Литература / Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы (1990)

Asiny

Тогда

2ir0Asiny

постоянен и не превышает значения аЛ/2. Следовательно, сектор обзора ® = аЛ+2у. Обзор заданного сектора осу­ ществляют за один оборот ДНА, поэтому

2л 2nAsiny

(11.9)

Коническое сканирование чаще всего используют в ре­ жиме точного автоматического измерения угловых коор­ динат цели равноеигнальным методом.

В некоторых типах РЛС применяют методы обзора с более сложными траекториями движения диаграмм и, в частности, методы, являющиеся комбинацией рассмотрен­ ных, например растровый обзор (рис. 11.3), при котором ДНА отклоняется так же, как луч в кинескопе телевизора при образовании строчной развертки; такой способ обзора носит название строчного (растрового) или зигзагообраз­ ного. Время обзора в этом случае

Управление движением ДНА при больших углах сканирования чаще всего осуществляют путем механического качания или вращения всей антенной системы, а сканиро­ вание в небольших преде­ лах—путем качания или вра­ щения (например, при кони­ ческом обзоре) облучателя или рефлектора антенной си­ стемы. При мехашгческих ме­ тодах сканирования моменты

251

Радикального повышения скорости обзора можно достигнуть лишь при использовании многоканальных методов обзора в сочетании с электрическим управлением сканирования ДНА, которое открывает также путь к ре­ ализации программируемого и адаптиЪного обзора.

§ 11.3. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ И УПРАВЛЯЕМЫЙ ОБЗОР ПРОСТРАНСТВА

Сочетание высокой точности и разрешающей способности с большой дальностью и малым временем обзора особенно необходимо для трехкоординатных РЛС кругового обзора. В ряде современных обзорных РЛС эта задача решается комбинацией параллельного многоканального обзора по углу места с последовательным обзором по азимуту. В таких станциях антенна формирует ДН, содержащую несколько лепестков шириной рА, перекрывающих весь заданный сектор обзора по углу места ©р. Необходимое число лепестков при этом должно быть Ар>0р/РА. Ширину ДНА рА выбирают исходя из требований к точности и разрешающей способности РЛС по углу места. Необходимое число лепестков, смещенных по углу места, может быть сформировано путем применения соответствующего числа облучателей, смещенных относитель­ но фокуса параболического зеркала, формирующего ДНА с заданными параметрами. Для этой цели используют также антенную систему в виде плоской антенной решетки.

При использовании антенной решетки сканирование по углу места может быть обеспечено переключением несущей частоты излучаемых колебаний (частотное ска­

налах, настроенных на соответствующие несущие частоты. При вращении антенной системы по азимуту осуществ­ ляется круговой обзор, время которого Гот, вычисляемое по формуле (11.4), и определяет темп обновления инфор­ мации РЛС.

252

Плоские антенные ре­ шетки имеют сектор ска­ нирования не более 120°. Большие зоны обзора при электрическом сканировании можно получить с помощью объединения нескольких плоских решеток или при­ менения круговой решетки, в которой излучатели уста­ навливают перед цилиндри­

ческим рефлектором и возбуждаются высокочастотным

с помощью ФАР осуществляют более эффективный упра­ вляемый поиск цели, при котором очередность просмотра различных направлений определяется в процессе обзора

взависимости от результатов уже проведенных зондирова­ ний пространства.

Оптимальной считают такую процедуру поиска, при которой обеспечивается минимальное среднее время поиска цели t (среднее время существования необнаруженной цели

взоне обзора).

Применение ФАР позволяет реализовать полностью управляемый обзор, оптимизацией которого можно значи­ тельно сократить среднее время поиска цели.

При адаптивном обзоре управление обзором может осуществляться с помощью двухпорогового последователь­

ного обнаружителя, в котором в каждом положении ДНА

м

вычисляется сумма Лх= £ Р;А, коэффициентов правдопо­

добия А,-, соответствующих элементу разрешения S',, где

—вероятность наличия цели в S;. Команда на перемеще­ ние ДНА в соседнее положение дается, если сумма Лх превышает верхний порог (наличие цели в SJ или не достигает нижнего порога за определенное время (отсутст­ вие цели в SJ.

Можно использовать и другой вариант, при котором ДНА перемещается при условии, если наибольший из коэффициентов правдоподобия AiMarc окажется больше верхнего порога (при этом фиксируется наличие цели в SJ или меньше нижнего порога, что означает отсутствие

253

цели во всех М элементах разрешения по дальности на рассматриваемом направлении.

Оба варианта примерно равноценны с точки зрения

и цифровых методов обработки сигнала и управления обзором.

§П.4. ОСОБЕННОСТИ ПОИСКА СИГНАЛОВ

ВРАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Ранее упоминалось, что наличие сигнала на входе радио­ приемного устройства РНС не вызывает сомнения и поиск

их возможных значений.

Чаще всего возможные значения времени запаздывания априори равновероятны в пределах от 0 до некоторого значения Трг, ие превышающего полного периода сигнала. Диапазон частотных расстроек, в котором проводится поиск, зависит от максимальной скорости взаимного сближения (удаления) наблюдателя и РМ, расхождения частот системного и местного эталонов времени и т. д. и для конкретных условий работы РНС определяется без труда. Будем считать, что возможные значения времени запаздывания и частоты т, F, измеряемые в процессе поиска, образуют на плоскости т, F прямоугольную область неопределенности со сторонами Т F^ (рис. 11.5).

254

частоте не превышает полосу захвата AF3 системы. В си­ стеме сопровождения по времени условие захвата удов­ летворяется, если расстройка (исходное время рассог­ ласования) не превосходит значения Ат,. В общем случае Ат3 <Трг, AF3<Fpr и область неопределенности может быть разбита на Л/3. f = TprFpr/(AT3AF3) элементарных ячеек. Для ввода систем сопровождения в рабочий режим необходимо указать ячейку, соответствующую искомому сигналу. По­ этому задача поиска может быть сведена к совместной

и, следовательно, оптимальным правилом, максимизиру­ ющим вероятность завершения поиска правильным ис­ ходом (Рпр), является

Z(f, F) = maxZ(r, F), t, г

вытекающее непосредственно из (4.50).

Стандартные способы нахождения статистики Z(t, F) при заданной точности ее дискретной аппроксимации обсуждались в § 5.2 (см. рис. 5.6). Прямая реализация описанных в § 5.2 алгоритмов потребовала бы одновремен­ ного вычисления Л/, F значешш Z(r, F) для всех возмож­ ных сочетаний дискретизованных аргументов т, F. Подоб­ ную оценку т, F здесь' уместно назвать параллельным поиском (все ячейки из области неопределенности анализи­ руются одновременно). Значение Л/, F определяет число каналов устройства параллельного поиска и в РНС может достигать нескольких десятков тысяч, поэтому практичес­ кое осуществление параллельного поиска проблематично. В связи с этим находят применение упрощенные способы

Суть их состоит в том, чтобы вычислять значения Z(t, F) для различных сочетаний т, F (разных ячеек) не сразу, а поочередно. При этом каждый канал поискового устрой­ ства используют многократно, формируя статистику Z(t, F) последовательно во времени для нескольких ячеек, а общее число каналов уменьшается. При параллельнопоследовательном способе поиска одновременно анализиру­

255

значении Рир платой за сокращение числа каналов устрой­ ства поиска является увеличение времени поиска в к раз. При простейшем, последовательном, способе поиска L = 1 и время поиска возрастает в Л/, f раз по сравнению с параллельным поиском. Помимо этого, для предельного упрощения поисковых процедур отбор значений т, F, максимизирующих Z(r, F), нередко заменяют сравнением Z(t, F) в каждой индивидуальной ячейке области неоп­ ределенности с некоторым фиксированным порогом. Вы­ числяемые поочередно для разных ячеек статистики Z(r, F) между собой не сравниваются, значение Z(rm, Fm) для т-й ячейки, не превысившее порог, при анализе (т+1)-й ячейки не используется, и потому требуемый объем памяти минимален — хранить нужно только те данные, которые отвечают анализируемой в текущий момент ячейки. Таким образом, поиск в данном варианте состоит в обнаружении сигнала в каждой из поочередно просматриваемых ячеек плоскости т, F и заканчивается указанием координат первой же ячейки, в которой обнаруживается сигнал. В этом случае время поиска становится случайным, так как, если за время анализа всех Мх F ячеек пороговый

в одной из ячеек Z(r, F) не превзойдет пороговый уровень. При проектировании приемоиндикаторов РНС необхо­ димо определить среднее время поиска сигнала t и веро­ ятность правильного завершения поиска Рпр. Их значения зависят от вероятностей превышения порога в пустой ячейке (вероятность ложной тревоги рлт) и непревышения порога в ячейке, содержащей сигнал (вероятность пропуска сигнала рпс), а также от времени анализа Га [время на вычисление и сравнение с порогом Z(t, F)] в каждой из

а конечные формулы громоздки. Однако при малых значениях рлг, когда выполняется условие Л/рлт«:1, можно

256

Последний результат позволяет установить, что мини­ мум F=/(рпс) при фиксированной вероятности правильного завершения Рпр = const достигается при ненулевом значении вероятности пропуска в ячейке рпс. Дело в том, что гарантировать достижение заданной вероятности рлт, рпс обнаружения сигнала в ячейке можно только затратив на ее анализ время Га, которое тем больше, чем при прочих равных условиях меньше требуемая вероятность пропуска рпс. С уменьшением рпо до нуля сомножитель Га в (И.И) стремится к бесконечности, что, несмотря на стремление второго сомножителя к его_ минимуму (М+ 1)/2, приводит к неограниченному росту t. Физически это означает, что добиться гарантированного завершения поиска на первом же просмотре можно только ценой очень долгого «стоя­ ния» в каждой ячейке, это затягивает всю процедуру.

Таким образом, предъявлять к вероятности пропуска в ячейке рпс чрезмерно жесткие требования нецелесооб­ разно. Кроме того, иметь рпс«1 также нельзя: хотя при этом время пребывания в каждой ячейке Та будет малым, из-за частых пропусков поиск сведется к длительным повторяющимся просмотрам области неопределенности [окажется длительным, что формально проявляется в стре­ млении к бесконечности второго слагаемого в скобках (И.И) при Рпс-!]* - Как показывают расчеты [5], при общем числе просматриваемых ячеек М= 500 4-2000 и Рпр~ «0,9 -?0,99 значение рпс, минимизирующее t, лежит в преде­ лах 0,05—0,1.

Назовите основные характеристики РЛС, влияющие на выбор способа обзора заданной рабочей зоны.

Какие параметры характеризуют эффективность выбранного

метода обзора?

Вчем отличие параллельного, последовательного и парал­ лельно-последовательного методов обзора?

Каковы пути снижения времени обзора заданной рабочей зоны РЛС?

Вчем отличие винтового и спирального методов последо­ вательного обзора пространства?

При последовательном спиральном обзоре определите время

обзора сектора 0 = 60°, если РЛС имеет симметричную ДНА шириной 5° и частоту повторения импульсов 1 кГц. Укажите достоинства многоканального обзора пространст­ ва.

В чем суть управляемого по программе и адаптивного

способа обзора? Укажите их преимущества и возможность практической реализации.

ГЛАВА 12

ВЫДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ

НА ФОНЕ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ

§ 12.1. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ

Пассивные помехи представляют собой радиосигналы, отраженные мешающими объектами при их облучении зондирующими сигналами РЛС. Их воздействие проявляется в подавлении и маскировке сигналов, отраженных от наблюдаемой цели. Интенсивность помех может существенно превышать не только уровень собственных шумов приемника, но и полезный сигнал цели, что затрудняет ее радиолокацион­ ное наблюдение, а иногда делает его вообще невозможным.

Методы борьбы с помехами основаны на различии характеристик сигналов, отраженных целью и мешающими отражателями, обусловленных их протяженностью и поло­ жением в пространстве, скоростью движения и отражаю­ щими свойствами.

Для улучшения «заметности» сигнала на фоне пассив­ ных помех необходимо прежде всего улучшить пространст­ венную избирательность РЛС путем повышения разрешаю­ щей способности РЛС с целью приближения размера разрешаемого элемента (разрешаемого объема или площа­ ди) к размеру цели.

При проектировании РЛС должна решаться задача совместной оптимизации (по соответствующему критерию) и закона модуляции зондирующего и алгоритма обработки принимаемого сигналов. Так, для обеспечения должного качества обнаружения цели упомянутую пару сигнал— ал­ горитм обработки следует подбирать из условия максими­ зации вероятности правильного обнаружения при заданных вероятности ложной тревоги, энергии зондирующего сигна­ ла, отражающих свойствах цели и характеристиках пассив­ ных помех.

В ряде случаев такую оптимизацию удается свести к максимизации отношения сигнала к суммарной (пас­ сивная помеха плюс флуктуационный шум) помехе на выходе линейного фильтра. При этомосуществляют оп­ тимизацию пары сигнал — фильтр.

Для наиболее простого случая сигнала, отраженного точечной целью, и помехи, создаваемой совокупностью

258

предусмотреть также меры по уменьшению влияния возможных перегрузок в приемном тракте РЛС при приеме сильных сигналов от мешающих отражателей. В этом случае пригодны те же способы, которые применяют для защиты от активных помех.

Надлежащим выбором параметров зондирующего си­ гнала и характеристик приемника можно ослабить влияние пассивных помех, однако для более эффективной защиты от них во многих случаях следует использовать методы селекции полезного сигнала и, в частности, весьма эффек­ тивные доплеровские методы селекции движущейся цели.

§ 12.2. СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ДОПЛЕРА

Доплеровские методы СДЦ основаны на различии допле­ ровских смещений частоты выделяемого полезного сигнала цели и пассивных помех, обусловленном отличием радиаль­ ных скоростей цели и мешающих отражателей. Для простоты можно считать мешающие отражатели непо­ движными. Тогда лишь радиальная скорость цели Vr определяет доплеровское смещение частоты сигнала отно­ сительно помехи:

Для выделения доплеровского смещения Fv частота принимаемого сигнала сравнивается с частотой излучаемо­ го. Наиболее просто это сделать в РЛС непрерывного излучения, в которых излучаемый сигнал существует и во время приема отраженных сигналов. Однако наибольшее практическое применение находят периодические импульс­ ные зондирующие сигналы, которые обеспечивают высокую разрешающую способность и точность при измерении дальности. Эффективная селекция движущихся целей осу­ ществляется в импульсных системах как при отсутствии внутриимпульсной модуляции несущей, так и при исполь­ зовании частотной или фазокодовой модуляции несущей. Как будет показано, применение периодических сигналов в системах СДЦ приводит к появлению слепых скоростей, т. е. таких радиальных скоростей цели, при которых полезный сигнал цели подавляется системой, как и отраже­

скоростей разработаны различные способы и, в частности,

260