книги из ГПНТБ / Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций)

90

лежат в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен метров. С увеличением высоты масштаб турбулентности увеличи­

вается . В облаках размеры неоднородностей значительна меньше и в среднем они имеют величину нескольких метров. Наиболее

часто встречающиеся значения 1д в тропосфере составляют 70 -

120 м. Для приведенных данных время корреляции флюктуаций фа­

существует оптимальное время обработки, которому соответствует

собность РСА не зависит от длины волны. Это объясняется тем ,

что рост дисперсии флюктуаций фазы при уменьшении длины волны компенсируется сокращением интервала обработки сигналов.

Дисперсия тропосферных флюктуаций в сильной степени зави­

сит от характера облачного покрова.Как известно, вертикальный размер облаков в среднем находится в пределах от 200 до 7000м.

Толщина наиболее часто наблюдаемой облачности составляет 500 -

1500 м (слоистая, кучевая, высококучевая). Относительное вре­ мя существования облачности такого типа для северного полуша­

неквадратическое значение флюктуаций показателя преломления,

91

лее интенсивные флюктуации коэффициента преломления наблюда­ ются на границах воздух-облако, а также в самих облаках, где среднеквадратическое значение флюктуаций показателя преломле­

что при отсутствии облачности тропосфера ограничивает разре­

нием можно пренебречь.

Оценим влияние на работу РСА случайных возмущений второй

группы.

Они приводят к расстройке между параметрами частотной мо­

что эквивалентно расфокусированию синтезированной антенны.

Ошибка фокусирования возникает в связи с погрешностями

определения путевой скорости движения носителя, рабочей.дли­ ны волны и дальности до объектов на наблюдаемом участке по­

верхности, т . е . от точности определения параметров, входящих в соотношение

Относительная ошибка в определении параметра частотной моду­

Будем считать, что составляющие Ошибки фокусирования распреде­ лены по нормальному закону.. Заменяя погрешности среднеквадра­ тическими значениями и учитывая, что составляющие ошибки фоку-_

сирования некоррелированы, получим

х ' П а х о м о в П.А. и д р ., Аэродинамические исследова­ ния изменчивости коэффициента преломления атмосферы для УКВ, Гидротехиздат, I9 6 0 .

92

где б& - относительная среднеквадратическая ошибка фокусиро­

вания.

На практике величина относительной среднеквадратической ошибки фокусирования в основном ограничена нестабильностями

систем записи и обработки сигналов.

Наличие случайной ошибки фокусирования приводит к тому,

что азимутальная разрешающая способность РСА становится слу­ чайной величиной. Будем характеризовать линейную разрешающую

Можно показать, что существует оптимальная величина синте­ зированного раскрыва, которой соответствует минимальная линей­

В ряде случаев возможности уменьшения дальности до объектов наблюдения могут быть ограничены и при достигнутой относитель­ ной ошибке фокусирования б ь улучшение разрешающей способно­ сти вдоль линии пути может быть достигнуто только уменьшением

До сих пор при анализе соотношений между параметрами РСА основное внимание уделялось вопросам, связанным с разрешающей способностью вдоль линии пути. Однако для оценки тактических возможностей РСА не менее важен вопрос о наблюдаемости сигна­ лов фона и целей.

В РСА удобно отдельно рассматривать характеристики обнару­ жения целей на фоне отражений от земной поверхности и характе­

93

ристики обнаружения сигналов, отраженных от местности в шумах приемника. Это связано с тем , что сигналы, отраженные от зем­ ного покрова, характеризуют рельеф просматриваемой поверхности,

и поэтому являются полезными. В то же время они являются поме­ хой по отношению к целям, расположенным на земле.

Рассмотрим вначале вопрос о наблюдаемости сигналов, отра­

женных от местности на фоне шумов приемника тракта.

Систему обработки сигналов РСА можно рассматривать как

фильтр, полоса пропускания которого приблизительно обратно про­

порциональна времени, необходимому для пролета носителем участ­

ка траектории, равного длине синтезированной апертуры. На вы­ ходе такого узкополосного фильтра смесь сигналов фона, собствен­ ных шумов приемника и теплового радиоизлучения земли имеет га ­ уссовское распределение мгновенных значений. Поэтому вопрос о наблюдаемости фона земной поверхности сводится к задаче об­

наружения в шумах сигнала со случайными амплитудой, распреде­

ленной по закону Релея, и фазой, равномерно распределенной в

интервале 0 - 2 5 .

Если воспользоваться критерием Неймана-Пирсона, то харак­ теристика обнаружения такого сигнала имеет вид

-коэффициент усиления бортовой антенныг

-средняя эквивалентная отражающая площадь элемента

94

ность сигнала от элементарного участка поверхности на выходе системы обработки будет равна

разрешаемой РСА площадки невелика, то суммарная мощность ста ­

Устремляя ДХ£ и Д Rj в соотношении (5 .5 0 ) к нулю* перейдем

от сумм к интегралам, и учитывая, что коррелированными являют­

Пересчитанную на вход приемника мощность шумов можно опреде­

отнесенная ко входу приемника, является суммой двух составляю­ щих

95

Ш- коэффициент шума приемника;

Т~ 290°к - усредненная яркостная температура поверхно­

скими параметрами и важнейшими тактическими характеристиками РСА.

96

Коэффициент усиления антенны РСА возрастает с укорочением длины волны, так как горизонтальный размер ограничен условием

ствовать ширине энергетического спектра сигнала, который явля­ ется преобразованием Фурье от его функции автокорреляции.

Так как время корреляции модулирующей функции, в свою оче­ редь, определяет разрешающую способность по дальности, то мож­ но с точностью до постоянного множителя (учитывается при оцен­

гдеД (?н - разрешающая способность РСА по наклонной дальности.

Число когерентно принимаемых РСА импульсов ограничено ошибкой фокусирования

и поляризации радиоволн и может меняться в очень широких пре­ делах .

На основании имеющихся в литературе сведений об экспери­

ментальных измерениях удельной эффективной поверхности рассея­

сеяния слабо зависит от угла падения и поляризации радиоволн.

Зависимость величины 6 g от частоты трудно установить. Однако

в общем эффективная площадь рассеяния с повышением частоты увеличивается. Причем большинство данных подтверждает линейную

характеризующие радиолокационную станцию и фон, а второй - так­ тические характеристики РСА.

Если ширина диаграммы направленности бортовой системы в вертикальной плоскости не изменяется

0,9 бд Л1d РЕ A R2sinЗу sec у ______

Энергетический проигрыш за счет увеличения полосы облучения по сравнению с необходимым для работы РСА значением определя­ ется величиной

в сторону малых углов визирования. Улучшение энергетических со­ отношений При использовании перестраиваемой в вертикальной плоскости диаграммы связано с ростом вертикального раскрыва бортовой антенны. При ограниченных габаритах вертикального рас­ крыва, увеличить полосу захвата можно, уменьшив длину волны.

Заметим, что наблюдаемость фона не зависит от величины ошибки фокусирования. Это объясняется тем, что улучшение раз­ решающей способности вдоль линии пути сопровождается увеличе­ нием количества когерентно интегрируемых импульсов.

Обычно при конструировании РСА мощность передатчика и дру­ гие параметры в формуле (5 .6 3 ) выбираются та к , чтобы обеспечить

98

высоты носителя, полосы обзора и с улучшением разрешающей спо­

го размера антенны и увеличения полосы пропускания приемника).

Стремление улучшить1разрешающую способность РСА при ограни­

ченных возможностях увеличения энергетического потенциала од­ ного канала, по-видимому, приведет к созданию Многоканальных

РСА с парциальной в вертикальной плоскости диаграммой.

Перейдем к рассмотрению характеристик обнаружения целей,

предполагая, что мощность сигналов фона намного превышает мощ­ ность шумов приемного тракта РСА.

РСА принимает отраженные сигналы от объектов, имеющих в

большинстве случаев весьма сложную структуру и габариты, зна­

сигнала распределены по нормальному закону. Поэтому вопрос о наблюдаемости целей также сводится к задаче обнаружения в шу­ мах сигнала со случайной амплитудой, распределенной по закону

фона на выходе системы обработав РСА соответствует коэффициен­ ту радиолокационной контрастности цейи

Следовательно, вероятность обнаружения цели зависит от ошибки фокусирования

(5 .6 9 )

Заметим, что повышение разрешающей способности по азимуту за счет укорочения длины волны ведет не к улучшению, а к ухуд­

шению контрастности радиолокационных целей, так как эффектив­ ная поверхность рассеяния фона возрастает быстрее, чем умень­ шается разрешаемая РСА площадка. Но можно повысить вероятность

обнаружения целей, сникая высоту носителя, уменьшая ошибку фо­ кусирования или улучшен разрешающую способность по даль­ ности.

Дополнительные возможности улучшения наблюдаемости целей

открываются при переходе от одноразового к многоразовому об­ зору. Так^при кадровом обзоре возможна многократная съемка объ­ екта до и после прохождения его траверса носителем. При этом

наряду с повышением вероятности обнаружения неподвижных целей

можно выделить движущиеся цели по их перемещению за время меж­

ду съемками и использовать стереоэффект для улучшения дешифриг руемости полученного изображения.

Если время разноса последовательных обзоров позволяет пре­

небречь изменением условий наблюдения, а пропуски целей в об­