Добавил:
proza.ru http://www.proza.ru/avtor/lanaserova Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008

.pdf
Скачиваний:
476
Добавлен:
24.07.2017
Размер:
31.86 Mб
Скачать

а) Медленные флуктуации

б) Быстрые флуктуации

Рис. 2.16

При быстрых флуктуациях от пачки к пачке требуемое отношение сиг­ нал/шум при Рп0 = 0,9 равно 11 дБ (рис. 2.16, б).

Обычно задается отношение сигнал/шум, равное 13 дБ, что обеспечивает за три обзора Рпо = 0,95 при Рлт = 10~6.

Определение вероятности обнаружения низколетящей цели при наблюде­ нии сигнала цели на фоне отражений от подстилающей поверхности требует вычисления уровня мощности фона в элементе разрешения цели по дальности и скорости с учетом мощности помехи. Мощность сигнала цели определяется теми же параметрами БРЛС, как и в случае обнаружения сигнала без фона. Мощность фона зависит от многих параметров РЛС и подстилающей поверх­ ности.

На рис. 2.17 показан случай формирования сигнала фона в режиме ВЧП, когда обеспечивается однозначное соответствие скорости цели и доплеровской частоты при неоднозначности по дальности.

В элемент разрешения сигнала цели по задержке и частоте попадают сиг­ налы, отраженные от подстилающей поверхности в элементах разрешения на местности по горизонтальной дальности 5Д и азимуту δ 1:

где φ - угол места элемента разрешения относительно вектора путевой скоро­ сти носителя, 5г - разрешение по наклонной дальности;

определяется разрешением по частоте

при азимутальном угле наблю­

дения фона 9ф относительно вектора путевой скорости носителя.

Соответственно, мощность сигнала фона одного элемента разрешения оп­ ределяется величиной ЭПР фона .Величина удельной ЭПР σ0

зависит от типа местности и угла места φ. Для БРЛС комплексов Е-2 и Е-3 на основании экспериментальных и расчетных данных сформированы модели удельных ЭПР фона σ0(φ) (см. рис. 2.7, 2.8).

Элементы разрешения фона лежат на пересечении линии равной допле­ ровской частоты (изодопы) с линиями равных дальностей, следующих с перио­

дом

(6 км при Fn = 25 кГц). Число элементов дальности находится

значением

, где Дтах определяется дальностью радиогоризонта.

На рис. 2.17 область пересечения показана отдельно (в кружочке). Доплеровская частота изодопы соответствует частоте цели

где У - радиальная составляющая скорости цели в направлении БРЛС, θ -

угол сканирования ДН антенны по азимуту в направлении на цель на большой дальности (фц « 0).

Рис. 2.17

Доплеровская частота цели определяет доплеровскую частоту фона L· = f4 и,

соответственно, угол θφ относительно вектора путевой скорости ,

необходимый для расчета разрешения по азимуту.

Мощность фона в элементе разрешения цели определяется суммой мощ­ ностей фона каждого разрешаемого по дальности элемента фона

По сравнению с мощностью сигнала цели при расчете отношения сиг­ нал/фон мощность фона определяется не только ЭПР фона σ^, но и другим

коэффициентом усиления антенны

ι, который зависит от координат

элемента фона. Кроме того, потери при обработке сигналов фона меньше на 3...5дБ по сравнению с обработкой сигнала цели. Это объясняется малым влиянием рассогласования характеристик системы обработки и сигналов фона, так как при рассогласовании происходит перераспределение сигнала фона ме­ жду элементами разрешения, не изменяя его мощности.

При учете приема фона по боковым лепесткам выходного сигнала согла­ сованной системы обработки (функции неопределенности) задача расчета мощности фона еще более усложняется. Поэтому такие расчеты обычно прово­ дят методом математического имитационного моделирования с учетом стати­ стики сигналов и фона.

В результате пороговой обработки сигналов формируются данные целей для последующей (вторичной) обработки:

номер канала задержки (неоднозначной дальности); номер канала частоты (скорости);

азимут (среднее значение угла из четырех обнаруженных пачек); угол места (сканированием ДН либо моноимпульсным методом).

2.8.2.Оценка характеристик обнаружения низколетящих воздушных целей Б РЛС с квазинепрерывным излучением

Получение оценок характеристик бортовой РЛС с трассовым выходом изза большой размерности задачи требует разработки калибруемых по экспери­ ментальным данным математических моделей с имитацией процессов зондиро­ вания пространства, обнаружения отметок на различных частотах повторения от ВЦ в доплеровско-дальностных каналах, устранения неоднозначности по дальности, реализации первичной и вторичной обработок добываемой инфор­ мации. Для повышения точности оценок характеристик обнаружения необхо­ димо одновременно учесть законы флуктуации эффективной поверхности рас­ сеяния ВЦ, наличие альтиметровых помех в бортовой РЛС, нестационарность в пространстве и во времени потока ложных отметок, обусловленных как пере­ отражениями от подстилающей поверхности, так и наличием в каналах обра­ ботки ложных отметок комбинационного характера при неверном устранении неоднозначности по дальности.

Далее приводится методика определения характеристик обнаружения

низколетящих воздушных целей методом имитационного моделирования.

Используются обозначения, как в оригинале [3].

Бортовая РЛС с переключением частот повторения импульсов (ЧПИ) из­ лучает когерентную последовательность зондирующих радиоимпульсов, спектр которых представлен на рис. 2.18, а, длительностью ти и ЧПИ Fnl,Fn2 и т. д. Авиационный носитель перемещается равномерно и прямолинейно на вы­ соте Нссо скоростью Vc (рис. 2.18, б). Принятые колебания состоят из полез­ ного сигнала, активных и пассивных помеховых колебаний, отраженных под­ стилающей поверхностью (рис. 2.18, в). Мощность помех на входе бортовой РЛС зависит от среды распространения радиоволн, диаграмм направленности приемной и передающей антенн, свойства подстилающей поверхности и

других факторов. Необходимо получить последовательность и расчетные вы­ ражения оценок характеристик данного класса РЛС в условиях реального функционирования.

Обобщенный алгоритм оценки характеристик обнаружения ВЦ приведен на рис. 2.19. В этом случае с учетом движения авиационного носителя опреде­ ляется уровень отраженных подстилающей поверхностью сигналов в каждом доплеровском канале, рассчитываются отношения сигнал/помеха и вероятно­ сти обнаружения ВЦ.

Применяются две основные системы координат: сферическая (в,<р,Д), центром которой является фазовый центр антенны, и декартовая система (Χ,Υ,Η) с центром в точке пересечения перпендикуляра, опущенного из цен­ тра, с поверхностью земли (см. рис. 2.18, б).

Рис. 2.18

Рис. 2.19

Направление оси OY совпадает с направлением вектора скорости авиаци­ онного носителя. Для упрощения решения задачи предполагается, что можно пренебречь кривизной земной поверхности и влиянием среды распространения радиоволн.

Нормированные диаграммы направленности приемной и передающей ан­ тенн задаются функциями gnp(e,(p) и gnep(s,(p), так что

(2.1)

где S2 - сфера с единичным радиусом; ds2 - элемент площади сферы; Gnp, Gnep -

коэффициенты усиления антенн.

Свойства обратного рассеяния различных подстилающих поверхностей, характеризующиеся удельной поверхностью обратного рассеяния β(ε), пока­ зывают, какая часть мощности отражается малым участком подстилающей по­ верхности в обратном направлении под углом к горизонтальной плоскости. В общем случае значение G(e) зависит от угла падения, длины волны, вида подстилающей поверхности, вида поляризации падающей и рассеянной волн. Для основных видов подстилающей поверхности (лес, пашня, поле, вода и др.) Θ(ε) определяется экспериментально.

Пусть S(f) - спектр излученного сигнала. Рассмотрим составляющую спектра на частоте f'. Мощность сигнала на входе БРЛС, отраженная элемен­ тарной площадкой с центром в точке (х, у), определяется в соответствии с уравнением радиолокации

где Ри - импульсная мощность.

Мощность принятого колебания в интервале частот [f, f + δί] определяется путем замены координат (х, у) на (Д,1*д) и интегрирования по f (рис. 2.18, б);

1д = f - f' - доплеровская частота; f - частота, на которой принимается помеховое колебание; ,

- спектр принятого колебания.

Если спектр сигнала дискретный, то интегрирование по f' заменяется сум­ мированием. Чтобы определить спектр сигнала, отраженного кольцом дальности шириной АД и внутренним радиусом Д, необходимо проинтегрировать N(fl, f) по переменной Д:

(2.2)

Если

лежит в интервале Гд,Д + ДЦ], подынтегральное вы­

ражение не определено. В этом случае необходимо сделать замену переменной интегрирования после чего (2.2) принимает вид

Тогда распределение мощности помех по частоте и каналам дальности оп­

ределяется как где К - число интервалов неодно­

значности дальности в пределах горизонта; Д^ - КД0 + тАД - внутренний ра­

диус кольца дальности т-го канала на К-м интервале неоднозначности. Спектральная плотность мощности шумов генератора передатчика бор­

товой РЛС, переотраженная подстилающей поверхностью, Nmr(f) = где Νπ - спектральная плотность мощности шумов пе­

редатчика, Νππ - спектральная плотность мощности отражений от подстилаю­

щей поверхности.

В итоге вычисление спектра помех, отраженных подстилающей поверхно­ стью, осуществляется численными методами.

Пусть, например, заданы следующие параметры:

Необходимо вычислить значение спектра помеховых колебаний N(f, m) на частоте f в канале дальности с номером т. Предварительно опре­

деляется интервал однозначного измерения дальности

где с -

скорость

света,

- разрешающая способность по дальности, Дг -

дальность

горизонта,

- максимально возможная

доплеровская

частота, - максимальная частота в пределах дальности

горизонта, К^ и К2 - номера минимальной и максимальной спектральных со­ ставляющих, вносящих вклад в формирование значения N(f,m) имеют вид

- число интервалов однозначности по дальности в пределах горизонта.

Затем проверяется, попадает ли точка Дг в m-й канал дальности: если , то значение N2 уменьшается на единицу. Для каждого к€{к15...к2} вычисляется вклад k-й составляющей спектра акв значение

N(f,m):

где 0к - угол, определяющий гиперболу, соответствующую доплеровской час­ тоте - минимальное расстояние от носителя бортовой РЛС до гиперболы доплеровской частоты fk(cM. рис. 2.18). При этом нижний предел интегрирования по дальности в по­ следнем интервале однозначности вычисляется как , причем если Дп < Д т , то полагается отсутствие помехи и переходим к следующему

значению к. Если 0к не удовлетворяет условию то находится

расстояние до той точки гиперболы f = fK, в которой касательная к ней образу­ ет угол π/4 с осью оу:

Замечание. На отрезке [Дм, Дп ] интегрирование осуществляется по пере­

менной

а на отрезке

- по Д.

Если

то значение Ν3

уменьшается на единицу. Впо­

следствии определяется номер интервала дальности, в который попадает точка

Если

, то необходимо увеличить зна­

чение на единицу.

 

Вычисление уровня помехи в к-м доплеровском канале дк осуществляется по следующей формуле:

где

Тогда значение спектра помехи от подстилающей поверхности для борто­ вой РЛС, использующей квазинепрерывный режим, определяется как

Оценка эффективности управления порогом обнаружения в бортовой РЛС с учетом сформированной области селекции приоритетной воздушной цели (Os) на этапе вторичной обработки и разрешающих способностях ι станции осуществляется путем определения конечного множества элементов разрешения (Ωη) на каждой частоте повторения с изменяемым порогом обна­ ружения

где Νη - общее число элементов разрешения с изменяемым порогом обнаруже­ ния; ФгД - оператор отображения, определяющий преобразование неоднознач­ но измеряемых координат на различных частотах повторения в сферические

координаты - номера каналов обнаружения многока­

нального приемника по отдельным координатам, в которых осуществляется изменение порога.

В дальнейшем для определяемого допустимого уровня снижения ложных тревог (F^on)) проводится оценка реализуемых показателей обнаружения в

рассматриваемых секторах сопровождения. Для повышения точности оценки вероятности обнаружения ВЦ используется модель флуктуации ЭПР, подчи­ ненная логарифмическому закону распределения, аппроксимируемая следую­ щим выражением:

где