Файл: Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций).pdf

58

Целесообразность применения устройства того или иного вида зависит от сложности фильтра. Очень часто оптимальным фильтром для одной из фокальных плоскостей может служить небольшое от­ верстие или щель в непрозрачном экране. В то же время в другой фокальной плоскости требуется применять фильтр очень сложного вида. Этим и определяется выбор рациональной схемы оптической обработки.

Для формирования радиолокационного изображения в РСА можно применять как когерентные оптические системы, так и корреломет­ ры с некогерентнын источником. Однако преимущество бесспорно следует отдать первым.

Дело в том, что при использовании некогерентного источника на диапозитиве нельзя воспроизводить изображение с очень мел­ кой структурой. Такое изображение будет действовать как дифрак­ ционная решетка, по-разному преломляя лучи с разной длиной волны. В то же время по указанным ранее причинам первичная пленка должна быть до предела заполнена информацией. Этим и определяется необходимость применять для формировании радиоло­ кационного изображения земной поверхности оптические устройства дифракционного типа, работающие с монохроматическим когерентным источником св ета .

§ 4 . 2 . ПРИНЦИП ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Рассмотрим, как дифракционные принципы преобразования сиг­ налов используются для формирования радиолокационного изображе­ ния. Предварительно, для того чтобы охарактеризовать вид изо­ бражения сигналов, поступающего на систему оптической обработ­ ки, еще раз напомним, как производится запись на первичной пленке.

На экране электронно-лучевой трубки прочерчивается строка развертки дальности; яркость свечения экрана модулируется в соответствии с выходными сигналами приемника. Линия развертки проектируется оптической системой на фотопленку, которая про­ тягивается пропорционально движению носителя РЛС.

После химической обработки на пленке остается запись в виде примыкающих друг к другу строк дальности. Вдоль пленки воспро­ изводится перемещение РЛС, в поперечном направлении - расстоя­ ние до цели. При наблюдении одиночного объекта распределение

59

яркости в направлении, перпендикулярном строкам, воспроизводит

закон изменения сигнала в функции перемещения РЛС.

Характерная особенность записи сигналов фотографическим

способом состоит в том, что фотоизображение воспроизводит лишь однополярную записываемую величину. Прозрачность пленки или,

наоборот, количество отложившегося в ней темного слоя серебра изменяется от нуля в одном направлении. В то же время сигналы

когерентных РЛС и в том числе сигналы на выходе фазового де­ тектора дцуполярны.

Поэтому некоторое значение яркости фотоизображения условно

принимается за нуль. Более высокие уровни яркости считаются

положительными, меньшие - отрицательными.

К сигналам ( 2 .6 ) и (2 .7 ) на выходе фазовых детекторов до­

бавляется некоторая постоянная составляющая, т . е . записывается сигнал

Эти временные функции превращаются в пространственную пере­ менную, определяющую коэффициент пропускания света в текущей точке пленки. Для данного элемента дальности, где расположена цель, эта функция выражается*)

ВМ ) - kUe+ к Uco{xMx) cos у ( х М х )

или

8s(x)=kUQ+ kU$o(xMx)sin y ( х M J ,

гд е к - коэффициент передачи устройства записи;

Мх - масштаб записи сигнала на фотопленке в направлении

протяжки.

Пространственная частота колебаний прозрачности пленки

F[x) =

При отсутствии специальной амплитудной коррекции яркость зэсветов пропорциональна мощности сигнала, так как количество разложившегося химического вещества фотопленки пропорционально энергии светового облучения.

60

при постоянной скорости движения ленты пропорциональна частоте

цели, она изменяется примерно пропорционально этому отклонению.

Вид записи на фотопленке в пределах данного элемента дальности

Р и с .4 .5 . Огибающая видеосигнала когерентной РЛС и его запись на фотопленке

Таким образом, при фотозаписи электрический сигнал одиноч­ ной точечной цели преобразуется в пространственный сигнал, ко­ торый располагается вдоль пленки (координата х ) и на одном элементе дальности образует дифракционную решетку с переменным периодом. В дальнейшем мы будем рассматривать запись сигнала лишь в пределах этого элемента. Последующая обработка сигнала

(фильтрационного или корреляционного типа) осуществляется мно­ гоканальными спектроанализаторами или дифрактометрами. Много-

канальность этих устройств заключается в том, что каждый из указанных выше элементов дальности обрабатывается ими отдельно.

Принцип обработки поясним с помощью следующей упрощенной схемы рис.4 . 6 . Фотопленка с первичной записью сигнала одиноч-

61

v ной цели просвечивается параллельным пучком монохроматического с в е т а . Плоская световая волна, проходя через пленку, модулиру­ ется по интенсивности. При этом позади пленки можно найти та­ кую точку 0 , в которой вследствие явления дифракции световые

Р и с .4 .6 . Упрощенная схема оптической обработки сигналов

волны, приходящие как от положительных, так и от отрицательных

элементов записи, будут складываться в ф азе. В результате этого образуется оптическая модель процесса формирования радиолока­ ционного сигнала, т . е . расстояния (выраженные в длинах волн ),

которые проходят радиоволны между целью и перемещающейся РЛС,

световые сигналы одновременно всех элементов записи как бы про­

световые волны суммируются с разными фазами, перекрывают непроз­ рачным экраном.

Полезный, сжатый в точку 0 сигнал проходит через щель и соз­ дает засвет на другой фотопленке, предназначенной для фиксиро­ вания готового радиолокационного изображения. Фокусировка сигна­ ла в окрестности щели нарушается при небольших смещениях первич­ ной записи. Поэтому отметка цели на изображении, возникающая в процессе синхронной протяжки пленок, оказывается сжатой в на­ правлении движения.

Аналогичным' образом формируется изображение множества целей,

располагающихся вдоль данного элемента дальности. Последователь­ но, одна за другой, эти цели дают сжатые отметки, по мере того как в области щели оказывается сфокусированным сигнал первичной записи соответствующего объекта.

62

Подобная система обработки представляет собой известную

Рис. 4 .7 . Принцип формирования плоской волны (а ) с помощью линзы

прозрачными кольцевыми экранами. Тогда в плоскости экрана со стороны', противоположной источнику, будут действовать колеба­ ния, близкие к синфазным: фаза отдельных точек отличается не более чем на . Этот эквифазный колебательный фронт соз­ дает плоскую световую волну. Расходящиеся из точки 0 лучи на­

правляются после экрана параллельным пучком; система экрани­ рующих колец выполняет функции . линзы-конденсора.

63

Это же устройство может действовать в обратном направле­

нии, как собирательная линза: приходящие к линзе волны с пло­ ским фронтом собираются в фокусе 0 (рис.4 . 7 , б ) . Разумеется,

что линза не препятствует прохождению света и к другим точкам

плоскости 0 0 , однако здесь волны складываются с разными фазами.

Нетрудно заметить полную аналогию между распределением зон Френеля для радиоволн на прямолинейном пути движения РЛС и зон

Френеля на плоскости, образованных в результате дифракции све­ товых волн точечного источника. В этой плоскости можно найти прямую A ,A2 , представляющую собой модель линии пути РЛС. Рас­ пределение зон Френеля вдоль этой линии подобно записи сигна­

Френеля располагаются иначе. Так, например, если,первоначально

чив в нее линзу. Дело в том, что расстояние между первичной фотопленкой и пленкой для записи сформированного изображения,

располагающегося за экраном, должно быть очень большим. Пока­ жем это на примере. Пусть расстояние между соседними засветами

дывающимися в фазе, будет 10"^ радиан, а фокусное расстояние составит 0 ,5 м.

Если на пути лучей поставить собирательную линзу, то фо­ кусное расстояние можно уменьшить до конструктивно удобных размеров. Обратим внимание еще на одно обстоятельство. Опти­ мальным фильтром для элемента дальности является элементарный участок щели, иными словами ь точечное отверстие-это оптималь­ ный фильтр для изображения точечной цели ( р и с . 4 . 8 , 6 ) . Можно также воспользоваться фильтром, расположенным вблизи первичной