НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава 1. Проблема селекции движущихся целей

1.1. Краткая история развития РЛС с устройствами селекции движущихся целей

В радиолокации одной из наиболее важных задач является обнаружение движущихся целей. Поэтому в процессе усовершенствования и разработки первых образцов радиолокационной техники исследователи неоднократно пытались использовать изменение частоты отраженных электромагнитных сигналов обнаруживаемых объектов. Так называемый эффект Доплера, лежащий в основе этого изменения частоты сигналов, исследовался в начале 30-х годов в СССР группами ученых под руководством Ю. К. Коровина, П. К. Ощепкова и Б. К. Шембеля. Работы этих коллективов показали возможность обнаружения самолетов методом непрерывного излучения с учетом эффекта Доплера. В США в 1933-1936 гг. также проводилась серия опытов по обнаружению самолетов на длине волны 9 см по методу непрерывного излучения.

Устройства обработки, осуществляющие разделение сигналов от движущихся целей и от мешающих отражений с учетом различия их спектральных характеристик, получили название устройств селекции движущихся целей. Простейшее устройство СДЦ представляет собой компенсатор с одной линией задержки, который осуществляет вычитание сигналов, поступающих с выхода фазового детектора и задержанных друг относительно друга на величину, равную периоду повторения последовательности зондирующих импульсов Тп. Отражения от неподвижных или медленно движущихся объектов при этом компенсируются, а от целей, движущихся с радиальными скоростями, превышающими заданную минимальную скорость, дают флуктуирующие сигналы. Описанная процедура получила название череспериодного вычитания (ЧПВ) или череспериодной компенсации (ЧПК).

В настоящее время практически трудно указать радиолокационные системы, которые бы не решали в той или иной мере задачу СДЦ. Наиболее наглядно эволюцию методов разработки РЛС с устройством СДЦ можно проследить на примере РЛС, предназначенных для работы в системе управления воздушным движением (УВД), основной задачей которых является обеспечение заданной вероятности правильного обнаружения сигналов, отраженных от наблюдаемых самолетов при заданном постоянном уровне ложных тревог (ПУЛТ), независимо от помеховой обстановки в зоне действия РЛС [48, 49]. Широкое использование РЛС СДЦ как основного элемента системы УВД началось с 50-х годов. Трассовые станции первого поколения работали в диапазоне 19,35-77,9 см, а аэродромные РЛС в диапазоне 5,77-19,35 см. Для подавления отражений от метеообразований выбирался сигнал с круговой поляризацией. Устройство СДЦ реализовывалось с помощью аналоговых гребенчатых фильтров с обратными связями, для исключения "слепых" скоростей применялась вобуляция периода повторения.

В процессе испытаний и эксплуатации РЛС было собрано большое количество экспериментальных данных о работе ее отдельных элементов. Главное внимание уделялось улучшению качества работы устройства СДЦ, поскольку коэффициент подавления пассивных помех оказался на 15-25 дБ хуже расчетного. Причинами снижения эффективности явились: влияние вращения антенны, несоответствие выбранной модели помехи реальной помеховой обстановке; включение жесткого ограничителя в тракте промежуточной частоты, в то время как теоретический анализ эффективности проводился при условии линейности всех трактов обработки сигналов перед устройством СДЦ.

Необходимость использования ограничителя была продиктована требованием обеспечения ПУЛТ. Ценой за это явилось расширение спектра помехи, в результате чего часть мощности помехи проходила через компенсирующее устройство и линейная трактовка процессов обработки становилась неправомерной. Кроме того, на первом этапе анализа эффективности устройств СДЦ исходили из предположения о рэлеевском распределении амплитуд мешающих сигналов. Однако в дальнейшем было установлено, что отражения сигналов от местных предметов могут иметь другие распределения, например логнормальное или Вейбулла.

Опыт использования РЛС СДЦ первого поколения, широкие теоретические исследования, появление новой элементной базы позволили значительно повысить эффективность РЛС второго поколения. Примерно к 1970 г. были созданы РЛС, которые имели устройства СДЦ, реализованные на элементах цифровой техники.

Большие возможности, открывшиеся при цифровой обработке радиолокационных сигналов, детальный анализ помеховой обстановки, в условиях которой работает РЛС, позволили радикально усовершенствовать ее общую "архитектуру". Одним из главных достоинств РЛС нового поколения явилась реализация цифровой системы селекции движущихся целей (ЦСДЦ) с двумя квадратурными каналами. Значительно расширился динамический диапазон обрабатываемых сигналов, повысилась стабильность основных трактов РЛС, обеспечилась большая гибкость в реализации алгоритмов при вобуляции периодов повторения.

В РЛС второго поколения для повышения эффективности ее работы на фоне пассивных помех применялась двухлучевая антенна. Однако, несмотря на резкое повышение эффективности по сравнению с РЛС СДЦ первого поколения, новым станциям был присущ ряд недостатков. Это прежде всего дополнительные погрешности, возникшие из-за применения цифровой обработки информации, а также далеко не полностью решенные старые проблемы: необходимость постоянного уточнения помеховой обстановки, обеспечение линейности приемного тракта перед устройством СДЦ, уменьшение аппаратурных нестабильностей и т. д.

Так, большинство моделей пассивных помех часто не полностью учитывают многообразие их видов, а в ряде случаев наоборот излишне подробны. При формировании моделей не рассматривалось влияние отражений от стай птиц, скоплений насекомых, движущегося наземного транспорта, аномальных условий распространения радиоволн, а также зависимость статистик помехи от разрешающей способности. Кроме того, рост интенсивности воздушного движения, а также требований к надежности работы системы УВД обусловливает необходимость создания автоматизированных систем управления, что, в свою очередь, связано с дальнейшим совершенствованием средств обработки радиолокационной информации.

Единственным способом удовлетворения предъявляемых к РЛС требований является создание нового (третьего) поколения адаптивных РЛС. При этом станция должна решать задачу анализа и оценки помеховой обстановки и автоматически реагировать на ее изменения. В ее состав должны входить устройства, включение которых обеспечивало бы оптимальные режимы работы при любой помеховой обстановке. Практически это означает, что РЛС третьего поколения должна иметь возможность различать зоны: свободные от помех; с помехами от подстилающих поверхностей; с помехами от метеообразований; с помехами от повторных или многократных переотражений при аномальном распространении радиоволн (так называемая помеха на n-м ходе раз вертки); с отражениями от движущихся целей, стай птиц и скоплений насекомых; с помехами от других РЛС и несинхронными импульсными помехами. Для обеспечения такого режима рабочая область РЛС разбивается на отдельные зоны. Информация о помеховой обстановке в каждой из них записывается в так называемую карту помех.

Основные методы, которые позволяют РЛС третьего поколения анализировать помеховую обстановку и реагировать на нее, заключаются в следующем:

диаграмма направленности (ДН) приемной антенны вдоль нижней кромки формируется с несколькими промежуточными средними уровнями, обеспечивая отсечку на различных высотах зон с источниками пассивных помех; этот метод регулировки нижней кромки ДН позволяет повысить уровень подавления отражений от земли и исключает сигналы, отраженные от наземных движущихся целей;

для снижения усиления в тракте высокой частоты приемника до минимальной величины, необходимой для работы РЛС в данной зоне, используется адаптивный аттенюатор пассивной помехи, что позволяет поддерживать заданный ПУЛТ и избежать нелинейных искажений, вызываемых ограничением;

при обработке поступающей информации обеспечивается адаптивный выбор между обычным устройством СДЦ и устройством обнаружения на фоне собственных шумов, а также включение или выключение цепей типа "логарифмический усилитель - цепь с малой постоянной времени - операция потенцирования".

При реализации собственно устройства СДЦ основным является метод, основанный на быстром преобразовании Фурье (БПФ). Перспективным направлением, позволяющим повысить эффективность РЛС, является использование фазированной антенной решетки (ФАР). При этом улучшение характеристик устройств СДЦ достигается тем, что луч ДН антенны перемещается дискретно, а не плавно, оставаясь не подвижным в каждом положении некоторое время. Поэтому пачка импульсов имеет прямоугольную форму и точно известно время ее начала и конца, что позволяет осуществлять весовую обработку сигналов пассивных помех, согласованную с их корреляционной функцией.

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Сенченко Антонина Николаевна, Злыгостев Алексей Сергеевич, 2010-2018
При копировании обязательна установка активной ссылки:
http://rateli.ru/ 'rateli.ru: Радиотехника'