Исследование разрешающей способности рлс при использовании простых и сложных радиолокационных сигналов

• Название: Исследование разрешающей способности рлс при использовании простых и сложных радиолокационных сигналов
• Дата: 19.12.2021
• Размер: 422.13 Kb.
• Имя файла: Issledovanie_razreshayuschey_sposobnosti_radiolokatsionnykh_sign.pdf
• Тип: Исследование; #309787

Исследование разрешающей способности РЛС.
Цель работы: Исследование разрешающей способности РЛС при использовании простых и сложных радиолокационных сигналов.
Элементы теории.
Одной из важнейших тактических характеристик радиолокационной системы является её разрешающая способность (РС).
Разрешающая способность– возможность раздельного наблюдения целей, имеющих малое отличие в дальности, угловых координатах или скорости.
РС по дальности – минимальная разность расстояний до двух целей, имеющих одинаковые угловые координаты (расположенных в радиальном относительно РЛС направлении), при которой возможно их раздельное наблюдение. Для импульсных РЛС R = c
и
/2, где 
и
– длительность импульса зондирующего сигнала.
Разрешение сигналов возможно, если их функции неопределенности не перекрываются по уровню 0,5.
R |
, , Vr
= min(R
2
– R
1
).
РС по угловым координатам – минимальная разность углов (по азимуту
 или углу места ) между направлениями на равноудаленные от РЛС цели, при которой возможно их раздельное наблюдение. Потенциальная разрешающая способность по угловым координатам равна половине ширины
ДНА в соответствующей плоскости:  = 
0,5
,  = 
0,5
 |
R, Vr
= min(
2
– 
1
).

РС по скорости – минимальная разность радиальных скоростей целей, двух целей, имеющих одинаковые угловые координаты и равноудаленных от
РЛС, при которых возможно раздельное измерение скорости каждой из целей.
V
r
|
R, , 
= min(V
r2
– V
r1
).
Обобщенной характеристикой РС является разрешаемый объем – область пространства, облучаемая РЛС, в пределах которой цели не наблюдаются раздельно.
Разрешение во временной области возможно в том случае, если два отраженных сигнала длительностью 
и не «сливаются» в один. Для импульсных
РЛС минимальное время задержки второго сигнала относительно первого, при котором эти сигналы наблюдаются раздельно, равно длительности импульса: = 
и

Разрешающая способность в частотной области зависит от эффективной ширины спектра сигнала f.
Величина разрешающей способности напрямую зависит от типа сигнала. В общем виде,по величине базы, сигналы разделяют на простые и сложные. Под базой понимают произведение длительности импульса и
на ширину спектра сигнала
∆ : =
и
∙ ∆ .
Если речь идет о фазокодоманипулированных сигналах (ФКМ либо КФМ), то под базой понимают длину кодовой последовательности. Простым называется сигнал, база которого равна единице:
= 1. Сложным называется сигнал, база которого много больше единицы:
≫ 1.
Важной характеристикой сигнала является его двумерная корреляционная функция (ДКФ):



















dt
u
dt
t
j
t
u
u
2
)
(
exp
)
(
)
(
)
,
(
, где  – разность между истинным временем задержки сигнала и предполагаемым (рассогласование по времени между отраженным и опорным сигналом);  = 2(F
д
– F
д0
) – разность между истинным и ожидаемым значением частоты Доплера (между F
д и настройкой согласованного фильтра);




 dt
u
2
)
(
– энергия сигнала при  = 0 и  = 0.
Тело, которое описывается
ДКФ, называется функцией неопределенности (ФН).

Свойства ФН:
1. (0, 0) = 1;
2. ФН обладает центральной симметрией: (, ) = (–, –
);
3. объем ФН








1
)
,
(
2
d
d
V
= const.
Постоянство объема тела неопределенности определяет принцип неопределенности в РЛ: изменение (увеличение) разрешающей способности по дальности приводит к уменьшению разрешающей способности по частоте и наоборот, т.е. невозможно с бесконечно высокой точностью одновременно измерить дальность и частоту.
Для оценки РС обычно используют не тело неопределенности, а его сечение, проецируемое на плоскость , – диаграмму неопределенности
(ДН).
Сечения выполняют по уровням 0,5 или 1/
e
– уровни высокой корреляции и по уровню 0,1 – уровень низкой корреляции.
Свойство ДН – она является центрально-симметричной и имеет постоянную площадь.
Если ДН отраженных сигналов перекрываются, то разрешение целей невозможно. Перекрытие определяют по уровню 0,5.
ДН простых радиолокационных сигналов:
1. Прямоугольный радиоимпульс
ФН прямоугольного радиоимпульса

Короткий импульс
Длинный импульс
2. Периодический импульсный сигнал
3. Пачка прямоугольных импульсов
Прмером сложных сигналов являются сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и ФКМ сигналы.
Сигнал с линейной частотной модуляцией описывается формулой:
s(t) = U
0
cos[2f
0
t + 2ft
2
/(2
c
)],

где U
0
– амплитуда, f
0
– центральная частота, f – девиация частоты, 
c
– длительность ЛЧМ-сигнала.
ДН ЛЧМ сигнала выглядит следующим образом:
Наиболее часто используются следующие типы ФКМ сигналов: коды
Баркера, М-последовательность. Такие сигналы обеспечивают высокую разрешающую способность и по дальности, и по частоте, т.к. обладают игольчатым телом неопределенности:
Вид ДН ФКМ сигнала:

В таблице 1 приведены формулы для расчета разрешающих способностей по времени , частоте f, дальности R и скорости V
r
для различных видов зондирующих сигналов. При расчете разрешающей способности по скорости в некоторых технических источниках вместо коэффициента 0,5 в соотношениях для V
r
используют коэффициент 0,6.
Таблица 1 – РС различных радиолокационных сигналов
Тип сигнала
Соотношения для и R
Соотношения для
f и v
r
1. Прямоугольный радиоимпульс
 = 
и
R = c
и
/2
f = 1/
и
V
r
= /2
и
2. Когерентная пачка прямоугольных радиоимпульсов
 = 
и
R = c
и
/2
f = 1/NT
п
V
r
= 0,5/NT
п
3. Прямоугольный радиоимпульс с
ЛЧМ
 = 1/f
R = с/2f
f = 1/
и
V
r
= 0,5/
и
4. Прямоугольный радиоимпульс с
ФКМ
 = 
к
R = c
к
/2
f = 1/
и
V
r
= 0,5/
и
Предварительный (домашний) расчёт.
1.
Изучить теоретическую часть работы.
2.
Оценить разрешающую способность по дальности для РЛС, использующей в качестве зондирующего сигнала
1
: а) прямоугольный радиоимпульс; б) ЛЧМ сигнал; в) ФКМ сигнал.

3.
Оценить разрешающую способность по скорости для РЛС, использующей в качестве зондирующего сигнала
1
: а) прямоугольный радиоимпульс; б) ЛЧМ сигнал; в) ФКМ сигнал.
Примечание 1: скорость распространения сигнала в пространстве
принять равной скорости звука:
с ≈ 343 м/с, длительность импульса – 1 мс,
число импульсов в пачке – 8, f
0
= 40 кГц
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться с составом лабораторного макета.
2. Подключить макет к сети, включить персональный компьютер (ПК).
3. Запустить файл
«Лабораторные работы».
Выбрать пункт
«Лабораторная работа
№5.
Исследование разрешающей способности РЛС».
Исследование
разрешающей
способности
РЛС
по
угловым
координатам (азимуту)
4. Задать следующие параметры: тип зондирующего сигнала – простой
РИ, количество импульсов в пачке – 4, реальная цель, скорость – 100 мм/с, дальность – 1400 мм.
5. Установить на подвижной платформе две пластины одинакового размера (10 см х 10 см) так, чтобы расстояние от пластин до антенной системы было одинаковым, расстояние между центрами целей - 35 см.
6. Нажать на кнопку «Обновить графики». Во вкладке «Часть 2» по графику «Сигнал в точке 4» убедиться, что цели хорошо различимы.
Если цели не различимы, то необходимо скорректировать дальность до антенной системы.
7. Смещая цели друг к другу (на равное расстояние относительно центра) определить разрешающую способность по азимуту (как угол между направлениями на цели).
8. Повторить эксперимент (пп. 5-7) для 8 импульсов.

9. Сделать вывод о влиянии числа импульсов в пачке на разрешающую способность по азимуту.
10. Выбрать в качестве зондирующего сигнала ЛЧМ, число импульсов
–1, длительность импульса – 1 мс, прочие параметры оставить неизменными (по умолчанию).
11. Повторить пп. 5-7. Сравнить полученные результаты.
12. Выбрать в качестве зондирующего сигнала КФМ, число импульсов
–1, длительность импульса – 1 мс, количество дискрет КФМ РИ –
13, прочие параметры оставить неизменными (по умолчанию).
13. Повторить пп. 5-7. сравнить полученные результаты. Сделать выводы о предпочтительном типе сигнала для определения разрешающей способности по азимуту.
14. Снять используемые модели целей с платформы.
Исследование разрешающей способности РЛС по дальности.
15. Установить модели шаров (диаметр – 10 см) на платформу таким образом, чтобы шар 1 (низкий) располагался ближе к антенной системе (на отметке 14 см, в направлении на приёмник), а шар 2
(высокий) дальше (на отметке 15 см, в направлении от приёмника), расстояние между центрами целей – 29 см.
16. Задать следующие параметры: тип зондирующего сигнала – простой РИ, длительность импульса – 1 мс, количество импульсов в пачке – 1, реальная цель, скорость – 100 мм/с, дальность – 1400 мм.
17. Нажать на кнопку «Обновить графики». Во вкладке «Часть 1» по графику «Сигнал в точке 4» убедиться, что цели хорошо различимы.
Если цели не различимы, то необходимо скорректировать дальность до антенной системы.
18. Симметрично сдвигая цели к центру платформы определить разрешающую способность по дальности.
19. Изменить величину длительности импульса, установив значение
0,5 мс.

20. Повторить пп. 17-18. Сравнить полученные результаты. Сделать вывод о влияние длительности импульса на величину разрешающей способности по дальности.
21. Задать следующие параметры: тип зондирующего сигнала – ЛЧМ, длительность импульса – 1 мс, количество импульсов в пачке – 1, реальная цель, скорость – 100 мм/с, дальность – 1400 мм.
22. Нажать на кнопку «Обновить графики». Во вкладке «Часть 1» по графику «Сигнал в точке 4» убедиться, что цели хорошо различимы.
Если цели не различимы, то необходимо скорректировать дальность до антенной системы.
23. Симметрично относительно центра платформы смещая цели найти величину разрешающей способности по дальности.
24. Изменить величину длительности импульса, установив значение
0,5 мс.
25. Повторить пп. 22-23. Сравнить полученные результаты. Сделать вывод о влияние длительности импульса на величину разрешающей способности по дальности.
26. Задать следующие параметры: тип зондирующего сигнала – КФМ, количество дискрет КФМ РИ – 13, количество импульсов в пачке –
1, реальная цель, скорость – 100 мм/с, дальность – 1400 мм.
27. Нажать на кнопку «Обновить графики». Во вкладке «Часть 1» по графику «Сигнал в точке 4» убедиться, что цели хорошо различимы.
Если цели не различимы, то необходимо скорректировать дальность до антенной системы.
28. Симметрично относительно центра платформы смещая цели найти величину разрешающей способности по дальности.
29. Повторить пп. 27-28 для количества дискрет КФМ РИ равного 11 и
9.. Сравнить полученные результаты. Сделать вывод о влиянии базы
КФМ сигнала на величину разрешающей способности по дальности.

30. Снять используемые модели целей с платформы. Отключить питание макета, завершить работу на ПК.
Контрольные вопросы:
1. Простые и сложные сигналы. Определение, функция неопределенности, область применения.
2. Разрешающая способность РЛС по дальности и по угловым координатам.
3. Разрешающая способность РЛС по времени, по скорости, по частоте.
4. ЛЧМ сигнал, его особенности. Функция неопределенности ЛЧМ сигнала и её связь с разрешающей способностью.