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: 69
Скачиваний: 0
32
ма корреляционного приема (р и с.2 .1 3 ) , где указаны также услов ные обозначения элементов, выполняющих различные операции.
При обработке сигналов по промежуточной частоте согласован ными фильтрами проблема учета начальной фазы сигнала решается
Р и с .2 .1 3 . Схема корреляционной обработки сигнала с неизвестной начальной фазой
Р и с .2 .1 4 . Согласованный фильтр для обработки сигналов с неиз вестной начальной фазой
значительно проще. Выходной эффект фильтра практически не за висит от начальной фазы входного сигнала. Изменение ее значе ния приводит лишь к небольшим временным сдвигам выходного сиг нала. Если же после фильтра включен детектор, выделяющий оги бающую выходного напряжения (р и с.2 .1 4 ) , то для любых постоян ных фазовых сдвигов входного сигнала выходной эффект будет одинаков.
33
§ 2 . 5 . ОПТИМАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ ПО ВИДЕОЧАСТОТЕ
Обычно в системах формирования радиолокационного изображе ния сигналы когерентной РЛС обрабатывают не по высокой или про межуточной частотам , а по видеочастоте - после фазовых детекто ров.
Для определения структуры видеоустройств когерентной обра
ботки |
выразим величину |
Q |
в формуле |
(2 .1 8 ) |
через ортогональ |
|||||||||
ные составляющие сигналов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Представим формулы ( 2 . В ) |
и (2 .1 5 ) |
в |
виде |
|
|
|||||||||
|
c ( t ) - |
C(t)cO$(Ji)t |
+ s ( t ) |
sineLit |
' . |
|
(2 .1 9 ) |
|||||||
|
s ( t ) - |
S(t) c o s c o t |
+ C(t) sin |
cut |
, |
|
(2 .2 0 ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c(t) |
= |
A (t)e o s |
сj>K ( t ) |
|
|
|
|
|
(2 .2 1 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s ( t ) |
= |
A ( t ) s in |
(fe ( b ) |
|
|
|
|
|
(2 .2 2 ) |
|||
- |
амплитуды |
ортогональных |
составляющих априорного |
сигнала. |
||||||||||
Аналогичным образом может быть выражен принимаемый сигнал: |
||||||||||||||
u(t) = u (t)cos |
co£ + (j?(fc)J= |
Uc ( t ) cos cot - |
Us (t) sin со t |
, (2 .2 3 ) |
||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uc (t) = U(t) cosep(t) |
|
, |
|
|
|
(2.2A ) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tfs ( t ) = |
U (t) sL n cp (t) |
|
|
|
|
|
(2 .2 5 ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
напряжения принимаемого сигнала |
на |
выходе |
фазовых детек |
||||||||||
торов |
с ортогональными |
опорными |
напряжениями. |
|
|
|||||||||
Подставляя |
выражения |
( 2 .1 9 ) , |
( 2 .2 0 ) , |
(2 .2 3 ) |
в формулы |
|||||||||
(2 .1 6 ) |
и (2 .1 7 ) |
и производя тригонометрические |
преобразования, |
|||||||||||
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34
<?с = |
(t)cos2cc td i t jc ( t) l£ ( t) |
cos cut-sin a ii d ! t - |
|
о |
0 |
|
|
г |
r |
|
|
- j s(t) Ucit)sinu)t coscotd t + j |
s(t) U&(t)s£nV>t d t |
; |
|
о |
о |
|
|
T |
T |
|
|
qs=j |
5(t)Uc(t)cosZwtdt- | s(t)Uc(t) coscot sinwtdt |
+ |
|
о |
0 |
|
|
т |
r |
|
|
+ j C(t)[£(t)coscotsinwtdt + j c(t)[f(t) sinW t . .
( 2 .2 6 )
( 2 .2 7 )
Для того чтобы упростить эти выражения, рассмотрим слагае
мые, в которые входят ортогональные составляющие одинакового
вида (например, C(t), Uc (t) или 5 (t),Us (t) ) :
г |
' |
г |
|
Т |
|
|
|
\clt)uc cas2(otdt=-t\c(t)U c(t)d t |
i |
j ^C(t)uc (t) c°s 2со t d t . |
(2 .2 8 ) |
||||
о |
|
о |
|
0 |
|
|
|
Поскольку интегрирование колебательного члена за |
время |
Т |
, во |
||||
много раз |
превышающее период |
^ |
, дает ничтожный результат, |
||||
его влиянием можно пренебречь. По той же причине из формул |
|
||||||
(2 .2 7 ) и |
(2 .2 8 ) |
могут быть исключены слагаемые, |
в которые |
вхо |
|||
дит сомножитель struct cosedt. |
|
|
|
|
|
||
Таким образом, можно записать |
|
|
|
||||
|
т |
|
т |
|
|
|
|
|
Qc * :~ \ c(t)U c ( t ) d t i - ^ S { t ) U s ( t ) d t , |
|
(2 .2 9 ) |
||||
|
°т |
|
V |
|
(2 .3 0 ) |
||
|
J S(f lUc( t ) d t - j |
]C(t)Us ( t ) d t . |
|
||||
|
о |
|
|
о |
|
|
|
Выражения (2 |
^ 9 ), (2 .3 0 ) |
и (2 .1 9 ) однозначно |
определяют |
||||
структуру системы обработки сигналов. Как следует из этих вы ражений, схема обработки должна состоять из четырех каналов,
в каждом из которых перемножаются соответствующие ортогональ ные составляющие, а затем производится интегрирование за время наблюдения цели Т . Величины,,накопленные в отдельных кана-
35
л ах , складываются попарно алгебраически, а затем суммируются в квадратуре (р и с .2 .1 5 ).
СШ
a -а
Р и с.2 .1 5 . Схема обработки сигналов по видеочастоте
Из вышеизложенного сл едует, что при обработке сигналов со
случайной начальной фазой в видеотракте требуется использовать
четырехканальное устройство как |
при корреляционном приеме, так |
||||
и при оптимальной фильтрации. |
|
|
|
|
|
Важная особенность |
сигнала когерентной РЛС со сфокусирован |
||||
ной антенной состоит в |
том, что |
изменение |
фазы сf ( t ) |
за |
время |
радиолокационного наблюдения во |
много рай |
превышает |
2 я |
. По |
|
этому оценка интенсивности отражений различных точек зоны об зора для получения радиолокационного изображения, в принципе,
может быть выполнена с использованием лишь одного из напряже ний uc( t ) , us ( t ) .
Разум еется, что энергия полезного сигнала при этом умень шается вдвое.
Таким образом, допуская определенные энергетические потери,
можно в схеме ри с.2 .1 5 исключить элементы, предназначенные для
36
C( t)
S ( t )
Рис.2 .1 6 . Упрощенная схема обработки сигналов по видеочастоте
одной из ортогональных составляющих, и мы получим упрощенную схему когерентной обработки сигналов по видеочастоте, представ ленную на р и с .2 .1 6 . Дальнейшее упрощение схемы - переход к од ному каналу - приведет к ослаблению или полной потере изобра жений некоторых точечных целей.
3?
Г л а в а 3
КОГЕРЕНТНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ С УЧЕТОМ ИХ ПОЛЯРИЗАЦИИ
§ 3 . 1 . ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛОВ
Поляризационные характеристики радиоволн являются важным дополнительным источником информации о целях, содержащейся в
отраженном сигнале.
Напомним некоторые сведения о параметрах поляризации.
В качестве наиболее общего случая регулярного электром аг-'
нитного колебания обычно рассматривается плоская эллиптическая
поляризованная волна. Напряженность поля такой волны может быть представлена вектором £ ( t ) , который вращается с угловой скоростью ц) и описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Э . д .с ., наводимая этим полем в
антенне с линейной поляризацией, пропорциональна проекции век тора E (t) на плоскость поляризации антенны.
Эллиптически поляризованная волна может быть представлена
как результат суперпозиции двух волн, распространяющихся в том же направлении и поляризованных в пересекающихся плоскостях.
Удобно рассматривать ортогональные плоскости поляризации. В
общем случае колебания в этих плоскостях имеют произвольный
сдвиг ф аз; однако существует |
такое положение плоскостей, при |
|
котором ортогональные в пространстве линейно поляризованные |
||
волны будут ортогональны И во |
времени. Эти направления соответ |
|
ствуют главным осям эллипса поляризации. |
||
Если распространение радиоволн происходит вдоль оси прямо |
||
угольной системы координат o x y z |
, то эллиптически поляризо |
|
ванное колебание с частотой |
lo |
выражается составляющими |
Ех ^ = Ex cos |
+ tf ) ? |
• |
( 3 .1 ) |
38
E ( t ) = Г cos (out + ср + (fj) |
( 3 .2 ) |
да
иполностью определяется четырьмя параметрами: амплитудами
£,£ и фазами у , с|> + <|> . Однако ве все эти параметры харак
теризуют поляризацию. Одинаково поляризованными называются вол ны, у которых эллипсы поляризации подобны и одинаково ориенти рованы. Абсолютное значение амплитуд, влияющее лишь на величи
ну эллипса поляризации, |
и начальная фаза у , одинаковая для |
обеих составляющих, не |
являются поляризационными характеристи |
ками.
Следовательно, состояние поляризации плоской радиоволны
можно полностью определить двумя параметрами. В качестве таких
параметров могут |
служить отношение амплитуд и= | ^ - и сдвиг |
||
фаз <р |
ортогональных |
составляющих; отношение амплитуд часто |
|
заменяют |
углом |
= arctcj |
. |
Поляризация может |
быть также задана величинами, непосред |
|||
ственно |
определяющими |
форму и ориентацию эллипса: отношением |
||
главных |
осей эллипса |
или углом |
J . = arc to — |
и углом |
наклона |
главной оси |
а ( р и с .3 .1 ). |
a |
|
39
Для наглядного представления всех возможных видов поляриза
ции и их преобразований в процессе передачи, приема и распро странения радиоволн пользуются пространственной диаграммой, ко торая называется сферой Пуанкаре, Каждому виду поляризации со ответствует точка на сфере, определяемая углами 2 р и 2d. , как долготой и широтой на земной поверхности (р и с .3 . 2 ) . Долгота'
отсчитывается от начального диаметра HV , который лежит в экваториальной плоскости сферы и соответствует заданной ориен тации осей х , у системы координат.
Положение точки М , определяющей поляризацию, может быть
задано и другими параметрами. В частности, длина дуги большого
круга между началом отсчета И и точкой |
|
состояния поляриза |
|||
ции М равна удвоенному параметру |
j- |
, |
а |
угол между |
этой ду |
гой и экватором равен сдвигу фаз между ортогональными |
состав |
||||
ляющими поля, направленными по осям |
х |
, |
у |
выбранной системы |
|
координат. |
|
|
|
|
|
Точки экватора на сфере Пуанкаре характеризуют линейную поляризацию, совпадающую с осью х ; линейной поляризации в