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

Рис. 20.1

(гладкая, шероховатая). Направленность радиотеплового

и поляризация излучения. Например, при угле визирования 35° от горизонтали вертикально поляризованная состав­ ляющая .теплового излучения водной поверхности не зависит от _ волнения, что используется для измере­ ний в любую погоду со спутника температурных харак­ теристик морей и океанов. Наоборот, горизонтально поляризованная составляющая зависит от амплитуды волн, она позволяет оценить скорость ветра вблизи водной поверхности.

Полное излучение реальных тел складывается из двух составляющих: собственного теплового излучения, завися­ щего от яркостной температуры (1— г)Т, где Т—термо­ динамическая температура тела и отраженных электро­ магнитных колебаний, падающих на тело из окружающего пространства. Эта составляющая характеризуется яркост­ ной температурой гГвн, где Гвн— температура внешнего излучения.

Таким образом, эффективная яркостная температура

Гяэ = (1-г)Г+гГви дает возможность с помощью (20.1) найти спектральную плотность полного излучения.

Эффективность различения двух тел по их тепловому излучению характеризуется контрастом их эффективных яркостных температур ДГ=Гяэ1-Гяэ2. Для одинаково нагретых тел контраст при отсутствии внешнего излучения

1 Гц мощности Р используют температуру антенны Тл,

431

При наблюдении объекта, размеры которого превы­ шают сечение антенного луча, без учета приема по боковым лепесткам и потерь в антенно-фидерном тракте

где — телесный угол, определяемый размером источника; Пл — телесный угол, соответствующий главному лепестку ДНА.

Соотношения (20.5) и (20.6) позволяют найти темпе­ ратурный контраст различных источников излучения.

§ 20.2. ОБНАРУЖЕНИЕ РАДИОТЕПЛОВЫХ СИГНАЛОВ. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ РАДИОМЕТРОВ

Для описания теплового излучения может быть исполь­ зована модель нормального белого шума, так как спект­ ральная плотность потока, задаваемая соотношением (20.1), в пределах полосы пропускания применяемых в радио­ метрах приемных устройств равномерна. В связи с этим при определении алгоритма оптимальной обработки приним­ аемого сигнала >(/) можно воспользоваться результатами § 3.5, считая, что.корреляционная функция обнаруживаемого

N *. ’■ ' ' —

сигнала Ks(t, г + т) = -^6(т), где NOs — односторонняя спект­

ральная плотность мощности сигнала, получаемая с помо­ щью (20.1) или на основе яркостной температуры источника. При такой корреляционной функции сигнала обратная корреляционная функция, определяющая вид функционала ПВ y(t) при истинности гипотезы Нг, в соответствии с (3.33) и с учетом фильтрующих свойств дельта-функции

где Nofl — спектральная плотность белого шума, на фоне которого обнаруживается тепловое излучение.

Записывая с помощью (3.35) оптимальный опорный сигнал sy(r), приходим к выводу, что решение в пользу гипотезы Ht (сигнал есть) принимается при превышении величиной

о

порогового уровня £п.

432

1

Рис. 20.2

Синтезированный обнаружитель принято называть эне­ ргетическим.

При практической реализации (рис. 20.2) обнаружитель состоит из полосового фильтра 1, квадратичного детектора 2, интегратора 3, вместо которого может использоваться ФНЧ, устройства стробирования 4, порогового устройства 5.

Полоса пропускания входного фильтра Д/ и время накопления Т или полоса пропускания ФНЧ AF сущест­ венно влияют на качественные показатели обнаружителя.

ности обнаруживаемого и мешающего сигналов неиз­ вестны, поэтому следует использовать контрастный метод обнаружения, состоящий в сравнении между собой выход­ ных сигналов интегратора для двух различных разре­ шаемых элементов (двух положений ДНА). В этом случае решение принимается на основании сравнения с порогом, зависящим от ожидаемого температурного контраста,

также распределена по нормальному закону со средним

значением Д£ = ^-£2 и дисперсией £){Д£}, которая вслед­ ствие независимости результатов обработки в двух сравни­ ваемых каналах £){Д^} = Л{^1} + £){^2}.

Для упрощения анализа заменим, как и в § 3.5, интегрирование суммированием независимых отсчетов на выходе квадратичного детектора. Тогда с учетом стаци­

наблюдения.

При использовании вместо интегратора ФНЧ с поло­ сой пропускания AF

Для квадратичного детектора отсчеты выходного сиг­ нала при узкополосном нормальном процессе на входе подчиняются одностороннему экспоненциальному распре­ делению

w{u

с мощностью различаемых излучений и пропорциональны соответствующим полным значениям температуры источ­ ника TBi с учетом температуры антенны и температуры

где к—коэффициент пропорциональности.

Таким образом, с учетом (20.8) — (20.11) распределение

При обнаружении малых температурных контрастов (Д7’п«:7’п) выражение (Тп + Л Та)2 + Т2 можно заменить на 2Tf, при этом дисперсии распределений (20.12) и (20.13)

434

отношению разности средних значений величин, сравни­

Соотношение (20.14) совместно с (3.8) позволяет найти пороговый контраст, обнаруживаемый с заданной достовер­ ностью:

A7’„op=rn[0-1(l-pJ + O-1(l-pnc)]/(O,7v^W). (20.15)

где Р„с=1-Р„о- Выражение (20.15) дает возможность оценить даль­

ность действия радиотеплолокатора, которая зависит от того, обнаруживается ли контраст для протяженных объек­ тов, Полностью перекрывающих сечение ДНА, или мало­ размерных целей площадью 5а. В первом случае условие обнаружения яркостного контраста имеет вид

где ДТпор определяется требуемой верностью обнаружения. При этом несколько неожиданным на первый взгляд является отсутствие в выражении (20.16) дальности до цели D. Это связано с тем, что при обнаружении температурного контраста для протяженных целей с увеличением дальности растет мощность, поступающая в антенну с поверхности объекта, что и компенсирует увеличение расстояния.

Для малоразмерной цели условие обнаружения можно записать в виде

Соотношение (20.17) характеризует дальность действия радиотеплолокатора, работающего по малоразмерной цели:

^м„е = ч/А7’5иСа/(4лДТаор).

Важным элементом теплолокатора, во многом опреде­ ляющим качество его работы, является приемник. При

. его проектировании необходимо учитывать, что слабые температурные контрасты должны обнаруживаться на фоне сильных (относительно принимаемых сигналов) собствен­ ных шумов приемника.

Рис. 20.3

Рис. 20.4

Устранение составляющей выходного напряжения, обусловленной собственными шумами приемника, может осуществляться методами компенсации, модуляции прини­ маемого излучения или корреляционного приема.

В приемнике с компенсацией собственного шума из выходного сигнала детектора вычитается постоянная сос­ тавляющая, соответствующая уровню собственных шумов. Нестабильность шумовых параметров снижает эффектив­ ность этого приема.

J2, Наибольшее распространение получили модуляционные приемники радиотеплового излучения, в которых произво­ дится амплитудная модуляция входного сигнала путем переключения входных цепей приемника от антенны к эталон­ ному резистру или генератору шума (рис. 20.3). Если частота коммутации (обычно 20—1000 Гц) больше ширины спектра флуктуаций уровня собственных шумов, то при синхронном детектировании, состоящем в умножении выходного сигнала усилителя низкой частоты (УНЧ) на опорный сигнал, управляющий коммутатором, и последующем интегрирова­ нии, составляющая собственных шумов будет резко ослаблена.

436

В корреляционном радиометре (рис. 20.4) выходные сигналы двух линейных трактов JTTj и ЛТ2, каждый из которых содержит УВЧ, смеситель и УПЧ, перемножаются и интегрируются. Вследствие независимости собственных шумов JITj и ЛТ2 и принимаемого излучения на выходе интегратора слагаемые, связанные с собственными шумами, пренебрежимо малы; для принимаемого излучения реали­ зуется оптимальный алгоритм (20.7).

§ 20.3. ИЗМЕРЕНИЕ КООРДИНАТ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ РАДИОТЕПЛОЛОКАТОРОВ

По сравнению с РЛС, работающими в активном режиме, с помощью однопозиционного радиотеплолокатора (РТЛ), антенная система которого расположена в одном пункте, можно определить лишь угловое положение излучающего объекта. Для нахождения дальности необходимо произвес­

теплового излучения называют радиотеплопеленгацией. Для ее реализации используют направленные свойства антенн поверхностного (рупорные или зеркальные) или дискрет­ ного (антенные решетки) типа.

При применении апертурных антенн основными явля­ ются два метода пеленгации: метод максимума для РТЛ кругового обзора и метод сравнения амплитуд для РТЛ со слежением за источником излучения. Типичным при­ мером РТЛ следящего типа является радиосекстант — прибор, позволяющий измерить угловые координаты вне­ земных источников излучения.

На рис. 20.5 приведена структурная схема оптимально­ го пеленгатора источника теплового излучения, основанно­ го на методе сравнения амплитуд. Антенное устройство (АУ) в такой системе имеет два выхода, каждому из которых соответствует своя ДНА (рис. 20.6). Сигналы с выхода АУ имеют одинаковые фазы, а их амплитуды зависят от положения источника И относительно равносиг­ нального направления PH. Эти сигналы подаются на два идентичных приемника Щ и П2, осуществляющих фильтра­ цию сигналов в полосе А/. Каждый из приемников, входящих в состав пеленгатора, имеет два выхода. С од­

В АФД формируется разность результатов квадратичного

437

Рис. 20.5

детектирования суммы и разности выходных сигналов приемников Пг и П2Усреднение за время наблюде­ ния выходного сигнала АФД дает оценку мощности пеленгуемого сиг­ нала. Ненормированная (зависящая от мощности сигнала) оценка пелен­ га получается в результате образова­

ключается в делении ненормированной оценки на оценку мощности сигнала (усредненный выход АФД) и крутизну нормированной пеленгационной характеристики с, опре­

выходе приемного устройства; Т—время наблюдения. Для улучшения разрешающей способности и повыше­

ния точности измерения координат применяют интерферо­ метры, антенны которых содержат малое число сильно разнесенных между собой элементов. Если наблюдаемые источники излучения двигаются относительно интерферо­ метра на расстояниях, соизмеримых с его базой (расстоя­ нием между элементами АУ), то можно наряду с углами

438

Интерферометры находят широкое применение в ра­ диоастрономии, позволяя с высокой точностью измерять угловые положения небесных тел.

Q В чем заключаются достоинства и недостатки пассивных

•РЛС?

Что характеризует эффективная яркостная температура реального излучателя?

Вчем состоит алгоритм оптимального обнаружения тепло­ вого излучения?

Вчем сущность метода обнаружения теплового контраста? Пользуясь распределениями (20.12) и (20.13), рассмотрите задачу обнаружения двустороннего теплового контраста

Проанализируйте работу корреляционного радиометра (см. рис. 20.4).

ГЛАВА 21

СИСТЕМЫ РАДИОПРОТИВОДЕЙСТВИЯ. ЗАЩИТА ОТ АКТИВНЫХ ПОМЕХ

§ 21.1. МЕТОДЫ РАДИОПРОТИВОДЕЙСТВИЯ. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АКТИВНЫХ ПОМЕХ

Радиопротиводействием (РП) называют совокупность тех­ нических мероприятий, направленных на снижение эффек­ тивности работы радиоэлектронных средств противника. По своему характеру РП может быть пассивным и ак­ тивным. Примерами пассивного противодействия могут служить применение противорадиолокационных покрытий, уменьшение ЭПР за счет выбора соответствующей формы объектов, разработка антенн с малым уровнем обратного излучения.

Активное РП состоит в излучении сигналов, которые, воздействуя на РТС противника, снижают эффективность ее работы. В классификации радиосистем [2] системы активного РП относят к классу систем разрушения ин­ формации.

Эффективность активного РП во многом зависит от того, какие сигналы применяет система РП, называемая

439

в дальнейшем постановщиком помех (ПП). Эти сигналы —

активные помехи по характеру воздействия на РТС — делятся на маскирующие и имитационные. Помехи первого типа, создавая мешающий фон, затрудняют обнаружение полезных сигналов, их различение и оценку параметров. По своему характеру маскирующие помехи могут быть случайными (шумовыми) или детерминированными, не­ прерывными во времени или импульсными.

Непрерывная шумовая помеха является универсальным видом помехи, ее используют для подавления РТС с лю­ бым типом сигнала. В зависимости от соотношения ширины спектра сигнала Д/с и помехи Д/п различают

прицельные и заградительные (Д/П»Д/С) шумо­ вые помехи. Прицельные помехи при том же мешающем действии, что и заградительные, имеют меньшую мощ­

Эффективным видом случайных помех для импульсных РТС являются хаотические импульсные помехи (ХИП), представляющие собой случайную последовательность им­ пульсов, параметры которых (несущая частота, длитель­ ность, ширина спектра) должны быть по возможности близкими к соответствующим параметрам сигналов подав­ ляемой РТС. ХИП представляет собой пуассоновский поток, для которого число импульсов за время Т случайно

как среднее число импульсов в единицу времени. Действенным средством РП является применение ими­

тационных помех (ИП). ИП должна быть похожа на сигнал РТС, отличаясь от него значением информационного параметра (параметров). Например, ИП для радиодально­ мера может быть переизлучаемая с некоторой задержкой последовательность зондирующих импульсов, принятая ПП. Если задержка меняется во времени, имитируя движение цели, то рассматривают помеху, уводящую по дальности.

Эффективность РП зависит не только от вида помех, но и от взаимного расположения цели, ПП и РЛС. Если цель и ПП совмещены, то такую систему РП называют

самоприкрытием.

Действие активных помех приводит к увеличению пороговой мощности сигнала Ремт, необходимой для функционирования РЛС с требуемым качеством (вероят-

440