3.6. Варианты адаптации к случайным параметрам сигналов

Движение реальных аэродинамических целей характеризуется более слож­ными, чем отмечалось в разд. 3.5, закономерностями. Так, даже в случае, когда пилот пытается выполнить полет с неизменным курсом и постоянной скоростью, точка центра масс самолета движется в пространстве с непостоян­ной скоростью. Кроме того, движение аэродинамической цели характеризуется случайными рысканиями по углам курса, крена и тангажа. Указанные явления обусловлены турбулентностью атмосферы.

Непостоянство скорости движения точки центра масс самолета, движущею­ся с постоянными углами сноса и скольжения, приводит к возникновению случайных набегов фаз на синтезируемой апертуре. Наличие же рысканий приводит к тому, что величина и направление вектора угловой скорости вращения цели относительно наземного радиолокатора становятся случайными. Это, в свою очередь, вызывает появление случайной составляющей амплитудно-фазового распределения на синтезируемой апертуре. Оба указанных явления приводят к расфокусированию апертуры и, в конечном итоге, к разрушению дальностно-азимутального портрета цели.

Наиболее существенный вклад в расфокусирование апертуры вносит нерав­номерность движения по радиальной дальности точки центра масс самолета. Расфокусирование апертуры по этой причине может произойти за время в несколько десятков миллисекунд. Наличие угловых рысканий цели приводит к разрушению когерентности эхо-сигнала и расфокусированию апертуры на ин­тервале времени более 0,3...1 с [40].

Рассмотрим варианты адаптации к случайным параметрам эхо-сигналов при получении радиоизображений аэродинамических целей. Излагаемый материал иллюстрируется двумерными изображениями, получаемыми при модели­ровании

3.7. Адаптация к неравномерному движению цели без угловых рысканий

Алгоритмическое совмещение огибающих дальностных портретов и введе­ние опорного элемента (разд. 3.5) решает задачи не только фокусировки изо­бражения, но и учета неравномерности движения цели без угловых рысканий. Одновременно учитываются нестабильности передающего устройства, гетеродина и т.д. Опорный элемент выделяется по минимуму дисперсии амплитудных флюктуаций сигнала. Фазы колебаний, приходящих от опорного элемента, вы­читаются из фаз во всех элементах разрешения каждого дальностного портре­та.

Однако алгоритм доминирующего отражателя (АДО), работающий по опорному элементу, не всегда реализуем. По экспериментальным данным для целей больших размеров [40] при разрешающей способности по ради­альной дальности Δr =1м опорный элемент выделяется в 80% случаев, а при разрешающей способности Δr =3м только в 25% случаев. Представляет поэтому интерес фазирование согласно алгоритмам по совокупности отражате­лей (АСО).

Работа одного из таких алгоритмов (АСО 1) предусматривает последова­тельную оценку сдвига фаз между (v-1)-м и v-м дальностными портретами

. (3.14)

Значение используется для фазовой коррекции v-го дальностного пор­трета. Его комплексные отсчеты умножаются для этого на фазовый множи­тель ехр(-j ), так что

. (3.15)

Начальная фаза первого портрета β₁ несущественна и полагается извест­ной и равной нулю. Согласно [41] близкий алгоритм использовался компа­нией Hughes (в [41] он не приводится).

Возможно привлечение фазовой информации не только двух, но и трех (и более) соседних портретов. Для реализации подобного (3.14) алго­ритма АСО 2

(3.16)

требуется, чтобы были известны начальные фазы двух первых дальностных пор­третов. Как и в случае АСО 1, значение фазы β₁ можно принять разным ну­лю, а значение фазы β₂ может быть устранено использованием АСО 1. Синтез алгоритмов АСО 1, АСО 2 и других им подобных производится в предпо­ложении достаточно большого отношения сигнал/шум, позволяющего ис­пользовать максимально правдоподобные оценки фаз в алгоритме оптимальной обработки пачки ДП (приложение 1, формула П.3) и приближенное равенство величины . При этом (величина 2π/N считается малой).

Применение описанных выше алгоритмов АДО, АСО 1 и АСО 2 иллю­стрируется результатами математического и гидроакустического моделирования получения радиоизображений самолетов.

На рис. 3.3, а, б, в, г приведены дальностно-азимутальные портреты самоле­тов на ракурсе 89° по результатам математического моделирования. Имитиро­валась работа РЛС с длиной волны λ=3 см и широкополосным ЛЧМ-сигналом с эффективной шириной спектра 80 МГц, что обеспечивало разрешаю­щую способность по радиальной дальности 2 м. Модель цели равномерно вра­щалась вокруг центра масс. Суммарный угол поворота примерно 0,4° обеспе­чивал равенство разрешающей способности по поперечной линии визирования дальности и по радиальной дальности. Полученное в этих условиях идеальное (при отсутствии флюктуаций начальных фаз в ДП) радиоизображение приве­дено на рис. 3.3, а. Наличие флюктуаций начальных фаз ДП препятствует восстановлению радиоизображения цели (рис. 3.3, 6). Применение в этом слу­чае АДО и АСО 1 позволяет восстановить изображение цели (рис. 3.3, в и г).

Аналогичные дальностно-азимутальные портреты модели самолета били получены путем гидроакустического моделирования (рис. 3.4, а, б, в,). В отличие от рис. 3.3 на рис. 3.4, г изображение соответствует использованию АСО 2.

Рис. 3.3. Дальностно-азимутальные портреты самолета в отсутствие его рысканий (по результатам математического моделирования); а – в отсутствие флюктуаций начальных фаз дальностных портретов; б – при наличии нескомпенсированных флюктуаций начальных фаз ДП; в – при компенсации флюктуа­ций начальных фаз ДП согласно алгоритму АДО; г – при компенсации флюктуаций начальных фаз ДП согласно алгоритму АСО 1

Рис. 3.4. Дальностно-азимутальные портреты самолета в отсутствие его ры­сканий (по результатам гидроакустического моделирования): а – в отсутствие флюктуаций начальных фаз ДП; б – при наличии нескомпенсированных флюк­туаций начальных фаз ДП; в – при компенсации флюктуаций начальных фаз ДП согласно алгоритму АДО; г – при компенсации флюктуаций начальных фаз ДП согласно алгоритму АСО 2