Физические основы, лежащие в основе компенсации сигналов, отраженных от пассивных помех и «местных предметов»

При работе первичных радиолокаторов (ПРЛ) наблюдается явление отражения электромагнитных волн, излучаемых антенной, от объектов, электрические параметры которых отличаются от параметров среды распространения радиоволн. В частности, такими объектами являются «местные предметы», гидрометеоры (облака, дождь, град, снег), другие объекты естественного происхождения, а также специально создаваемые помеховые сигналы. В дальнейшем все перечисленные виды сигналов будем называть пассивными помехами (ПП). Интенсивность ПП может превышать на 30-80 дБ уровень собственных шумов приемника, что приводит к его перегрузке и потере полезного сигнала.

Отраженные от целей сигналы и маскирующие пассивные по­мехи имеют определенные отличия, связанные с различиями целей и отражателей, создающих пассивную помеху. К числу этих различий можно отнести:

1. Распределенный характер мешающих отражателей и близкий к сосредоточенному блестящих элементов цели. Поэтому, повышая разрешающую способность по координатам и сокращая при этом размеры разрешаемого объема (во всяком случае, до размеров, превышающих размеры самолета), можно добиться улучшения наблюдаемости сигнала на фоне пассивных помех.

2. Отличия в поляризации отраженных сигналов наблюдаются, если пассивная помеха создается, например, гидрометеорами (дождь, тучи), состоящими из мелких капель, имеющих форму шара. Если гидрометеоры облучаются колебаниями с круговой поляризацией, то они отражают колебания также с круговой поляризацией, но с обратным (если смотреть в направлении распро­странения волны) вращением плоскости поляризации.

Если при­емная антенна не воспринимает колебания с такой поляризацией, она тем не менее может принимать колебания от целей, обладаю­щих несимметрией структуры.

3.Различия в скорости перемещения мешающих отражателей и цели.

Скорость перемещения наземных мешающих отражателей
относительно наземной радиолокационной станции равна нулю,
в то время как представляющие практический интерес цели пере­мещаются с достаточно большой скоростью.

Если пассивная помеха создается противорадиолокационными отражателями, то эти отражатели, будучи сброшены с самолета, быстро теряют первоначальную скорость, приобретая скорость, близкую к скорости ветра. Поскольку скорость ветра не постоян­на по высоте, в соответствии с высотным перепадом (градиентом) этой скорости имеет место разброс скоростей противорадиолокационных отражателей.

Полезный сигнал (сигнал, отраженный от воздушного судна) и пассивная помеха являются результатом вторичного излучения электромагнитной энергии.

Основное различие сигналов заложено в частотах отраженных сигналов и обусловлено разными радиальными составляющими скоростей движения цели и источников пассивных помех. Различия в радиальных скоростях целей и отра­жателей имеются и могут быть использованы для селекции по ско­рости. Селекцию по скорости (иначе по эффекту движения цели) называют селекцией движущихся целей (СДЦ).

Пусть в точке О (рис.4.64) находится передатчик, в точке А – объект, движущийся со скоростью . Будем полагать, что объект движется равномерно и прямолинейно с радиальной скоростью (объект удаляется от РЛС). График движения изображен на рис.4.65, а сплошной линией. Пунктиром показан график распространения электромагнитных колебаний.

Из рисунка 4.65, б видно, что происходит трансформация временного масштаба, т.е. растяжение колебаний, отраженных от цели, относительно излученных РЛС. Для приближающейся цели ( < 0) происходит сжатие временного масштаба. Наряду с трансформацией временного масштаба наблюдается уменьшение амплитуды отраженного сигнала.

В соответствии с трансформацией масштаба времени изменяется зависимость принимаемых колебаний U_пр.(t) по сравнению с излучаемыми U(t). В случае, если излучаются гармонические колебания

имеем следующий результат при приеме

, (4.41)

где , что соответствует трансформации частоты (эффект Доплера).

Условимся выражение для частоты принимаемых колебаний записывать в следующем виде:

,

где допплеровская поправка частоты (частота Доплера)

положительна при V_p > 0 и отрицательна при V_p < 0. При ½ V_p½<< с можно полагать, что

. (4.42)

В принципе для выделения сигналов движущихся целей можно использовать изменение несущей частоты, частоты повторения импульсов и длительности импульсов, которые наблюдаются при отражении зондирующего сигнала от таких объектов. Однако последние два эффекта очень малы и обнаружить их трудно. Практически представляется возможным зафиксировать изменение несущей частоты. Таким образом, частота Доплера является основным, хотя и не единственным, информативным параметром, с помощью которого осуществляется селекция движущихся целей на фоне пассивных помех.

Для импульсной последовательности (рис.4.66.) происходит растяжение промежутка между соседними импульсами в раз, так, что этот промежуток получает приращение

Численно изменение промежутка между импульсами за счет скоростной де­формации сигнала невелико. Например, для Т = 10^-3 сек, v = 150 м/сек и с = 3×10⁸ м/сек оно составляет 10^-9 сек, т. е. ве­личину одного порядка с периодом колебаний высокой частоты. Это значит, что деформацию сигнала можно заметить лишь по изменению фазы колебаний высокой частоты. Чтобы использовать эту возможность, предъявляются достаточно жесткие требования к фазовой структуре высокочастотных колебаний, иначе — к их когерентности.

Различают несколько видов обеспечения когерентности колебаний.

1. Истинная внутренняя когерентность достигается тем, что колебания создаются стабильным задающим генератором, после которого стоит усилитель мощности с устойчивой фазовой характеристикой.

2. Эквивалентная внутренняя когерентность достигается тем,что генератор с самовозбуждением вырабатывает последовательность импульсов постоянной несущей частоты со случайными на­чальными фазами. Начальная фаза каждого зондирующего импульса запоминается на время приема отраженных сигналов до следующего зондирования. Путем соответствующей обработки принимаемого колебания эта фаза исключается и принимаемые колебания оказываются практически такими же, как и в случае ис­тинной когерентности.

3. Внешняя когерентность достигается тем, что информация о случайной начальной фазе зондирующего импульса извлекается из приходящих от пассивных отражателей колебаний.

Принципы технической реализации эквивалентной внутренней и внешней когерентности подробнее развиваются далее. Пока это не будет оговорено особо, будем полагать в дальнейшем, что имеет место истинная внутренняя когерентность.

При импульсной модуляции излучаемых колебаний эффект Доплера проявляется в сдвиге спектра частот на допплеровскую частоту и в изменении фазы излучаемых колебаний от одного периода повторения импульсов к другому относительно начальной фазы излучаемых колебаний. Названные эффекты иллюстрируются на рис. 4.67 и 4.68.

Наличие отражений от пассивных помех не позволяет решать задачи обнаружения и измерения координат воздушных судов без применения систем селекции движущихся целей (СДЦ).

На рис.4.69. изображены виды индикатора кругового обзора с выключенной(а) и включенной(б) системой СДЦ.

Рис.4.69