2.2. Особенности измерения доплеровской частоты в системе дисс

2.2.1. Особенности измерения доплеровской частоты

При ра­боте ДИСС доплеровский спектр отраженного сигнала даже при непрерывном излучении передатчика не является монохроматическим. Действительно, в реальной системе луч ДНА имеет конечную ширину, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. В связи с этим на местности освещается участок П_осв, содержащий множество хаотически рас­пределенных отражателей (см. рис.2.5). Участки, облучаемые под одним и тем же углом В_i к вектору скорости , будут иметь одну и ту же доплеровскую частоту согласно формуле (2.1).

Из этой же формулы видно, что геометрическим местом рас-сеивателей, сигналы от которых имеют одинаковую f_д, является линия пересечения с земной поверхностью конуса, ось которого совпадает с направлением вектора , а угол при вершине равен 2В. Такая линия называется изочастотной. При горизонтальном полете это гипербола с осью симметрии, совпадающей с линией пути.

Облучаемая площадка, как видно из рис. 2.5, содержит мно­жество изочастотных линий, каждой из которых соответствует свое значение угла В_i. Тогда заданному постоянному значению горизон­тальной скорости объекта должен соответствовать спектр частот отраженного сигнала, определяемый выражением

Чтобы определить характер распределения мощности такого спектра, сделаем ряд упрощающих предположений: считаем диаграм­мы направленности передающей и приемной антенн симметричными и одинаковыми; в пределах малых углов раствора антен­ного луча можно не учитывать различие энергий элементарных отраженных сигналов, связанное с различием расстояний до соответствующих участков отражающей площадки; будем считать коэффициенты обратного рассеяния всех участков отражающей площадки одинаковыми.

Рис. 2.5. Образование доплеровского спектра

При этих условиях энергия отраженного сигнала будет определяться только усилением антенны, т.е. ее полярной диаграммой направленности. В тех случаях, когда отражающий участок П_осв (обычно имеющий удлиненную форму) находится под каким-либо углом к изочастотным линиям, форма спектра S_д (f) определяется раскрывом ДНА в двух плоскостях. Если участок П_осв расположен вдоль изочастотных линий, как это представлено на рис. 2.5, то форма спектра определяется диаграммой направленности луча антенны в плоскости углов В (проходящей через ось луча и вектор путевой скорости). Такая ДНА может быть аппроксимирована кривой Гаусса

, (2.18)

где В₀ – угол, соответствующий оси симметрии луча антенны в плоскости x0y, а - эффективная ширина ДНА. Тогда спектр отраженного сигнала может быть записан

, (2.19)

где S_{f до} - значение спектра на средней частоте ; Δf_д – эффективная ширина спектра.

Ширина доплеровского спектра по уровню половинной мощности в случае непрерывного излучения определяется приближенно

, (2.20)

где - ширина луча антенны в плоскости углов В.

При полете объекта над сушей максимум огибающей доплеровского спектра практически совпадает с частотой , соответствующей осевому углу В₀. (см. рис.2.5). Спектр можно считать симметричным, так как отражательная способность всех участков облучаемой площадки П_осв одинакова.

При полете над морем картина изменяется. Как видно из рис. 2.6, отражательная способность σ₀ морской поверхности резко убывает при уменьшении угла падения В. Поэтому в пределах облучаемой площадки она будет уменьшаться с уменьшением угла В.

Соответственно при полете над морем кривая распределения энергии доплеровского спектра деформируется, как показано на рис. 2.7. При этом центр тяжести огибающей смещается относительно час­тоты в сторону более низкой частоты .

При определении скорости по средней частоте доплеровского спектра это дает ошибку ( f_д0 - f ^/_д0 ) за счет "морского эффекта".

дБ

10 lg σ₀

Море, волнение

7-8 баллов;

волнение 1 балл;

лес

трава

0

5

10

1

-20

-25

В

50 60 70 80 90

Рис. 2.6. Зависимость σ₀ (удельной ЭПР) от угла визирования и степени морского волнения

Рис. 2.7. Искажения доплеровского спектра при полете над морем при волнении 4 балла

При практически применяемых в доплеровских системах углах падения В=60°... 70° ошибка за счет "морского эффекта" имеет величину около 1%, уменьшить ее можно путем сужения ДНА в плоскости, перпендикулярной изочастотным линиям. Однако, в ДИСС использован более практичный метод, заключающийся в измерении σ₀ и автоматическом учете поправки при вычислении .