Литература / бакулев радиолокация распозн

В обобщенной струкrуре МПРЛС (рис. 2.6) можно выделить ос-

большая точность измерения местоположения целей в пространстве~

возможность измерения полного вектора скорости целей; повышение

помехозащищенности по отношению к активным и пассивным помехам,

а также увеличение надежности выполнения тактической задачи.

Однако эти преимущества достигаются ценой увеличения сложно­ сти и стоимости системы. Возникает необходимость синхронизации ра­

боты позиций (в том числе и при обзоре пространства} и организации ли­

ний передачи данных. Возрастает и сложность обработки информации из­ за большого ее объема. Однако, несмотря на указанные недостатки, МПРЛС получили широкое распространение в практике радиолокации. В зависимости от задачи, решаемой в процессе обработки информации в

МПРЛС, различают первичный, вторичный и третичный виды обработки.

Первич1,юя обработка заключается в обнаружении сигнала цели и

измерении ее координат с соответствующими качеством или погрешно­

стями. Вторичная обрабоm1'а предусматривает определение параметров

траектории каждой цели по сигналам одной или ряда позиций МПРЛС, включая операции отождествления отметок целей. При третичной обра­

ботке объединяются параметры траекторий целей, полученных различ­

ными приемными устройствами МПРЛС с отождествлением траекторий.

Виды многопозиционных РЛС. В зависимости от использования на разнесенных в пространстве позициях фазовой информации, содер­ жащейся в отраженных от цели сигналах, различают МПРЛС простра1-1- стве111ю-когерешпиые, с кратковре:wенной простраистветюй коге­

ре11т11остыо и пространстве11110-11екогере11тиые.

Под пространственной когерентностью понимают способность со­ хранять жесткую связь фаз высокочастотных сигналов на разнесенных

позициях. Степень пространственной когерентности зависит от длины

21

волны сигнала, величины баз МПРЛС и размеров цели, а также от неод­

нородностей параметров трасс распространения радиоволн.

Если цель можно считать точечной, то фазовый фронт волны име­ ет форму сферы, а принимаемые на разнесенных позициях сигналы же­ стко связаны по фазе и когерентны. При протяженных целях фазовый фронт формируется в процессе интерференции электромагнитных волн от локальных центров отражения («блестящих» точек) цели. Большая

протяженность цели приводит к флуктуациям фазового фронта, которые

могут нарушить пространственную когерентность (корреляцию) сигна­

лов, принятых на разнесенных позициях.

При однородной среде распространения и малой базе (Б О) сиг­

налы на входе приемных устройств идентичны и когерентны. С увели­ чением базы сигналы начинают различаться в основном из-за мноrоле­ пестковоrо характера диаграммы обратного рассеяния (ДОР) цели. При

некотором размере базы Б1=Rл/-llц, где R - дальность до цели; lц - наи-.

больший размер цели, приемные позиции принимают отраженные от

цели сигналы по разным лепесткам ДОР. Эти сигналы независимы и не­

коррелированы.

Пространственио-когерентные РЛС извлекают всю информацию,

содержащуюся в пространственной структуре поля радиоволн, вплоть

до фазовых соотношений. В этих РЛС фазовые набеги в каналах приема и обработки сигналов различных пространственных позиций одинаковы

винтервалах времени, намного превышающих длительность сигнала

(истинно когерентные системы). Поэтому аппаратура позиций синхро­

низируется во времени, а также по частоте и фазе высокочастотных ко­

лебаний. Разнесенные позиции образуют специфически расположенную

фазированную антенную решетку (ФАР).

Системы с кратковре.wеююй пространственной когерентностью имеют постоянство фазовых соотношений в трактах аппаратурЫ\ПОЗИ­

ций в пределах длительности используемого сигнала (псевдокоrерент­

ные системы). При этом можно извлекать информацию о доплеровских

частотах по изменению фаз в пределах длительности сигнала, но нельзя

осуществлять фазовую пеленгацию, поскольку принимаемые на пози­

циях сигналы некоrерентны в один и тот же момент времени. Аппара­

тура позиций синхронизируется по времени и частоте, но не по фазе.

Простраиственно-некогерентные РЛС обрабатывают сигналы по­

сле их детектирования, но до объединения в пункте обработки информа­

ции МПРЛС. Здесь не требуется синхронизация аппаратуры позиций по частоте и фазе. Нужно отметить, что пространственная некоrерентность

не противоречит временной когерентности сигналов, поступающих в ап­

паратуру каждой позиции. Поэтому на каждой позиции можно измерять

радиальную составляющую скорости по доплеровскому сдвигу частоты.

22

- 60PiG1

или Е111н_______ .

R

В общем случае G=G(a,(3)=Gof 2(а,(3), где f (а,(3) - ДНА, тогда в

сторону РЛС отражается мощность

ротр- =SаП1.

На сфере радиуса R около приемной антенны РЛС плотность пото­

ка энергии электромагнитного поля отраженного сигнала

ротр

П2=--.

4яR2

Приемная антенна примет сигнал, отраженный от цели,

Р.д.2 =П2S2 ·

Здесь S2 - активная, или эффективная поверхность приемной антенны;

S2 =л.2G2 .

4л-

При этом на вход приемника придет сигнал

где 1]2 - КПД фидерного тракта. соединяющего приемную антенну с приемником; С-:- константа.

Таким образом, эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели пред­

ставляет собой выраженный в квадратных метрах коэффициент, учиты­ вающий отражающие свойства цели и зависящий от ее конфигурации,

электрических свойств ее материала и отношения размеров цели к дли­

не волны. В радиолокационных задачах распознавания и классификации целей переходят к более полной характеристике цели - ее радиолокаци­

онному портрету, или так называемой сигнатуре, связанной с геометри­

ческими, физическими и кинематическими свойствами объекта.

Условно принято подразделять цели на точечные, когда lц<<.SR или lц </41, и протяженпые, когда lц ~oR или lц-:Z.o/, где oR и о/ - разме­ ры элемента разрешения по дальности в радиальном и поперечном (тан­

генциальном) направлении при используемых параметрах зондирующе­

го сигнала и антенного устройства радиолокатора. Протяженные цели

называют также распределенпы.ми. Различают элементарные и слож­

ные точечные цели, а протяженные цели делят на поверхностные и

объемные.

25

Пример. Длительность зондирующего импульса t = l· 1о·6с, шири­

на диаграммы направленности антенны а 0_5=р0_5=2°, максимальный раз­ мер цели lц= 15 м. Определить расстояние R до цели, при котором ее

можно считать точечной.

Решение

f,R =ct /2=150м при с=З· 1011 м/с, тогда БR= lц и бl=ao,5R=~o.5R= lц или

беlО lц, поэтому

2.3.1. Точечные цели

Объекты, имеющие правильную геометрическую форму, являются

элементарными точечными целями, поэтому их ЭПР можно вычислить тео­ ретически в процессе решения электродинамической задачи рассеяния ра­ диоволн на теле определенной формы. Обычно ЭПР представляется в виде

rде Sошах - максимальная ЭПР~ Dpac(a, (3) - диаграмма неравномерности

вторичного излучения, или диаграмма обратного рассеяния ДОР.

В табл. 2.1 приведены ЭПР неко:rорых объектов простейших форм. Сложные точечные цели, к которым относятся и все реальные цели,

имеют ряд особенностей, в первую очередь, сложную («неправильную»)

форму, что не позволяет пр'Остыми средствами решить электродинами­

ческую задачу рассеяния электромагнитных волн для теоретического

нахождения ее ЭПР.

Из-за сложной формы рассеивающего объекта в точку приема од­

новременно приходит совокупность парциальных сигналов, отражен­

ных от различных частей или различных локальных центров отражения

(ЛЦ) объекта. Эти сигналы имеют случайные фазовые соотношения, так

как точки отражения расположены друг относительно друга случайным

образом и меняют взаимное расположение в течение времени наблюде­ ния объекта вследствие взаимного движения цели и радиолокатора. При

векторном сложении этих сигналов на входе приемника случайность их

фаз приводит к флуктуации амплитуды и фазы принимаемого от цели результирующего сигнала. При некоторых положениях ОЛ возникает

увеличение результирующей амплитуды - так называемый эффект бле­ стящей точки, соответствующий зеркальному отражению радиоволн от какого-либо элемента цели, а при других положениях -уменьшение ам­

плитуды - провал в ДОР.

26

Таблица 2.1

27

28

х

[cosk:~)-cos(::~)]'

Определить ЭПР сложной (реальной) цели можно двумя путями: 1) создать феноменологические модели отражений от сложной цели (модель цели) и с их помощью найти статистические характеристики отраженного сигнала; 2) экспериментально измерить ЭПР.

Однако при этом из-за флуктуаций фазы и амплитуды отраженно­ го сигнала и их зависимости от ракурса (взаимного положения цели и

измерительной установки) приходится выполнять большой объем изме­

рений (набирать статистику).

Наиболее распространены две феноменологические модели отра­

жения. В обеих моделях цель представляется в виде совокупности п то­ чечных элементов, среди которых либо нет преобладающего отражателя (первая модель), либо имеется один преобладающий отражатель (вторая модель), который дает стабильный отраженный сигнал, что соответст­ вует картине отражения с эффектом "блестящей точки". С помощью

указанных моделей можно получить следующие выражения для плот­

ности распределения вероятностей ЭПР:

при отсутствии преобладающего отражателя

29

при ·наличии преобладающего отражателя

(2.2)

Определить ~. можно, используя соотношение

11

So = Iso,.

1=0

При т = О, где т= 5ш1 - отношение ЭПР преобладающего отража-

S0 -S00

теля к ЭПР случайных отражателей, ЭПР цели распределена по экспонен­

циальному закону и вероятное или срединное значение ЭПР имеет вид

\sовср =Socp =So,50% =О,7So -1

Когда т = 1, распределение верояmостей отличается от экспоненци­

ального незначительно, но с ростом т начинает сказываться влияние наи-

большей составляющей отражения. При m>> l распределение w(So/So}

стремится к гауссовскому с максимумом при s0 /So = 1. Это значит, что

стабильное отражение от наибольшего отражателя превышает суммарный вклад случайных отражателей и определяет ЭПР цели (рис. 2.9).

В технической литературе по радиолокации иногда используют

обобщенную модель Сверлинrа с распределением вида

Это выражение соответствует распределению типа х2 с 2k степе­

нями свободы, где k определяет сложность модели отражения цели: при k = 1 получаем модель цели с экспоненциальным распределением ЭПР, а при k = 2 - модель цели в виде большого отражателя, меняющего в не­ больших пределах ориентацию в пространстве, или в виде набора рав­ ноправных отражателей плюс наибольший.

Первая модель Сверлинrа (k = 1) соответствует цели с медленными

флуктуациями амплитуды и с рэлеевской плотностью распределения веро­

ятностей (ПРВ), вторая модель (k=2) соответствует цели с быстрыми флук­ туациями ампшпуды и рэлеевской ПРВ, третья модель (k = 3) справедлива для цели с х-квадрат ПРВ и медленными флуктуациями, наконец, четвер­ тая модель (k = 4) имеет х-квадрат ПРВ и быстрые флуктуации.

30