что значит моноимпульсный локатор

Моноимпульсный метод измерения

В моноимпульсной РЛС каждый отраженный импульс от цели несет всю информацию о положении цели, как по угловым координатам, так и по дальности. Выделение информации достигается одновременным сравнением амплитуд и фаз отраженных сигналов, которые принимаются несколькими ан­тенными устройствами.

Моноимпульсные РЛС более сложны по сравнению с однокананьиыми РЛС, но они позволяют точнее определить координаты. ‘Это объясняется тем, что низкочастотные амплитудные флуктуации отраженных сигналим, не оказывают влияния на работу таких систем.

Принцип работы моноимпульсной РЛС рассмотрим на простейшей ам­плитудно-разностной РЛС (рис. 5.19), в которой для определения направления на цель сравниваются амплитуды сигналов, принимаемых двумя каналами станции (для пеленгации в одной плоскости).

Характеристики направленности антенн каналов образуют равносигнальное направление. Принимаемые каждой из антенн сигналы усиливаются от­дельными приемными устройствами, детектируются, и затем находится их раз­ность.

Сигнал, принимаемый антенной 1, на входе приемника имеет вид,

где к – коэффициент

Сигнал на выходе второй антенны

После преобразования, усиления по промежуточной частоте и линейного детектирования сигналы в каналах РЛС на входе вычитающего устройства рав­ны соответственно:

На выходе схемы вычитания сигнал при малых углах рассогласования равен

Если коэффициенты передачи каналов равны К₁=К₂=К’, то сигнал на вы­ходе равен

Из последней формулы видно, что сигнал на выходе схемы вычитания прямо пропорционален углу рассогласования. Этот сигнал подается на схему управления антенной, которая поворачивает антенну так, чтобы непрерывно совмещать равносигнальное направление с направлением на цель, т.е. сводит сигнал рассогласования к нулю.

На рис. 5.20 приведены пеленгационные характеристики системы. Недостатком системы является зави­симость нулевого значения пеленгационной характеристики от стабиль­ности и равенства друг другу коэф­фициентов передачи сигналов в от­дельных каналах. Этот недостаток отсутствует в амплитудной суммарно-разностной РЛС (рис. 5.21).

Сигнал на выходе такой системы при малых углах рассогласования равен

В этой системе нулевое пеленгационное направление не зависят от амплитудных и фазовых характеристик каналов (и_вых=0 при γ=0). Изменение амплитудных (К₁, и К₂) и фазовых (φ₁ и φ₂) характеристик каналов приводит только к некоторому изменению крутизны пеленгационной характеристики.

Кроме амплитудных моноимпульсных РЛС, могут быть фазоразностные и фазовые суммарно-разностные РЛС. Отличаются они от выше описанных только тем, что производится сравнение не амплитуд, а фаз.

Дата добавления: 2015-06-22 ; просмотров: 4521 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Моноимпульсная антенна

Рисунок 1. Принцип построение моноимпульсной антенны: суммарный и разностный каналы

Рисунок 1. Принцип построение моноимпульсной антенны: суммарный и разностный каналы

Рисунок 2. Вид в разрезе антенной решетки мономипульсной антенны

Рисунок 2. Вид в разрезе антенной решетки мономипульсной антенны

Моноимпульсная антенна

Концепция моноимпульсных антенн объединяет в себе антенны, построенные в виде антенной решетки, и имеющие особый способ питания, при котором отдельные ее элементы не всегда запитываются синфазно. Для различных задач из принятой отдельными антеннами энергии могут формироваться различные комбинации в виде суммы и разностей.

Приведенные примеры показывают, что моноимпульсная антенна не является отдельным типом антенны. Так, в запросчике радиолокатора Siemens 1990 используется групповая антенна, состоящая из логопериодических антенн, а в радиолокаторе AN/FPS-117 используется фазированная антенная решетка.

Предпосылки возникновения метода мономипульсной пеленгации

Рисунок 3. К пояснению оценки углового положения цели методом максимума (применялся в устаревших радиолокаторах, не использовавших метод моноимпульсной пеленгации)

Рисунок 3. К пояснению оценки углового положения цели методом максимума (применялся в устаревших радиолокаторах, не использовавших метод моноимпульсной пеленгации)

Цель будет наблюдаться радиолокатором с момента попадания ее в главный луч антенны или с момента, когда она начинает облучаться лучом передающей антенны радиолокатора. Обзорный радиолокатор всегда оценивает угловое положение цели с ошибкой, поскольку его работа основана на предположении о том, что в момент получения радиолокатором отраженного сигнала цель находится на направлении оси главного лепестка диаграммы направленности антенны. Такая ошибка имеет величину, соизмеримую с шириной основного луча антенны.

Приближенный метод определения углового положения цели заключается в том, чтобы повернуть антенну вблизи направления на цели и зафиксировать такое ее угловое положение, при котором амплитуда эхо-сигнала становится максимальной. Принцип работы такого метода показан на Рисунке 3.

Рисунок 4. Принцип построения моноимпульсной системы
boresight deviation — отклонение от равносигнального направления
Boresight — равносигнальное направление

Рисунок 4. Принцип построения моноимпульсной системы
boresight deviation — отклонение от равносигнального направления
Boresight — равносигнальное направление

Одного отраженного сигнала достаточно!

Моноимпульсный метод дает лучшие результаты точности измерения углового положения цели, чем метод максимума, принцип которого показан на Рисунке 3. Этот метод может функционировать при более низкой частоте повторения импульсов, что является преимуществом уже само по себе. Моноимпульсные системы обычно имеют улучшенную обработку для обеспечения более качественной кодовой информации о цели. Для получения информации об угловом положении цели оказывается достаточно одного отраженного от нее импульса (отсюда и название метода — моно импульсный).

Элементы линейной антенной решетки делятся на две половины. Такие две отдельные антенные подрешетки располагаются симметрично относительно оси антенны. Эту ось часто называют «равносигнальным направлением» (англ. «boresight» ). В режиме излучения (Тх) обе антенные подрешетки запитываются синфазно. Соответствующая диаграмма направленности называется суммарной или Σ-диаграммой и показана на Рисунке 4 голубым цветом, а на графике в верхней части Рисунка 4 изображена синим цветом.

В режиме приема (Rx) возможны дополнительные по сравнению с обычном способы приема сигнала. По сигналам, принятым отдельными антенными подрешетками, оказывается возможным рассчитать их сумму Σ (по аналогии с формированием суммарной диаграммы в режиме излучения) и разность Δ_Az, в результате чего формируется так называемая разностная диаграмма направленности по азимуту. Отдельные части такой диаграммы направленности показаны на рисунке красным и зеленым цветами. Оба сигнала (полученный в суммарном и полученный в разностном канале) сравниваются и их разность используется для более точной оценки углового положения цели.

Угол между осью антенны (равносигнальным направлением) и направлением на цель так же называют углом ошибки (в англоязычной литературе используется термин Off-Boresight Angle, OBA).

В трехкоординатных радиолокаторах в качестве третьей координаты цели измеряется угол места. Таким образом, упомянутая выше процедура применяется дважды. Для этого антенна дополнительно делится на две части в вертикальном направлении. Получающийся в результате разностный канал Δ_El называют разностным каналом угла места.

Источник

Моноимпульсная радиолокация

Полезное

Смотреть что такое «Моноимпульсная радиолокация» в других словарях:

Моноимпульсная радиолокация — это способ, который позволяет получать полную информацию об угловых координатах, дальности или скорости объекта всего лишь по принятому одиночному (отражённому или переизлучённому объектом) импульсному сигналу. Ярким примером моноимпульсных… … Википедия

МОНОИМПУЛЬСНАЯ РАДИОЛОКАЦИЯ — метод определения местоположения объекта, основанный на его облучении одиночным импульсным сигналом с последующим приемом отраженного либо переизлученного сигнала … Большой Энциклопедический словарь

моноимпульсная радиолокация — метод определения местоположения объекта, основанный на его облучении одиночным импульсным сигналом с последующим приёмом отражённого либо переизлучённого сигнала. * * * МОНОИМПУЛЬСНАЯ РАДИОЛОКАЦИЯ МОНОИМПУЛЬСНАЯ РАДИОЛОКАЦИЯ, метод определения… … Энциклопедический словарь

РАДИОЛОКАЦИЯ — обнаружение и определение местоположения разл. объектов с помощью радиотехн. устройств. Первые радиолокац. станции (РЛС), называемые также радиолокаторами или радарами, появились в Великобритании, СССР и США в кон. 1930 х гг. Принцип действия… … Физическая энциклопедия

Радиолокация — Содержание 1 Классификация 2 Принцип действия … Википедия

Радиолокация — (от Радио. и лат. locatio размещение, расположение) область науки и техники, предметом которой является наблюдение радиотехническими методами (радиолокационное наблюдение) различных объектов (целей) их обнаружение, распознавание,… … Большая советская энциклопедия

Уфимцев, Пётр Яковлевич — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Уфимцев. Уфимцев, Пётр Яковлевич советский, американский учёный. Дата рождения: 1931 год(1931) … Википедия

Петр Уфимцев — Уфимцев, Пётр Яковлевич советский, американский учёный Дата рождения: 1931 год Место рождения: село Усть Чарышская Пристань Алтайского края … Википедия

Петр Яковлевич Уфимцев — Уфимцев, Пётр Яковлевич советский, американский учёный Дата рождения: 1931 год Место рождения: село Усть Чарышская Пристань Алтайского края … Википедия

Пётр Уфимцев — Уфимцев, Пётр Яковлевич советский, американский учёный Дата рождения: 1931 год Место рождения: село Усть Чарышская Пристань Алтайского края … Википедия

Источник

Что значит «моноимпульсная радиолокация»

Энциклопедический словарь, 1998 г.

метод определения местоположения объекта, основанный на его облучении одиночным импульсным сигналом с последующим приемом отраженного либо переизлученного сигнала.

Большая Советская Энциклопедия

(от моно. и импульс ), метод измерения радиолокационных станцией (РЛС) угловых координат объекта, основанный на определении угловой ошибки положения её антенны, направленной на объект, по принятому одиночному (отражённому или переизлучённому объектом) импульсному сигналу. М. р. используется в т. н. моноимпульсных РЛС сопровождения. Основное преимущество этого метода перед другими радиолокационными методами, основанными на обработке непрерывных или нескольких последовательно принимаемых импульсных сигналов (см. Радиолокация ), заключается в более высокой точности измерений (ошибки снижаются до десятых долей угловой минуты). Это является следствием нечувствительности моноимпульсных РЛС к флуктуациям амплитуды принятых сигналов. Однако реализация М. р. связана с дополнительным усложнением приёмного тракта РЛС ≈ с необходимостью использования нескольких приёмных каналов (в связи с чем этот метод получил также название многоканального).

Различают 2 основных вида моноимпульсных РЛС ≈ с амплитудным и фазовым сравнением сигналов. Работа их основана соответственно на использовании зависимости амплитуды или фазы сигналов, одновременно принятых по нескольким каналам, от направления прихода волн. При определении одной угловой координаты методом сравнения амплитуд (рис. 1) для приёма сигналов используются 2 идентичных приёмных канала и антенна с двумя облучателями, смещёнными из её фокуса, вследствие чего направления максимумов их диаграмм направленности образуют некоторый угол. С приёмников детектированные в них сигналы подаются на устройство сравнения амплитуд. По отношению амплитуд на его выходе определяется значение и знак смещения направления на объект относительно равносигнального направления (т. н. сигнал ошибки). Сигнал ошибки часто используется для автоматического поворота антенны в направлении на объект. Для определения одной угловой координаты объекта методом сравнения фаз (рис. 2) используется система из 2 антенн, разнесённых на расстояние 1 (база). Сигнал от объекта приходит к антеннам со сдвигом фазы:

где l ≈ длина волны, q ≈ угол между направлением на объект и нормалью к базе. Принятые сигналы после усиления поступают в фазометр, по которому определяется разность фаз, характеризующая направление на объект в одной плоскости. Для определения двух угловых координат объекта (в ортогональных плоскостях) в моноимпульсных РЛС с амплитудным либо фазовым сравнением сигналов должны использоваться по крайней мере 3 (обычно 4) диаграммы направленности и соответствующее число приёмных каналов.

Для обеспечения углового сопровождения объекта посредством определения угловых координат в двух ортогональных плоскостях с помощью только двух диаграмм направленности совместно используется фазовое и амплитудное сравнение сигналов. Информация об угловом положении объекта в одной плоскости, например в азимутальной, получается методом сравнения фаз с помощью двух отдельных антенн, расположенных рядом по горизонтали, а в др. плоскости (угломестной) ≈ методом сравнения амплитуд путём отклонения диаграммы направленности одной антенны вверх, а другой ≈ вниз. Такой метод получил название смешанного амплитудно-фазового метода сравнения сигналов.

Моноимпульсные РЛС со сравнением фаз принятых сигналов на практике применяются реже, чем моноимпульсные РЛС со сравнением амплитуд сигналов. Это вызвано отрицательным влиянием на качество их работы боковых лепестков диаграммы направленности, свойственных реальным антеннам, и менее эффективным использованием общего раскрыва антенны.

Лит.: Родс Д. Р., Введение в моноимпульсную радиолокацию, пер. с англ., М., 1960; Сколник М., Введение в технику радиолокационных систем, пер. с англ., М., 1965; Современная радиолокация, пер. с англ., М., 1969.

Википедия

Моноимпульсная радиолокация — метод измерения радиолокационной станцией импульсному сигналу. Основное преимущество этого метода перед другими радиолокационными методами, основанными на обработке непрерывных или нескольких последовательно принимаемых импульсных сигналов заключается в более высокой точности измерений (ошибки снижаются до десятых долей угловой минуты ). Различают 2 основных вида моноимпульсных РЛС — с амплитудным и фазовым сравнением сигналов. Работа их основана соответственно на использовании зависимости амплитуды или фазы сигналов, одновременно принятых по нескольким каналам, от направления прихода волн.

Транслитерация: monoimpul’snaya radiolokatsiya
Задом наперед читается как: яицаколоидар яансьлупмионом
Моноимпульсная радиолокация состоит из 26 букв

Источник

Что значит моноимпульсный локатор

Моноимпульсная локация с помощью мощных наносекундных микроволновых импульсов

к.ф.-м-н. В.В. Кулагин*, д.т.н. профессор А.В. Соколов**,
д.ф.-м.н. профессор В.А.Черепенин**

* ГАИШ им. Штернберга МГУ
** Институт радиотехники и электроники РАН

В настоящей лекции будут рассмотрены основные принципы использования мощных микроволновых импульсов наносекундной длительности для моноимпульсной локации малозаметных объектов, проанализированы характеристики экспериментально генерируемых сверхкоротких импульсов СВЧ, а также будут приведены оценки максимальной дальности обнаружения малозаметных объектов при моноимпульсной локации в микроволновом диапазоне и получены оценки предельной точности определения дальности и угловых координат при сопровождении цели.

Модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки требует приема последовательности отраженных импульсов, что определяет его чувствительность к флуктуациям амплитуды принимаемых сигналов, порождаемых случайными изменениями эффективной площади рассеяния цели. Это является наиболее существенным недостатком одноканального метода пеленгования, использующего коническое и линейное сканирование луча или последовательное переключение диаграмм направленности.

Этого недостатка лишена моноимпульсная (одноимпульсная) пеленгация. Основу моноимпульсного метода определения направления на цель, при котором отраженный импульс содержит полную информацию об угловом положении цели, составляет многоканальный прием, когда отраженные сигналы принимаются одновременно двумя независимыми приемными каналами по каждой координатной плоскости пеленгации (двумя в азимутальной плоскости и двумя в угломестной). Так как в моноимпульсных системах пеленгование осуществляется по одному импульсу, и используются одновременно два независимых канала приема в каждой координатной плоскости, то амплитудные флуктуации отраженного сигнала не оказывают заметного влияния на точность измерения угловых координат.

2. Основные принципы моноимпульсной локации

В настоящем параграфе будут кратко сформулированы основные принципы моноимпульсной локации, а также намечены пути совершенствования характеристик обнаружения и сопровождения цели при моноимпульсной локации. Будет показано, что требования одновременного увеличения дальности и разрешающей способности обнаружения могут быть выполнены в случае применения для локации мощных сверхкоротких (наносекундных) импульсов СВЧ диапазона.

2.1. Методы пеленгации цели по углам

В зависимости от характера извлечения угловой информации о цели из принимаемых сигналов различают три основных способа определения координат в моноимпульсных системах: амплитудный, фазовый и комплексный.

В моноимпульсных системах с амплитудной пеленгацией для определения угловой координаты в одной плоскости формируются две перекрещивающиеся диаграммы направленности антенны, разнесенные на углы q от равносигнального направления (рис. 1). Когда цель отклоняется на угол q от равносигнального направления (например, цель находится в точке А), сигнал, принятый антенной, имеющей нижнюю диаграмму направленности, больше сигнала, принятого антенной, имеющей верхнюю диаграмму направленности. Разность амплитуд принятых сигналов определяет угол отклонения цели от равносигнального направления. Знак этой разности характеризует направление смещения равносигнального направления относительно цели. Когда равносигнальное направление совмещается с целью, амплитуды отраженных сигналов, принятых по обеим диаграммам, равны, а их разность обращается в нуль.

В моноимпульсных системах с фазовой пеленгацией направление на цель в одной координатной плоскости определяется сравнением фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами. В дальней зоне каждая антенна облучает практически один и тот же объем пространства, в результате чего исходящие от точечной цели отраженные сигналы близки по амплитуде, но различаются по фазе. На рис. 2 показано, как происходит сравнение по фазе в моноимпульсной системе, имеющей две антенны, отстоящие одна от другой на расстояние .

Линия визирования цели образует угол q с осью, перпендикулярной к линии, соединяющей обе антенны, т. е. с равносигнальным направлением. Расстояние между антенной 1 и целью составляет

а расстояние между антенной 2 и целью

Поэтому разность расстояний от цели до антенн оказывается равной

что дает разность фаз принимаемых сигналов

где — длина волны.

Таким образом, имеется возможность определить угол прихода q по измеренной величине фазовых сдвигов отраженных от цели сигналов, принимаемых на две разнесенные антенны.

Следует отметить, что фазовый сдвиг сигналов обращается в нуль не только при , но также и при других углах рассогласования, соответствующих условию

где — любое целое число. В результате пеленгационная характеристика получается знакопеременной и имеет наряду с основным направлением много ложных равносигнальных направлений. Однако этот недостаток не будет играть существенной роли, если ложные равносигнальные направления находятся за пределами главного лепестка диаграммы направленности. В этом случае расстояние между центрами приемных антенн должно быть не больше диаметра каждой из них. Такая система может быть выполнена, например, в виде двух расположенных рядом антенн.

Существуют также моноимпульсные системы, в которых используется амплитудно-фазовый (комплексный) метод пеленгования. В таких системах угловые координаты определяются сравнением как амплитуд, так и фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами (рис. 3).

2.2. Пути совершенствования характеристик обнаружения и сопровождения цели при моноимпульсной локации

Одним из основных требований к радиолокационным системам является требование возможности разрешения цели, имеющей малую эффективную площадь рассеяния на фоне неподвижной (малоподвижной) цели с большой эффективной площадью рассеяния. Такая задача может возникать, в частности, при локации небольших объектов на земной и морской поверхности, а также при обнаружении низколетящих объектов. В традиционных радиолокационных системах с длинными импульсами разрешение по дальности достигается применением частотной модуляции лоцирующего импульса, существенно расширяющей его эффективный спектральный диапазон. При этом отраженный сигнал обрабатывается с помощью цифровых методов. В процессе обработки отраженный импульс эффективно сжимается, что существенно увеличивает разрешение по дальности по сравнению с немодулированными сигналами. Однако, в процессе цифровой обработки возникают паразитные боковые полосы, через которые может осуществляться подмешивание к выходному сигналу отраженных сигналов от близлежащих целей. Таким образом, отраженный сигнал от цели с большой эффективной площадью рассеяния может полностью маскировать сигнал от цели с малой эффективной площадью рассеяния, находящейся вблизи большой цели. Такой проблемы не существует для радиолокационных систем с короткими микроволновыми импульсами, так как там не требуется использовать схем сжатия импульсов. Действительно, электромагнитное излучение распространяется на 30 см за 1 наносекунду, поэтому при использовании лоцирующих импульсов длительностью в несколько наносекунд может быть непосредственно обеспечено метровое разрешение радиолокационных измерений. Таким образом может быть обнаружена низкоотражающая движущаяся цель на фоне значительной стационарной помехи.

Уменьшение длительности лоцирующего импульса при прочих равных условиях сокращает максимальную дальность обнаружения цели. Действительно, максимальная дальность обнаружения определяется в числе прочих параметров общей энергией сигнала посылки (произведением эффективной мгновенной мощности на длительность сигнала), применяемого в радиолокационной системе. Чем меньше длительность сигнала посылки при неизменной его амплитуде, тем меньше общая энергия сигнала, и, следовательно, тем меньше максимальная дальность обнаружения цели. Таким образом, происходит ухудшение одного из важнейших параметров радиолокационной системы. Возможным способом исправления ситуации является использование сверхмощных микроволновых импульсов. В этом случае при переходе к более коротким импульсам посылки при сохранении общей энергии сигнала максимальная дальность обнаружения цели остается неизменной, в то же время разрешение целей по дальности существенно возрастает. Таким образом, проблема улучшения характеристик обнаружения и сопровождения целей естественным образом приводит к необходимости использования сверхкоротких (наносекундных) мощных импульсов микроволнового диапазона для моноимпульсной локации малозаметных объектов.

3. Возможные виды наносекундных микроволновых импульсов большой мощности

В установке был использован кольцевой электронный пучок с током 10 кА, формируемый холодным графитовым катодом с взрывной эмиссией; питающее напряжение составляло 500 кВ. Длительность импульса была столь мала, что катодная плазма не успевала сформироваться, таким образом, расход графита в течение импульса был минимальным, что определяло ресурс катода порядка 10 импульсов.

При испытаниях радар показал хорошие результаты. Так, например, маленький самолет с эффективной площадью рассеяния порядка 1 м был отчетливо виден на фоне острова на расстояниях порядка 100 км, разрешение по дальности составляло порядка 1 м.

Совершенствование технических характеристик релятивистской лампы обратной волны позволяет надеяться на увеличение мощности излучения до 1 ГВт. В то же время длительность импульса может быть снижена до 1 нс, что будет соответствовать разрешению по дальности порядка 30 см.

Рис. 4. Форма выходного видеоимпульса мощного наносекундного генератора

Разработки наносекундных высоковольтных генераторов явились развитием традиционной техники формирования, основанной на вырезании короткого импульса из более длинного с помощью обостряющего и срезающего газового разрядников (слайсер). При этом особое внимание уделялось созданию систем с перестраиваемыми параметрами [4] : амплитудой, длительностью, формой импульса, а также допускающих работу в частотном режиме (с определенной частотой повторения импульсов). В качестве газовой среды для разрядников слайсера использовался азот под давлением 60 атмосфер, так как в этом случае, в отличие от жидких диэлектриков, скорость восстановления электрической прочности газовых разрядников в определенных пределах допускает режим работы с повышенной частотой повторения без продувки искровых зазоров.

Разрядники слайсера запитывались через 50-омную передающую линию от высоковольтных наносекундных генераторов (драйверов), использующих формирующую линию в качестве высоковольтного емкостного накопителя энергии. Выходная волна передавалась к нагрузке также 50-омной передающей линией.

Для численных оценок нам понадобятся в дальнейшем некоторые параметры видеоимпульсов. Для длительности импульса 5 наносекунд средняя частота составляет ( )

ГГц

а средняя длина волны

см.

Те же параметры для длительности импульса в 1 нс будут: ГГц, .

4. Преимущества использования сверхкоротких мощных импульсов в моноимпульсной локации

Приведем аргументы, обосновывающие преимущества использования сверхкоротких мощных микроволновых импульсов в моноимпульсной локации.

1. Использование наносекундных импульсов обеспечит хорошее разрешение по дальности (порядка 1 м), что даст возможность обнаруживать и сопровождать движущиеся цели с малой эффективной площадью рассеяния на фоне больших стационарных помех.

2. Измерение скорости цели в традиционных радиолокационных станциях осуществляется по доплеровской модуляции частоты отраженного импульса. При этом если скорость достаточно велика, то ее определение осуществляется по одному лоцирующему импульсу. В этом случае есть некоторая минимальная скорость, которая может быть измерена данным способом. Для небольших скоростей применяется также доплеровская оценка по нескольким импульсам пачки. Однако в этом случае есть так называемые «слепые» скорости, когда фаза отраженного импульса меняется на целое число от импульса к импульсу, и цель кажется неподвижной. При определенных условиях таких слепых скоростей может быть достаточно много. При моноимпульсной локации мощными наносекундными импульсами эти проблемы полностью снимаются, так как благодаря высокому разрешению по дальности определение скорости цели происходит по наблюдению ее перемещения по координатам.

3. При указанном соотношении длительности импульса (5 нс) и длительности интервала между импульсами (около 0,01 с) проблемы «мертвого» времени, когда блокирован приемник радиолокационной станции, и невозможно получение информации о целях, практически не существует.

4. Так как при моноимпульсной локации определение всех параметров цели происходит по одному импульсу, то при частоте повторения импульсов в 100 Гц не возникает неоднозначности по дальности. Действительно, за время 0,01 с все эхо-импульсы успевают достигнуть приемной антенны, если максимальная дальность обнаружения не превышает 1500 км, что представляется более чем достаточным для современных радиолокационных установок.

5. Высокое разрешение по дальности позволяет проводить идентификацию целей по отраженному импульсу. Действительно, все детали объекта с размерами порядка 1 м 2 (плоскости, винты и т. п.) будут работать как независимые отражатели, создавая «пространственный портрет» цели, что даст возможность классифицировать цели в режиме реального времени по созданным заранее образцам эхо-откликов.

6. Высокое разрешение по дальности может дать информацию о высоте низколетящего над относительно гладкой местностью объекта по временному разделению одиночного отклика и диффузного эхо-сигнала от подстилающей поверхности.

Кроме вышеперечисленного, следует отметить, что параметрами лоцирующего импульса можно относительно просто управлять, изменяя характеристики генератора. Более того, в стационарных радиолокационных установках, организованных по модульно-блочному принципу, может быть использована линейка стандартных генераторов, настроенных на разные частоты и с разными параметрами импульсов, что позволит оперативно изменять характеристики лоцирующих импульсов непосредственно в процессе работы станции.

5. Оценка характеристик обнаружения целей при моноимпульсной локации в СВЧ-диапазоне

В настоящем параграфе будут приведены оценки максимальной дальности обнаружения малозаметных объектов при моноимпульсной локации в микроволновом диапазоне, а также получены оценки предельной точности определения дальности и угловых координат при сопровождении цели.

5.1. Уравнение дальности радиолокации

Уравнение дальности радиолокации определяет мощность принятого отраженного сигнала в зависимости от различных параметров системы:

.

5.2. Отношение сигнал/шум и оценка максимальной дальности обнаружения на фоне белого шума с помощью оптимального приемника

При отсутствии активных помех шумовую составляющую сигнала можно приблизительно считать белым гауссовским шумом со спектральной плотностью , определяемой температурой приемника , — постоянная Больцмана. В этом случае отношение сигнал/шум на фоне шума при использовании оптимального приемника, согласованного со спектром сигнала, определяется следующим выражением [5,6]

где — представляет полную энергию сигнала за время длительности импульса .

Сигнал считается обнаруженным, если отношение сигнал/шум оказывается больше некоторого порога , зависящего от параметров обнаружения и (вероятности правильного обнаружения и вероятности ложной тревоги):

.

Тогда для минимальной обнаружимой энергии сигнала имеем следующее выражение

.

Используя уравнение дальности радиолокации, получим из этого уравнения значение максимальной дальности обнаружения цели

Для численных оценок используем следующие значения параметров: эффективная поверхность рассеяния м , длительность лоцирующих импульсов 5 нс, температура приемника = 300 К, параметр = 5. Будем считать приемную и передающую антенны одинаковыми. Для видеоимпульсов выходную апертуру антенны возьмем равной 50 , а для радиоимпульсов 10 м . Значения дальности обнаружения для радиоимпульсов и видеоимпульсов приведены в таблице.

Таблица 1. Максимальная дальность обнаружения цели при различных мощностях и видах лоцирующих импульсов.

Максимальная дальность обнаружения цели, км

Мощность импульса 0.5 ГВт

Мощность импульса 1 ГВт

Лоцирующие радиоимпульсы

Лоцирующие видеоимпульсы

5.3. Предельная точность оценки параметров отраженного сигнала

а — сигнал, — истинное значение оцениваемого параметра .

Используя эти выражения, нетрудно получить для ошибки определения дальности следующее выражение

Таким образом, при большом отношении сигнал/шум ошибка определения дальности может в принципе быть даже меньше длины импульса электромагнитного излучения в пространстве .

Дисперсия определения угловых координат, исходя из неравенства Крамера-Рао, имеет следующий вид

где — характерная ширина диаграммы направленности приемной антенны.

6. Выводы и заключение

В заключение наметим ряд задач, требующих решения в рамках проблемы моноимпульсной локации малозаметных объектов мощными наносекундными импульсами СВЧ.

1. Ширина спектра лоцирующего импульса настолько велика, что аналоговые методы обработки отраженного сигнала, по всей видимости, не позволят реализовать преимуществ моноимпульсной локации мощными сверхкороткими микроволновыми импульсами. В этом случае принципиальным является разработка алгоритмов и схемотехнических решений цифровой процедуры обработки отраженного сигнала, включая аналого-цифровое преобразование на входе в реальном времени и компьютерный анализ параметров цели, а также определение требуемых вычислительных ресурсов.

2. Параметры обнаружения и сопровождения цели непосредственным образом связаны с характеристиками антенных систем для излучения мощных наносекундных микроволновых импульсов и приема отраженного сигнала. Поэтому данному вопросу должно быть уделено соответствующее внимание в процессе дальнейшей работы.

3. Принципиальным отличием локации сверхкороткими мощными импульсами СВЧ от традиционных видов радиолокации является широкая полоса лоцирующего импульса и возможность относительно несложного частотного перестроения генератора (или применения модульно-блочных схем). Это позволяет использовать различные адаптивные процедуры, в частности, подстраивать спектр излучаемого импульса под частотные диапазоны, где эффективная площадь рассеяния цели имеет максимальное значение. В этом случае улучшение характеристик обнаружения может быть существенным по сравнению с неадаптивной процедурой.

1. Осипов М. Л.. Радиотехника, 1995, вып. 3.

2. Бункин Б. В. и др.. Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, с. 61.

3. Clunie D. et. al., in Strong Microwaves in Plasmas, ed. by A. G. Litvak (Institute of Applied Physics, Nizhny Novgorod, 1996), v. 2, p. 886.

5. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т. 1, М.: Сов. радио, 1974.

6. Тихонов В. И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983.

7. Куликов Е. И., Трифонов А. П.. Оценка параметров сигналов на фоне помех. М.: Сов. радио, 1978.

Студенты могут задавать лекторам вопросы по электронной почте:

Источник