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
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