Тест по сигналам. Ответы на тест. Формирование пространственновременного сигнала обеспечивается облучением объектов эмв с помощью подсистемы передатчикантенна
 Скачать 486.77 Kb.
|
|
Модель пространственно-временного сигнала (билет 6) Формирование пространственно-временного сигнала обеспечивается облучением объектов ЭМВ с помощью подсистемы «передатчик-антенна» РЛС. В результате отражения от объектов изменяются параметры облучающей ЭМВ. В общем случае изменения всех параметров несут информацию о характеристиках функции отражения каждой цели и других объектов. В результате взаимодействия облучающей волны с функцией отражения цели 𝜗(𝑥, 𝑦, 𝑡), определённой для заданной поляризации и углов облучения, возникает отражённая волна, которая распространяется к РЛС и формирует на приёмной апертуре антенны с координатами (𝝃, 𝜼) отражённую ЭМВ цели – пространственно-временной сигнал. В общем случае, особенно при длительной когерентной обработке сигналов по траектории полета носителя РЛС пространственная (по апертуре антенны) и временная обработка взаимосвязаны. В этом случае пространственно-временной сигнал точечной цели может быть представлен в виде произведения пространственного и временного сигналов. Рассматриваемая математическая модель пространственно-временного сигнала соответствует ситуации, когда все параметры сигнала за время наблюдения считаются постоянными. В этом случае задача обработки сигнала сводится к оценке его параметров. Параметрами временного сигнала являются: • мощность сигнала 𝐸ц2 пропорциональная ЭПР цели; • начальная задержка сигнала 𝜏ц пропорциональная дальности цели 𝑅ц; • частота сигнала 𝑓ц пропорциональная радиальной скорости цели относительно РЛС; • начальная фаза сигнала 𝜑н обусловленная рядом, обычно неконтролируемых изменений характеристик функции отражения цели, среды распространения ЭМВ, положения фазового центра антенны и других параметров, что приводит к её случайности. Параметрами пространственного сигнала являются законы изменения фазы напряжённости поля по апертуре антенны 𝝋ц(𝝃) и 𝝋ц(𝜼) определяемые соответственно азимутом и углом места цели. Форма записи пространственно-временного сигнала в виде произведения пространственного и временного сигналов приводит к возможности раздельной пространственной и временной обработки. Обнаружение радиолокационного сигнала (лекция 7) Задачу обнаружения сигналов при радиолокационном наблюдении целесообразно решать в первую очередь, так как последующие операции обработки обнаруженных сигналов (измерение параметров, оценка характеристик целей). Однако для обнаружения сигналов требуется знать их параметры. Кроме того, практически в каждом элементе зоны обзора РЛС, особенно при землеобзоре, могут находиться другие объекты, представляющие интерес для наблюдателя (цели). Поэтому, для обеспечения раздельного наблюдения объектов, необходимо обеспечить разрешение их сигналов. В тоже время для разрешения сигналов также необходимо знать их параметры. Таким образом, задачи обнаружения, измерения параметров и разрешения сигналов оказываются тесно взаимосвязанными. Поэтому критерий минимума среднего риска при синтезе оптимальной системы обработки сигналов должен учитывать ошибки решения всех этих задач, что приводит к практически нереализуемым алгоритмам, особенно при наблюдении большого числа сигналов с близкими значениями параметров. Так, при картографировании практически невозможно оценить и компенсировать влияние всех соседних сигналов со случайными параметрами для обеспечения оптимальной оценки параметров сигнала заданной цели. Поэтому задача обработки разбивается на ряд последовательных независимых этапов с оптимизацией каждого этапа раздельно по своим критериям. На первом этапе обеспечивается разрешение по параметрам каждого сигнала в заданной зоне обзора. Разрешение оптимизируется путем выбора (обоснования) структуры и параметров сигнала без учета их статистической природы и наличия помех. На втором этапе решается задача оптимального обнаружения сигналов в каждом элементе разрешения зоны обзора, например в матрице каналов по задержке и частоте сигналов. На третьем этапе производится грубая оценка параметров обнаруженных сигналов по номеру элемента разрешения. На четвертом этапе решается задача оптимальной оценки параметров обнаруженных сигналов в своем элементе разрешения. Разрешение радиолокационных сигналов (лекция 7) Разрешающая способность РЛС это возможность раздельного наблюдения целей т.е. обнаружения, определения местоположения, распознавания и определения функционального состояния заданной цели независимо от присутствия других целей и объектов в зоне наблюдения. Она определяет детальность наблюдаемого изображения (радиовидение). Чем выше разрешение, тем меньше размер элемента разрешения, тем больше элементов разрешения в изображении цели. При землеобзоре разрешение определяет также эффективность обнаружения малоразмерных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности. Сигналом в радиолокации является изменение параметров ЭМВ в процессе отражения от цели. Информационные параметры ЭМВ: Напряженность поля; Частота колебаний; Задержка относительно излучаемой волны; Направление прихода волны. Считаем также, что возможна раздельная (независимая) обработки ЭМВ по пространству (апертуре антенны) и времени. Таким образом, для разрешения целей необходимо разрешать сигналы целей хотя бы по одному из параметров ЭМВ: направлению прихода, частоте или задержке. В общем случае разрешающая способность РЛС по каждому параметру сигнала зависит от целого ряда факторов. Наличие одновременно многих таких факторов с неизвестными (обычно некоррелированными) характеристиками приводит к сложной многовариантной задаче синтеза оптимальной системы разрешения сигналов даже по одному параметру. В тоже время в радиолокации важнейшей задачей является обнаружение сигналов: не обнаружив сигнал цели нельзя решать другие задачи. При радиовидении необходимо обеспечивать обнаружение сигналов с малой ЭПР и обычно на достаточно больших дальностях. В этом случае для получения необходимого для обнаружения отношения сигнал/шум требуется накопление энергии при обработке сигнала. Когерентная (согласованная) обработка сигнала является основной операцией при решении задач радиолокационного наблюдения так как она обеспечивает максимальное отношение сигнал/шум. Поэтому обычно все другие задачи наблюдения решаются после выполнения согласованной обработки сигналов. Исходя из этих соображений задача разрешения сигналов решается на выходе согласованной системы обработки. Основные свойства функции неопределённости (лекция 7) Нормированный по энергии сигнала корреляционный интеграл  носит название «функция рассогласования» или «функция неопределённости».Разрешающая способность РЛС определяется свойствами сигнала, отражённого от цели – его функцией неопределённости. Основные свойства функции неопределённости: Максимальное значение функции неопределенности равно энергии сигнала и при нормировке сигнала  равно единице:  2. Объем функции 𝐽2(𝜏,𝑓) над плоскостью (𝜏,𝑓) равен квадрату энергии сигнала и не зависит от вида сигнала:  3. Этот объем носит название «тело неопределенности». 4. Изменение вида сигнала 𝑠(𝑡) приводит только к изменению формы функции 𝐽2(𝜏,𝑓), оставляя объем тела неопределенности и максимальное значение при 𝜏=0,𝑓=0 постоянными. 5. Спектр квадрата модуля сигнала определяет вид сечения функции неопределенности по оси частот:  6. Преобразование Фурье от квадрата модуля спектра сигнала определяет вид функции неопределенности по задержке:  7. Функция неопределенности симметрична относительно начала координат (𝜏=0,𝑓=0) т.е. 𝐽(𝜏,𝑓)=𝐽(−𝜏,−𝑓) 8. Кроме основного пика, ширина которого на уровне -3 дБ определяет разрешение соседних сигналов, функция неопределенности имеет боковые лепестки. Если задержки и частоты других сигналов совпадают с задержкой и частотой боковых лепестков ФН, то на выходе согласованной системы обработки эти сигналы могут иметь значительную амплитуду сравнимую с амплитудой наблюдаемого сигнала, и разрешение не будет обеспечено. Разрешение целей по дальности, скорости и угловым координатам (лекция 8) Разрешение по дальности определяется разрешением сигнала по задержке: 𝛿𝑟=𝑐𝛿𝜏/2 , а разрешение по задержке – шириной ФН по оси 𝜏. Разрешение целей по радиальной скорости 𝑉𝑟 определяется разрешением сигналов по доплеровской частоте 𝑓 = 2𝑉𝑟/𝜆. Разрешение целей по азимуту определяется разрешением сигналов по углу падения фронта ЭМВ на апертуру антенны при согласованной пространственной обработке сигналов. Измерение параметров движения целей (лекция 8) В процессе радиолокационного наблюдения происходит изменение местоположения цели как вследствие движения носителя РЛС, так и в результате движения цели относительно других целей и объектов. В этом случае возникает задача слежения за изменениями местоположения цели путем оценки изменения параметров сигнала цели. На первом этапе путем формирования функции правдоподобия оцениваются параметры сигнала, считая их постоянными в течение времени 𝑇𝑐. На втором этапе в течение времени наблюдения 𝑇н≫𝑇𝑐 ведется слежение за изменением параметров сигнала на основе методов линейной или нелинейной фильтрации, что обеспечивает сопровождение цели. На рисунке представлена функциональная схема формирования оценки изменяющего во времени параметра  сигнала.Принцип синтезирования апертуры антенны ( лекция 9) Синтезирование апертуры позволяет многократно (в 1000 и более раз) увеличить угловую разрешающую способность РЛС. Суть метода синтезирования апертуры заключается в том, что радиолокационные данные, полученные в каждом отдельном периоде зондирования, сохраняются совместно с данными о местоположении платформы, соответствующими этим периодам. Все эти данные сохраняются в течение определенного интервала времени. Расстояние, на которое переместится платформа в течение этого интервала, определяет размер синтезированной апертуры. По окончании интервала полученные данные обрабатываются совместно, как если бы они были получены при помощи антенной решетки, элементы которой соответствуют положениям платформы с радиолокатором во время каждого из периодов зондирования. Идея метода получения высокого разрешения по угловым координатам при малых размерах антенны РЛС основана на формировании большой апертуры на борту летательного аппарата искусственным способом. Для этого апертура синтезируется, т.е. формируется при полете самолета по определенной, точно известной (обычно прямолинейной) траектории. Антенна РЛС излучает и принимает отраженные от цели сигналы на траектории полета (траекторный сигнал). Когерентное (синфазное) суммирование отсчетов траекторного сигнала на заданном участке траектории эквивалентно синфазному суммированию сигналов в реальной фазированной антенной решетке такого же большого размера. Поэтому угловая разрешающая способность РЛС повышается приблизительно во столько раз, во сколько синтезированная апертура больше реальной апертуры антенны РЛС. Таким образом, основное отличие синтезированных (искусственных) апертур от обычных (реальных) апертур антенны состоит в том, что синтезированная апертура формируется последовательно во времени. В каждый данный момент прием электромагнитной волны ведется реальной апертурой, а синтезированная апертура является результатом последовательного во времени приема электромагнитной волны реальной апертурой при различном ее положении относительно источника электромагнитной волны цели. Основные свойства синтезированной апертуры антенны 9    Пространственная селекция прямолинейной синтезированной апертуры антенны  Функция неопределенности траекторного сигнала радиолокационной системы с синтезированием апертуры антенны планового обзора (лекция 10) Структура модели радиолокационной системы с синтезированием апертуры антенны (лекция 11) Структура модели радиолокационной системы с синтезированием апертуры антенны, основные элементы. (лекция 13) Приемопередающий тракт РСА, основные свойства (13) Антенная система, РСА, основные свойства (лекция 14) Алгоритм согласованной обработки траекторного сигнала (лекция 15) |