8.4. Поиск сигналов по угловым координатам, дальности и скорости

Поиск сигналов в радиолокационных и радионавигационных системах предшествует режиму точного измерения их параметров, несущих информацию о координатах и скорости объектов. Для РНС обычно заранее известно расположение опорных станций (радиомаяков) системы, поэтому на борту объекта, определяющего свое место, как правило, нет необходимости выяснять, присутствует ли сигнал того или иного маяка, в результате поиск сводится к грубому измерению РНП. Эта особенность отличает поиск сигналов в РНС от поиска сигналов радиолокационной цели, о наличии которой в зоне обзора в большинстве практических случаев заранее не известно. В связи с этим целесообразно сначала рассмотреть более общий случай РЛС, осуществляющей поиск сигнала в рабочей зоне, называемой в радиолокации зоной или сектором обзора.

Размеры рабочей зоны определяются предельными значениями измеряемых координат и скорости объекта, т.е. дальности (D_мин - D_макс), азимута (α_мин – α _макс), угла места (β_мин – β _макс) и радиальной скорости (v_гмин - v_гмакс). Протяженность каждого из этих интервалов удобно представить числом содержащихся в нем элементов разрешения по дальности, азимуту, углу места и радиальной скорости. В процессе обзора осуществляется проверка наличия цели в каждом из элементов разрешения, причем последовательность проверки задается методом (программой) обзора, выбор которого зависит от назначения РЛС. Станции обнаружения работают в режиме непрерывного обзора, в процессе которого производится не только обнаружение, но и измерение координат обнаруженных целей. В станциях точного измерения координат обзор прекращается при обнаружении цели, после чего станция переводится в режим точного измерения координат цели.

При выборе способа обзора РЛС учитывают размеры ее рабочей зоны, определяемые координаты и точность их измерения, разрешающую способность станции по дальности, скорости и угловым координатам, требуемое время обзора рабочей зоны, вероятность появления цели в различных участках рабочей зоны, затраты при техической реализации того или иного способа, его эксплуатационную надежность.

Основными параметрами, характеризующими эффективность выбранного метода обзора, являются среднее время до обнаружения цели и среднее время между соседними ложными обнаружениями (средняя частота ложных тревог).

Обзор элементов рабочей зоны РЛС может производиться последовательно во времени (последовательный обзор) или одновременно (параллельный или одновременный обзор). Применяется также комбинированный параллельно-последовательный метод обзора. При параллельном обзоре обработку сигналов осуществляют одновременно во всех элементах разрешения зоны обзора, поэтому обнаружение цели происходит сразу при ее появлении в зоне обзора РЛС. Однако малое время обзора при параллельном способе достигается существенным усложнением оборудования, поэтому при допустимом времени обзора рабочей зоны РЛС используют и более простые в реализации методы последовательного и параллельно-последовательного обзора.

Обзор рабочей зоны по дальности происходит в процессе распространения сигнала до цели и обратно. При расположении цели на максимальной дальности D_макс время от излучения до приема отраженного сигнала τ_Dмакс =2 D_макс /с. За это время происходит просмотр всех элементов разрешения по дальности при определенном положении ДНА станции. Обработка сигналов, соответствующих всем N_D элементам разрешения, за время τ_Dмакс требует создания сложной N_D -канальной системы обработки, что не всегда целесообразно, поэтому чаще используют значительно меньшее число каналов обработки k<N_D. Такая параллельно-последовательная обработка сигналов связана с энергетическими потерями, поскольку время накопления в каждом из k перестраиваемых каналов уменьшается в N_D/k раз по сравнению с временем накопления в каналах при одновременной обработке в N_D каналах. Таким образом, снижение аппаратурных затрат приводит к ухудшению качественных показателей системы, и при ее проектировании задача состоит в отыскании наилучшего решения с учетом всех существенных факторов.

Обзор рабочей зоны по радиальной скорости необходим, если ширина спектра сигнала ∆f_и, меньше диапазона возможных изменений доплеровского смещения частоты:F_vмакс –F_vмин =2(V_rмакс –V_rмин )/λ_и >∆f_и

При этом в системе обработки сигнала должно быть предусмотрено Nv частотных каналов (фильтров) (при одновременной обработке) или один перестраиваемый в диапазоне Fv мик — Fv макс фильтр с полосой пропускания не более заданного разрешаемого интервала по частоте ∆F_vмин (при последовательной обработке). Последовательный обзор по скорости также связан с энергетическими потерями и может быть использован при сильных сигналах, например в системах с активным ответом.

Обзор рабочей зоны по угловым координатам также может быть параллельным, последовательным или параллельно-последовательным. При параллельном обзоре РЛС должна иметь N_αβ = N_α N_β угловых каналов, т. е. N_αβ -лучевую ДНА, перекрывающую всю зону обзора с соответствующим числом приемных каналов. Если заданный сектор обзора не очень широк, то при излучении может быть использована однолучевая ДНА, перекрывающая весь сектор.

Если заданы широкий сектор обзора и высокая разрешающая способность по угловым координатам, то число лучей и каналов обработки становится слишком большим, а система — трудноосуществимой. В этом случае применяют последовательный одноканальный (или параллельно-последовательный) метод обзора со сканированием (развертыванием) луча по всей зоне обзора. Последовательный обзор проще и дешевле реализуется, однако не всегда приемлем из-за низкой скорости поступления информации, поскольку скорость обзора ограничена временем τ_Dмакс =2 D_макс /с, в течение которого ДНА должна быть направлена на объект для того, чтобы принять хотя бы один отраженный целью сигнал. Таким образом, время однократного обзора всей зоны обзора не может быть меньше T₀ ≥ τ_Dмакс N_αβ.. Для обнаружения слабых сигналов (например, от целей, расположенных на расстояниях, близких к D_макс) требуется их накопление, что ведет к снижению скорости обзора. Если в импульсной РЛС для обнаружения цели необходимо накопление .N импульсов, то время обзора возрастает в N раз, поскольку период повторения излучаемых импульсов Тп задан условием однозначного измерения дальности T_n ≥ τ_Dмакс