1.2.3. Деформация спектра сигнала биений в рв с чм при

некогерентном рассеянии от шероховатой поверхности

В случае отражения от шероховатой поверхности с крупными неровностями, для которых отношение , зеркальная (когерентная) компонента близка к нулю и в отраженном сигнале присутствует в основном некогерентная составляющая . Тогда поверхность представляют в виде модели из набора отдельных независимых парциальных отражателей, от каждого из них сигнал отражается со своей задержкой, амплитудой и фазой. Суперпозиция отдельных парциальных сигналов в приемнике РВ дает результирующий отраженный сигнал.

Рассмотрим сначала упрощенно, как выглядит спектр сигнала биений для отраженного ЛЧМ импульса при вертикальном облучении шероховатой поверхности. Сигнал биений представляет собой сумму импульсов примерно одинаковой длительности, но имеющих разную частоту заполнения. Импульсы, соответствующие участкам поверхности, расположенным на большей дальности, имеют большую частоту заполнения, но их мощность постепенно ослабляется с ростом дальности за счет эквивалентного действия ДНА радиовысотомера и представляет сумму спектров, каждый их которых расположен на своей частоте и имеет огибающую вида , (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Упрощенное представление процесса формирования спектра биений одиночного ЛЧМ импульса при отражении от шероховатой поверхности

Суммарный спектр сигнала отличается от аналогичного спектра для точечной цели наличием «хвоста» и изменением переднего фронта. Длительность переднего фронта огибающей спектра биений стремится к величине, определяемой шириной главного максимума спектра биений в случае точечной цели. Наличие крупных неровностей поверхности, величина которых соизмерима с интервалом разрешения зондирующего импульса, приводит к размытию переднего фронта сигнала биений. Наименьшее значение частоты биений в приведенном спектре соответствует участку поверхности вблизи нормали к поверхности. При облучении поверхности периодической последовательностью импульсов с ЧМ или непрерывным сигналом с ЧМ спектра биений становится линейчатым.

Усредненный нормированный спектр биений для каждого парциального отраженного сигнала зависит в этом случае от наклонной дальности от РВ до отражателя.

3. Анализ ошибок измерения высоты в радиовысотомерах с чм

1.3.1. Характеристика основных источников ошибок

Поскольку бортовые радиовысотомеры используют сигнал, отраженный от протяженной статистически неровной поверхности, то в результате возникают специфические ошибки в измерении высоты. Их можно разделить на три составляющие: ошибки, вызванные смещением средней оценки измеряемой высоты (смещение оценки), флуктуационные и динамические ошибки [4].

Смещение оценки. Существует две причины возникновения этой ошибки. Первая состоит в том, что отраженный сигнал формируется от большого участка поверхности и в нем заложена информация не только о высоте полета H, но и о различных наклонных дальностях в пределах облучаемой зоны. Смещение оценки H при этом зависит от статистических свойств отражающей поверхности, ДНА, параметров зондирующего сигнала и способов обработки принятого сигнала. Различают локальный и интегральный способы обработки отраженного сигнала. В первом случае обрабатывается часть отраженного сигнала, приходящая от участков поверхности в окрестности нормали H (левый склон огибающей спектра сигнала биений), во втором – определяется центр тяжести огибающей спектра биений. Измеренное тем или иным способом значение времени запаздывания будет смещено относительно истинного . Если бы на борту ЛА имелась информация об облучаемой поверхности, то указанные отклонения в среднем можно было бы скомпенсировать. Над неоднородной местностью средние значения отмеченных задержек становятся случайными и их невозможно учесть и скорректировать.

Вторая причина возникновения смещения оценки H вызвана эволюциями ЛА по крену и тангажу. Отклонение оси ДНА от вертикали на угол приводит к изменению измеренной задержки отраженного сигнала, поэтому показания РВ будут соответствовать наклонной дальности вместо истинной высоты H.

Распределение ошибок, вызванных смещением средней оценки, может иметь произвольную форму, поэтому при проектировании задают их максимально возможную и среднюю величину.

Флуктуационные ошибки. Уровень флуктуационных ошибок определяется параметрами зондирующего сигнала, соотношением сигнал/шум, параметрами аппаратуры и шириной спектра флуктуаций входного сигнала. Ширина спектра флуктуаций зависит от статистических свойств поверхности, ДНА, скорости движения ЛА и параметров зондирующего сигнала.

Смещение средней оценки и флуктуационные ошибки можно характеризовать общим нестационарным законом распределения с переменной дисперсией и переменным средним значением. Исходя из такого представления, при проектировании РВ полную ошибку задают на некотором интервале от до с определенной вероятностью.

Динамические ошибки. Причина их возникновения заключается в инерционности измерителя по отношению к изменениям измеряемого параметра и в смещении частоты биений на частоту Доплера .