т Я о г )

~

(8 .2 3 )

 

 

 

=

W

' - f U ьтя .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слагаемые, обусловленные приемом стороннего излучения на боко­ вые лепестки антенны и тепловыми шумами антенно-фидерного уст­ ройства, остаются неизменными и компенсируются.

А

Рис.8 . 3 . Наблюдение с помощью радиометра границы двух протяжен ных целей

Температурный контраст, выражаемый формулой (8.23), соот­ ветствует наблюдению участка местности в виде двух распреде­ ленных целей с разными яркостными температурами (рис.8.3).


182

Антенна РАС в процессе

обзора занимает

различные

положения

 

I

и 2 и в соответствии

с этим меняется

величина

сигнала на

вхо­

де

приемника.

 

 

 

 

Р и с.8. 4 . Наблюдение с помощью радиометра малоразмерной цели

Другой случай, характерный не только для ЕРЛС землеобзора,

но и для радиометров других типов (в частности, для радиосек­ станов), относится к наблюдению малоразмерных целей (р и с .8. 4 ) .

На сфере с центром в точке расположения РЛС такая цель пере­

крывает площадку

б ц . Величина телесного

угла

 

,

'

о

_

 

(8 .2 4 )

 

 

* 4

Rz

 

 

для малоразмерной цели много меньше телесного угла

Q r глав­

ного луча

антенны.

 

 

 

 

Таким образом, полезный сигнал, характеризуемый яркостной

температурой Тц

принимается в пределах

угла

. Главный

лепесток, для которого коэффициент направленного действия счи­

таем постоянным, принимает излучение фона с температурой

.

Тогда, повторив предыдущий вывод, можно показать, что

разность

антенных температур при наличии цели и при наблюдении

только

 

фона составит

 

 


183

( 8 .2 5 )

Действительно, полезный сигнал теперь

поступает не во всем

угле Q r , а лишь в его

части

.

Поэтому определяемый им

температурный контраст

уменьшается

по

сравнению с ранее рас­

смотренным случаем пропорционально отношению этих углов.

§ 8 . 3 .

УСЛОВИЕ НАБЛЮДЕНИЯ. ЦЕЛЕЙ

Используя выражения ( 8 .2 3 ) , ( 8 .2 5 ) , характеризующие интен­ сивность сигнала на входе приемника радиометрической станции,

нетрудно определить условие наблюдения цели с заданным контрас­ том яркостных температур. Это условие можно выразить соотноше­ нием

 

Л Г А *

А Т ,А мин

(8 .2 6 )

где Д Г

— пороговое значение

наблюдаемого

температурного кон-

А мин

 

 

траста.

 

 

 

В отличие от аналогичного

соотношения,

применяемого при

выводе уравнения дальности для приема отраженных или ответных

сигналов, выражение (8 .2 6 ) связывает не мощности, а яркост­

ные температуры. Однако это отличие не является принципиальным,-

так как в соответствии с законом Релея - Джинса (8 . 8) и других

принятых выше определений

[формулы: (8 .1 ) - ( 8 .4 ) и (8 .1 7 )]

температура характеризует

мощность принимаемого сигнала.

Пороговый сигнал является функцией шумов, мешающих наблю­

дению. Не уточняя

пока, что следует понимать под этими шумами,

охарактеризуем их

шумовой температурой Тш . Пороговый сигнал,

как. это принято в радиолокации, считаем пропорциональным интен­ сивности помехи

(8 .2 7 )

Коэффициент пропорциональности trip называется коэффициентом различимости.

Запишем теперь выражение (8 .2 6 ) в развернутом виде для двух

рассмотренных выше случаев радиолокационного наблюдения, вос­ пользовавшись формулами (8 .2 3 ) и ( 8 .2 5 ) .


184

Граница раздела

двух протяженных

целей

наблюдается при

условии,

если

антенная температура в

двух

разных

положениях

главного

луча

( I и 2

на рис.8 .3 ) отличается на

величину

 

 

АТа =

АТя г) (/- (з) s

тр Тш.

 

Разность яркостных температур, при которой обеспечивается на­

блюдение границы двух сред, должна быть

А Та

1

(8 .2 8 )

т Р Т ш

Меньшие температурные контрасты данным радиометром не ре­

гистрируются.

 

 

В выражение (8 .2 8 )

не входит расстояние между РЛС и целью.

Это означает, что граница двух протяженных целей наблюдается

при любом расстоянии,

если выполняется

условие ( 8 .2 8 ) . Мы встре­

чаемся здесь с необычным для активной

радиолокации случаем,

когда интенсивность принимаемого сигнала не зависит от расстоя­ ния. Природа этого явления весьма проста: вследствие большой протяженности наблюдаемых поверхностей, участок, попадающий в пределы луча, увеличивается пропорционально квадрату расстоя­

ния. Увеличение мощности, "собираемой" с

этого участка, и ее

уменьшение вследствие увеличения расстояния взаимно компен­

сируются.

 

 

 

 

 

 

Сосредоточанная

цель

с площадью

наблюдается при усло­

вии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= тр тш.

Подставим

сюда значение

угла

 

( 8 .2 4 ) ,

а телесный угол глав­

ного антенного луча выразим через коэффициент направленного

действия антенны

 

 

 

 

 

 

 

 

2 г

4JT

(8 .2 9 )

 

 

 

В

 

 

 

 

Предельное

значение расстояния для случаев равенства в выраже­

нии (8 .2 4 )

отметим

индексом

М. .

Тогда

 

 

 

АТЯ

б

? Q- р)

 

 

R п

trip Тш

У В

4JT

(8 .3 0 )


185

Как видно, уравнение дальности радиометра для сосредоточенной

цели напоминает аналогичное выражение для активной РЛС, дейст­

вующей по сигналам прямого излучения. В обоих случаях даль­

ность действия пропорциональна корню квадратному из мощности

сигнала (в данном случае яркостного температурного контраста)

и коэффициента направленного действия антенны.

Рассмотрим более подробно смысл коэффициента различимости

/77р в соответствии с понятиями, принятыми в теории активных

радиолокационных систем .

 

 

 

 

Коэффициент различимости

т р (8 .2 7 )

характеризует

приемо­

индикаторный тракт ПРЛС и представляет

собой отношение

си г:т

нал/шум по мощности на входе

приемника,

 

минимально необходи­

мое для наблюдения цели с заданной вероятностью. Напомним, что отношение сигнал/шум может выражаться по мощности либо по на-

пряжению,

В первом случае -

 

это

отношение мощности полезного

сигнала к

мощности помехи

 

 

 

 

 

 

 

 

т -

Рс

 

(8 .3 1 )

 

 

 

 

 

ш

 

 

Отношение сигнал/шум по напряжению -

это отношение

амплитуды

полезного

сигнала

Uc к действующему

значению шума

i/Щ " :

 

 

а

-

Uc

 

(8 .3 2 )

 

 

 

 

 

 

г

Uc

2 РС

= 2777.

(8 .3 3 )

 

а -

-=-z- -

 

 

 

 

К

 

ш

 

 

 

Множитель 2 в формуле (8 .3 3 ) появляется вследствие то го , что квадрат амплитуды напряжения равен удвоенному значению мощно­ сти (выделяемой на сопротивлении I ом ); квадрат действующего значения помехи (дисперсия) равен ее мощности.

Отношение сигнал/шум остается постоянным в линейной части

приемника, но изменяется в

нелинейных

элементах-В приемном трак­

те ПРЛС имеется два таких

нелинейных

элемента: обычный детек­

тор, стоящий после УПЧ, УВЧ либо непосредственно во входной цепи, и накопительное (интегрирующее) устройство, включаемое перед индикатором ( р и с .8 .5 ) . Это устройство предназначено для сужения полосы частот принимаемого сигнала (без потери полез­