3.8. Принципы адаптации к рысканиям цели

Рыскания по углам курса, крена и тангажа приводят к случайному харак­теру величины и направления вектора угловой скорости вращения цели относительно радиолокатора. В результате появляется случайная составляющая амплитудно-фазового распределения на синтезируемой апертуре, вызывающая ее расфокусирование. Так как время когерентности эхо-сигнала от рыскающей цели (даже при использовании алгоритмов АДО или АСО) не превышает 0,3…1 с [40], то и время синтезирования апертуры не может превышать ука­занного времени. Получение двумерных портретов аэродинамических целей на дальностях свыше 30 км становится в этих условиях сложной задачей.

Увеличение дальности получения двумерных изображений возможно при использовании следующих мер: а) применение методов сверхразрешения, позволяющих повысить угловое разрешение для апертуры ограниченного раз­мера; 6) сочетание когерентной обработки сигналов на интервале когерентно­сти с некогерентной на всем интервале времени наблюдения; в) компенса­ция амплитудно-фазовых флюктуаций в элементах ДП, возникающих за счет рысканий.

Рассмотрим каждое направление (разд. 3.8.1 - 3.8.3) в отдельности.

3.8.1. Применение методов углового сверхразрешения

Угловое сверхразрешение основано на методах обработки сигналов, отли­чающихся от согласованной обработки, обеспечиваемой с помощью ДПФ. Первые работы по угловому сверхразрешению, проводившиеся на Украине [69], явились основой для развития техники корреляционной автокомпенсации помех [125]. Сверхразрешение дает возможность получать радиоизображения аэродинамических целей требуемого качества при инверсном синтезировании апертур меньшего, чем при использовании ДПФ, размера [123].

Сверхразрешение связано в общем случае с известными потерями энер­гии. Коэффициент использования энергии k (относительно энергии, необхо­димой для обнаружения сигнала при одном интенсивном "мешающем" отра­жателе) определяется [69, 70] выражением

, (3.17)

где

g

-

выигрыш в угловой разрешающей способности по сравнению с согласо­ванным разрешением.

При отношении сигнал/шум 20 дБ применение методов сверхразрешения может дать выигрыш в разрешающей способности до 4 раз. Это позволяет увеличить дальность получения радиоизображения до 4 раз при том же времени когерентности сигнала.

В настоящее время в качестве алгоритмов углового сверхразрешения ис­пользуют цифровые алгоритмы нелинейного спектрального анализа. В рас­сматриваемом случае это естественно, поскольку разрешение по углу сводится к разрешению по доплеровской частоте. Для этих алгоритмов характерен от­каз от простейших расчетов периодограмм временных рядов элементов ДП из-за свойственных им недостатков. Нелинейные методы спектрального анали­за связаны с экстраполяцией имеющихся данных (автокорреляционных функ­ций) за пределы окна наблюдения на основе априорных данных, имеющихся во многих случаях. Для оценки спектра мощности используются нелинейные функции оценочной корреляционной матрицы . Здесь - N -элементный вектор анализируемых комплексных амплитуд отсчетов временного ряда. - его комплексно-сопряженное транспонированное значение. В роли дискретных спектральных оценок наиболее часто используются функции вида [70]

; (3.18)

. (3.19)

Здесь , v =0,(N - 1) - опорный N-элементный век­тор дискретизированных по времени (t - vT) гармонических колебаний раз­личных частот f, - оценка матрицы NхN, обратной корреляционной; - оценка N-й строки матрицы ; c₁,с₂ - нормирующие коэффициенты.

Оценки вида (3.18) называют в литературе спектральными оценками максимального правдоподобия (оценками МП-спектра по Кейпону), оценки вида (3.19) называют спектральными оценками максимальной энтропии (оценками МЭ-спектра по Бергу) [70, 126, 127]. МЭ-спектр характеризуется более вы­соким разрешением, но и большим смещением оценок, чем МП-спектр.

Пример получения дальностно-азимутального портрета модели рыскающего самолета при большом времени наблюдения представлен на рис. 3.5, а. Пор­трет (рис. 3.5,б) получен при использовании МП-метода с уменьшением времени наблюдения в 8 раз. Энергетические потери, обусловленные сокращени­ем времени наблюдения и использованием сверхразрешения, скомпенсированы увеличением отношения сигнал/шум на один дальностный портрет.

Рис. 3.5. Дальностно-азимутальные портреты самолета при наличии его рысканий (по результатам математического моделирования): а – без применения мер по устранению влияния рысканий б – с использованием углового сверхразрешения