Методы и устройства обработки сигналов в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях: Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

В.А. Федоров

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКИХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЯХ

Рязань 2006

УДК 621.396.96

Методы и устройства обработки сигналов в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях: Учеб. пособие / В.А. Федоров, Рязан. гос. радиотехн. акад.: Рязань, 2006. 48 с.

Содержит основные сведения о импульсно-доплеровских РЛС. Излагаются теоретические основы и принципы построения имульсно-доплеровских систем, рассматриваются особенности функционирования данных систем в различных режимах работы.

Предназначено студентам, обучающимся по специальностям 200700 “Радиотехника”, 201700 “Средства радиоэлектронной борьбы”, 201600 “Радиоэлектронные устройства”, изучающим дисциплины “Радиолокационные системы“, “Теория и техника радиолокации и радионавигации”, “Радиотехнические системы” и дополнительно материалы в спецгруппе, а также для курсового и дипломного проектирования. Рекомендовано для студентов других специальностей и специализаций направления “Радиотехника”.

 Ил. 33. Библиогр.: 11 назв.

Импульсно-доплеровские РЛС, альтиметровые отражения, неоднозначная дальность.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанской государственной радиотехнической академии.

Рецензент: кафедра радиотехнических систем РГРТА (зав. кафедрой В.И. Кошелев)

Федоров Владимир Александрович

Методы и устройства обработки сигналов в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях

Редактор Е.В. Ипатова

Корректор С.В. Макушина

Подписано в печать             Формат бумаги 60 x 84 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 3,0.

Уч.-изд. л.. 3,0. Тираж 100 экз. Заказ

Рязанская государственная радиотехническая академия.

390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно-издательский центр © Рязанскаой государственной радиотехнической академии, 2006

Федеральное агентство по образованию

Рязанская государственная радиотехническая академия

В.А. ФЕДОРОВ

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКИХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЯХ

Учебное пособие

Рязань 2006

Введение

Бортовые радиолокационные станции (БРЛС) по решаемым задачам строятся на основе когерентно-импульсных РЛС. Их особенность заключается в движении относительно земной (подстилающей) поверхности, облаков, искусственных отражателей, которые образуют пассивные помехи.

Пассивные помехи, действуя на радиолокатор, могут снижать эффективность его функционирования по нескольким причинам:

из-за превышения пассивной помехой смеси сигнала и шума происходит маскировка сигнала;

большая мощность пассивной помехи может привести к насыщению приемного тракта и подавлению полезных сигналов.

Кроме того, при наличии мощных помех повышается вероятность ложной тревоги и ложного захвата целей.

Борьба с пассивными помехами требует, прежде всего, ослабления мощности мешающих отражений, принимаемых антенной радиолокатора, и сужения динамического диапазона помех, для предупреждения перегрузки приемного тракта.

Сигналы, отражённые от полезных целей и пассивных помех могут приниматься не только по главному лепестку диаграммы направленности антенны, но и по боковым.

Антенну РЛС, расположенную на борту, вследствие ограниченности объёма носителя, выполнить с достаточно малыми боковыми лепестками диаграммы направленности трудно. Наличие боковых лепестков при движении РЛС вызывает расширение спектра отраженного сигнала от подстилающей поверхности.

В связи с изложенным, необходимо определить модель диаграммы направленности антенны (ДНА). Наиболее простой является аппроксимация ДНА в виде главного лепестка и сплошной сферы боковых лепестков.[1]. Более точное приближение даёт аппроксимация ДНА в виде главного лепестка, первых боковых лепестков и сплошной сферы остальных боковых лепестков.

Аппроксимация ДНА определяет степень соответствия реальных спектров сигналов и помех рассчитанным. В дальнейшем будем пользоваться простой моделью ДНА в виде главного лепестка и сплошной сферы боковых лепестков.

Методы и алгоритмы обработки сигналов

на встречных курсах

Рассмотрим спектр отражений от подстилающей поверхности (рис. 1) и при выбранной аппроксимации диаграммы направленности, и условии, что зондирующий сигнал является не-

прерывным с несущей частотой f_o.

Приведенный спектр отражений от подстилающей поверхности соответствует направлению, совпадающему с осью летящего носителя РЛС, т.е. не учитываются отклонения по азимуту от линии полета. Участок спектра шириной  соответствует пассивным помехам по боковым лепесткам, при этом максимальная доплеровская частота , где v – путевая скорость,  - длина волны РЛС, и данный спектр симметричен относительно несущей частоты f_о.

Участок спектра с нулевой доплеровской частотой соответствует отражениям от подстилающей поверхности по высоте, которые вследствие большого коэффициента отражения от земли имеют большую интенсивность отражений. Отражения по высоте называют также альтиметровыми отражениями.

Самая большая интенсивность отражений от подстилающей поверхности происходит по главному лепестку ДНА и доплеровская частота этих отражений определяется , где - угол между осью носителя РЛС и центром главного лепестка ДНА. При изменении угла спектр отражений по главному лепестку перемещается в пределах спектра отражений от пассивной помехи по боковым лепесткам.

При установке на носителе когерентно-импульсных РЛС, вследствие широкого спектра отражений от подстилающей поверхности, возникает задача выбора частоты повторений зондирующего сигнала.

Рассмотрим на примере спектр отражений, когда F_п выбирается исходя из однозначной максимальной дальности . Предположим, что

=100 км, v=300 v/сек

λ=3 см.

При данных параметрах

F_п= кГц,           кГц.

Расчеты показывают, что<<. Тогда по ширине спектра пассивной помехи располагаются несколько спектральных составляющих F_п. Учитывая, что около каждой составляющей F_п формируется спектр отражений от пассивной помехи, это приводит к увеличению спектральных составляющих и соответственно увеличению мощности пассивной помехи. Следовательно, использовать режим однозначной дальности или режим с низкой частотой повторения (НЧП) нельзя. Возможно использовать режим НЧП в случае, когда антенна направлена вверх от линии полета.

На основании изложенного в бортовых РЛС следует применять импульсно-доплеровские РЛС, которые характеризуются как когерентно-импульсные с использованием F_п, соответствующей неоднозначно измеряемой дальности или высокой частоте повторения (ВЧП), позволяющей однозначно измерить скорость цели.

Спектр отражений при облучении подстилающей поверхности импульсной последовательностью в режиме ВЧП приве-

ден на рис. 2.

Рис. 2

Спектр принимаемого сигнала импульсно-доплеровской РЛС состоит из дискретных линий (гребенчатая структура), соответствующих несущей частоте f_o и боковым частотам, где j целое число. Огибающая спектра определяется формой импульса. На рис. 2 форма спектра соответствует прямоугольному импульсу с длительностью равной τ_и.