2368

Наибольшую трудность в аппаратурной реализации оптимальной обработки сигнала (рис. 7.11) представляет обеливающий фильтр Обл Ф. Поэтому его обычно заменяют устройствами подавления или режекции, отходя от оптимальной схемы устройства (рис. 7.12 и 7.13 соответственно).

ОПФ1 – оптимальный фильтр для одиночного импульса, ГПФ – гребенчатый фильтр подавления, Д – детектор, Нак – накопитель импульсов.

Рис. 7.12. Устройство подавления

Рис. 7.13. Устройство режекции

УПЧ – усилитель промежуточной частоты, ОПФ1 – оптимальный фильтр для одиночного импульса, Д – детектор, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, РФ – режекторный фильтр, Нак – накопитель импульсов, ПУ – пороговое устройство.

При использовании схемы рис. 7.13 не требуется настройка накопителя на скорость объекта, достаточно настроить гребенчатый фильтр подавления на среднюю скорость помехи.

111

Контрольные вопросы к главе VII

1.Что такое управляемый пассивный рассеиватель?

2.Какие выделяют виды управляемых пассивных рассеивателей по типу конструкции?

3.Как влияет эффективная поверхность рассеяния на параметры управляемого пассивного рассеивателя?

4.Опишите сферу применения различных типов управляемых пассивных рассеивателей.

5.Какие виды управляемых пассивных рассеивателей осуществляют амплитудную модуляцию, а какие – фазовую?

6.Какие виды помех необходимо учитывать при синтезе приемника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя?

7.В связи с чем в системах связи требуется синтез приемников-обнаружителей?

8.Как моделируется целевая функция алгоритма обработки сигнала на фоне помех?

9.Какие критерии наиболее часто используются при оценке качества работы радиоприемников?

10.Для решения каких технических задач могут быть использованы приемники для обнаружения сигналов с фазовой модуляцией?

11.В чем проявляется аналогия сигналов, излученных управляемыми пассивными рассеивателями с радиолокационными сигналами?

112

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

История исследований фигуры Земли

Изучением формы и внешнего гравитационного поля Земли занимается наука геодезия. Геодезические данные используют при составлении точных карт земной поверхности, а также в астрономии, поскольку основные параметры фигуры и гравитационного поля Земли являются фундаментальными астрономическими постоянными, и в геофизике, поскольку эти параметры дают сведения о распределении плотностей внутри Земли

Основной задачей геодезии является определение положения точек, связанных с Землей, в единой системе координат. Для решения этой задачи в геодезии используют следующие физические методы измерений:

триангуляции,

линейных измерений,

астрономических измерений,

нивелирования,

измерения силы тяжести,

спектральные.

Всвязи с постоянным прогрессом в науке, технике и технологиях повышаются требования, предъявляемые к точности геодезических данных.

Самые общие представления о фигуре и гравитационном поле Земли и о связи их между собой и с внутренним строением Земли были получены еще в XVIII в. Ньютоном, Гюйгенсом и Клеро на основе теории тяготения и некоторых предположений о законах распределения масс внутри Земли. Первоначально определение основных параметров и фигуры Земли сводилось к установлению размеров и формы эллипсоида вращения или трехосного эллипсоида, наиболее подходящих к фигуре Земли, а также нормальных формул распределения силы тяжести, соответствующих выбранной фигуре. Интересен тот факт, что

113

разработка теории фигуры Земли далеко опережала практические возможности ее приложения. Например, метод Стокса, предложенный в 1849 г., нашел применение лишь в 30- е годы XX в., важные формулы градусных измерений для метода проектирования, предложенные русским ученым Ф.А. Слудским в 1888 г. нашли применение еще позже.

Последующий прогресс был связан как с развитием теоретических исследованийv так и с расширением геодезических и гравиметрических работ в начале XX в в Европе, США, Южной Африке, Японии и Индии.

ВРоссии также проводились научные исследования. в результате которых была проложена большая дуга градусных измерений или гравиметрическое исследование Кавказа и Средней Азии В. Я. Струве, были исследованы гравитационные аномалии подмосковья Б. Я. Швейцером и П. К. Штернбергом, фигуры геоида в Ферганской долине И.И. Померанцевым. В то же время огромные территории оставались геодезически и гравиметрически неизученными.

В1928 г. Ф.Н. Красовский предложил программу общей гравиметрической съемки. По стройности построения, однородности и точности она является лучшей в мире. Надлежащая точность была обеспечена не только правильной постановкой полевых измерений, но и строгой обработкой созданной на их основе геодезической сети.

При огромных пространствах СССР традиционный метод обработки геодезических построений путем их проектирования с помощью нивелирных высот на поверхность геоида и последующего развертывания на избранном в качестве математической модели Земли эллипсоиде – референц-эллипсоиде – вел к неоправданным значительным деформациям сети. Уже первые вычисления уклонений отвеса

ифигуры геоида показали, что принятый ранее для обработки триангуляции референц-эллипсоид Бесселя ни по размерам, ни по ориентировке не подходит к территории СССР, и его применение привело бы к неоправданным осложнениям при уравнивании триангуляции и последующем ее использовании.

114

Ф.Н. Красовский и А.А. Изотов разработали методы определения размеров, сжатия и элементов ориентирования нового земного эллипсоида

Поэтому перед проектированием триангуляции СССР

на выбранный эллипсоид Ф. Н. Красовским и А. А. Изотовым в 30-х годах была проведена многолетняя работа по определению размеров, сжатия и элементов ориентирования нового земного эллипсоида.

При этом были использованы материалы астрономогеодезических измерений на территории СССР, Западной Европы и США. Найденные для территории СССР

гравиметрические уклонения отвеса впервые были использованы для исключения из астрономо-геодезических уклонений местных влияний. При условии минимума суммы квадратов остаточных уклонений отвеса были получены элементы эллипсоида, названного эллипсоидом Красовского (большая полуось 6 378 245 м, сжатие 1 : 298,3), которые, как подтверждают новейшие данные, оказались достаточно представительными для Земли в целом.

Новая карта геоида была использована для выбора наилучших элементов ориентирования эллипсоида Красовского и установления в 1942 г. исходных дат принятой в

СССР системы геодезических координат. В 1942 – 1945 гг. под руководством Д. А. Ларина было выполнено уравнивание образовавшегося к тому времени массива астрономогеодезической сети.

Фундаментальные исследования гравитационного поля с использованием 26 000 пунктов, из них около 65% на территории СССР, принадлежат И. Д. Жонголовичу (1952). Он произвел разложение силы тяжести по сферическим функциям до 8-го порядка и составил по результатам разложения наиболее обстоятельную для того времени мировую карту высот геоида. Работа И. Д. Жонголовича оказала большое влияние на методику последующих исследований гравитационного поля Земли.

Результаты исследований И. Д. Жонголовича им же и

115

другими авторами были, в частности, использованы для исключения влияния наиболее общих «планетарных» особенностей фигуры Земли из астрономо-геодезических данных (уклонений отвеса, высот геоида или его кривизны), используемых при определении размеров Земли с помощью формул градусных измерений. Это весьма существенно повысило точность решения задачи о размерах Земли.

Основные затруднения традиционной теории, предложенной Д. Стоксом, П. Пицетти, А. Пуанкаре, Ф. Венинг-Мейнесом и другими, состоят в том, что она разработана для того случая, когда геодезические и гравиметрические измерения выполнены на уровневой поверхности, охватывающей все притягивающие массы. За такую поверхность обычно принимают поверхность геоида. В связи с этим возникает сложная задача регуляризации Земли, т.е удаления или перемещения масс, находящихся выше уровня моря, и приведения измерений, которые проведены на весьма сложной поверхности континентов, на уровень моря. Задача эта принципиально неразрешима, если неизвестно точное распределение плотностей масс и аномалий вертикального градиента силы тяжести выше уровня моря.

В 30-е годы Н. В. Моисеев, Н. Р. Малкин, М. С. Молоденский пытались обойти возникшие затруднения, построив теорию определения геоида нерегуляризированной Земли. Однако М. С. Молоденский (1945) сумел показать, что формулы этих авторов приводят к совершенно тому же результату, который получается, если применить регуляризацию Земли.

Принципиально иной метод изучения фигуры Земли, свободный от гипотез о ее внутреннем строении, был опубликован М. С. Молоденским в той же работе. Им впервые было предложено использовать геодезические измерения и гравиметрические данные для определения не геоида, а внешнего гравитационного поля и фигуры физической поверхности Земли, т.е. той поверхности, на которой выполнены измерения. Расстояние этой поверхности от

116

некоторого отсчетного эллипсоида представлено как сумма нормальной высоты и аномалии высоты. Для определения нормальной высоты достаточно знать разность геопотенциалов в точках физической поверхности и на уровне моря. Аномалия высоты близка к высоте геоида, но выгодно отличается от нее тем, что для ее определения достаточно знать возмущающий потенциал лишь в точках физической поверхности Земли. М. С. Молоденский вывел интегро-дифференциальное и интегральное уравнения для определения аномалий высот по измерениям силы тяжести. В последующих работах (1945 – 1962) он исследовал эти уравнения и разработал методы их решения с любой заданной точностью. Были также получены формулы для вычисления гравиметрических уклонений отвеса и постоянных Стокса. Теоретические выводы были проверены В. Ф. Еремеевым и М. И. Юркиной на моделях и практически испытаны в горных районах.

В 1950 г. М. С. Молоденским была доказана принципиальная возможность изучения фигуры физической поверхности Земли геометрическим методом, а в дальнейшем изложена теория геометрического метода с применением вместо геодезических линий на эллипсоиде хорд, соединяющих точки физической поверхности или их проекции на эллипсоид.

Тем самым им были даны принципы пространственной, или трехмерной, геодезии.

117

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Классификация радиоволн по диапазону частот

Радиоволны – это электромагнитные волны в диапазоне частот от 3 кГц до 300 ГГц, свободно распространяющиеся на естественных трассах. Они широко используются в системах радиосвязи, телевидения, радиолокации, радионавигации, спутниковой связи, телеметрии и многих других областях. В соответствии с особенностями построения передающей и приемной аппаратуры, областями использования и особенностями распространения, а также в соответствии с Регламентом радиосвязи, принятым Международным Консультативным Комитетом по Радио (МККР), радиоволны разделены на диапазоны (таблица).

Классификация радиоволн по диапазону частот

Продолжение таблицы

Такое разделение на диапазоны было предложено на заседании IV международного комитета по радиосвязи и телевидению (Бухарест, 1937 г.) и утверждено в 1947 году на международной конференции по радиосвязи (Атлантик-Сити, США).

Приведенные в таблице диапазоны длин волн называются: сверхдлинные волны (СДВ), длинные волны (ДВ), средние волны (СВ), короткие волны (КВ), метровые волны

119

(МВ), дециметровые волны (ДМВ), сантиметровые волны (СМВ), миллиметровые волны (ММВ). Соответствующие им частотные диапазоны называются: очень низкие частоты (ОНЧ), низкие частоты (НЧ), средние частоты (СЧ), высокие частоты (ВЧ), очень высокие частоты (ОВЧ), ультравысокие частоты (УВЧ), сверхвысокие частоты (СВЧ), крайне высокие частоты (КВЧ). Диапазоны волн от метровых до миллиметровых относят к ультракоротким волнам. Английские названия диапазонов частот полностью аналогичны русским:

Very Low Frequency, Low Frequency, Middle Frequency, High Frequency, Very High Frequency, Ultra High Frequency,

Extremely High Frequency. В последнем столбце таблицы показано основное применение рассмотренных частотных диапазонов. Распределение частот между радиослужбами в диапазоне частот от 9 кГц до 275 ГГц в Российской Федерации утверждено постановлением Правительства № 439-23 от 15.07.2006.

Существуют и внесистемные обозначения частотных диапазонов, например, AM, FM.

Каждый частотный диапазон имеет свои особенности распространения, но резких отличий в изменении условий распространения радиоволн на границах соседних диапазонов не существует.

Радиотехника развивается с неуклонной тенденцией к освоению все более высокочастотных диапазонов. Это связано с необходимостью создавать высокоэффективные антенные системы, концентрирующие энергию в пределах узких телесных углов. Антенны с узкой диаграммой направленности должны иметь поперечные размеры, многократно превышающие рабочую длину волны. Сделать зеркальную антенну размером, предположим 40λ, гораздо проще в миллиметровом диапазоне, чем, например, в дециметровом. На более высоких частотах легче сделать высокоскоростные каналы связи. Кроме того, в высокочастотных диапазонах удается проще реализовать большое число радиоканалов с взаимно не пересекающими полосами частот.

120