Траекторный сигнал

В результате взаимодействия электромагнитной волны облучения с объектом формируется поле излучения объекта, которое проходит в среде распространения к антенне РЛС, движущейся по заданной траектории. Принятое антенной поле усиливается и преобразуется в траекторный сигнал. Структура формирования траекторного сигнала показана на рис. 4.6. В дальнейшем для упрощения записи во всех формулах несущественные для данной задачи множители будут опускаться.

реальной апертуры и х траекторного сигнала.

и общее поле на СА есть сумма сферических (а не плоских, как в дальней зоне) волн от каждой точки цели.

суммируется синфазно, образуя суммарную ДН на прием. При решении задач измерения координат, селекции движущихся целей и ряда других формируют более сложные ДН реальной антенны, например моноимпульсные. Для большей наглядности процесс формирования траекторного сигнала детализируем для одного конкретного случая -прямолинейной траектории (рис. 4.7) и суммарной ДН антенны на передачу и прием.

расположена вдоль оси X. В пространстве

. Такой случай соответствует боковому обзору РСА. Представим расстояние

Будем формировать суммарную ДН антенны на прием Р , т.е.

траекторного сигнала) имеет вид:

получим

, поле на синтезированной апертуре будет иметь вид:

Анализ структуры поля на синтезированной апертуре (траекторного сигнала) показывает:

определяет амплитуду и начальную фазу,

и постоянную по апертуре;

определяет изменение постоянной

по апертуре начальной фазы при изменении координаты дальности цели;

квадратичное изменение фазы сигналов, одинаковое

линейное изменение фазы

т.е. доплеровской частоты траекторного сигнала

, то нормированное значение

поля такой цели на апертуре по определению является импульсной пространственно-временной характеристикой линейной системы преобразования пространства объектов (целей) в пространство траекторного сигнала. Траекторный сигнал в этом случае

- импульсная переходная характеристика, а индекс р означает

ее регулярную часть, так как кроме нее существует случайная составляющая, обусловленная различного рода нестабильностями системы.

Для нашего конкретного случая бокового обзора импульсную переходную характеристику системы функция отражения - траекторный сигнал получим, подставляя в (4.8) функцию отражения

В большинстве случаев гладкой траектории импульсная переходная характеристика системы функция отражения - траекторный сигнал может быть представлена в виде

- начальная фаза, определяемая рас-

стоянием от цели до носителя при t = 0.

Таким образом, траекторный сигнал РСА есть результат прохождения функции отражения цели через линейную систему с импульсной переходной характеристикой, определяемой траекторией носителя РСА, ДН антенны и характеристиками среды распространения.

Статистические характеристики. Рассмотрим статистические характеристики траекторного сигнала, определяемые случайным характером функции отражения. Траекторный сигнал (4.8) в пределах элемента разрешения по дальности можно представить в виде (4.7), опуская несущественные в данном случае постоянные множители:

скомпенсированы. Тогда траекторный сигнал

в пределах полоски дальности. Корреляционная функция такого сигнала

Рассмотрим типовую функцию отражения цели в виде нестационарного, некоррелированного, комплексного шума с корреляционной функцией

- удельная ЭПР цели в элементе разрешения по дальности

(полоске дальности).

Для такой функции отражения цели корреляционная функция тракторного сигнала (4.12)

полоски дальности.

, траекторный

сигнал при телескопическом обзоре является стационарным случайным процессом, несмотря на то что функция отражения нестационарна.

Определим интервал корреляции траекторного сигнала. Для упрощения выкладок представим диаграмму направленности антенны (на передачу и прием) в виде:

- ширина ДН антенны на уровне 0,5. В этом случае (4.14) имеет вид:

и корреляционная функция траекторного сигнала

где <1 - размер апертуры антенны.

Время корреляции при движении носителя с постоянной скоростью V равно

ЭПР цели можно представить в виде

- размер цели на уровне 0,5 значения ЭПР.

В этом случае интервал корреляции траекторного сигнала определяется размером цели:

то

, получим, что в этом

случае интервал корреляции траекторного сигнала равен интервалу синтезирования:

При секторном и переднебоковом обзорах диаграмма направленности антенны и, следовательно, распределение мощности отраженного сигнала вдоль полоски дальности изменяется в процессе формирования траекторного сигнала за время синтезирования, что приводит к его нестационарности.

При боковом обзоре

Изменения мощности отраженного сигнала в результате смещения ДН антенны в общем случае приводит к изменению дисперсии траекторного сигнала, однако интервал корреляции не изменяется.

Случайные изменения фазы. В реальных условиях работы РСА среда распространения вносит случайные, в основном фазовые, изменения в электромагнитную волну, нарушающие когерентность траекторного сигнала. Эти изменения могут быть учтены в виде случайной составляющей импульсной переходной характеристики:

- случайные изменения фазы траекторного сигнала.

Ионосфера как среда распространения электромагнитных волн при работе РСА из космоса влияет на фазовые флуктуации траекторного сигнала в основном на частотах менее 3 ГГц (дециметровый и метровый диапазоны).

внутри вихрей является стационарным случайным процессом, который характеризуется структурной функцией (дисперсией)

и существенно убывают с высотой, так что основной вклад в флуктуации показателя преломления вносит нижний слой тропосферы толщиной 3...5 км.

Если плоская электромагнитная волна проходит область турбулентности на расстояние Я и обратно, структурная функция фазы

, т.е. дисперсия разности фаз на СА (ось X), будет равна

. При этом, чем короче длина волны РСА,

тем больше влияние турбулентности.

70 см.

Наибольшие фазовые ошибки вносят в траекторный сигнал отклонения движения носителя РЛС от заданной траектории. Траекторные нестабильности приводят к изменению фазы сигнала вследствие случайного изменения текущего расстояния r(t) от объекта до фазового

центра антенны РЛС. Эти отклонения обусловлены турбулентностью среды, в которой движется носитель РЛС, системой управления носителя, изгибными колебаниями и вибрациями конструкции носителя и самой РЛС. Основное влияние на изменение текущего расстояния оказывают боковые отклонения и рыскание носителя. Корреляционная функция случайных боковых отклонений для самолетов различного типа

-

постоянные времени отклонений.

Обычно в случайную составляющую можно включить также фазовые нестабильности аппаратуры (антенна, приемопередатчик).

Таким образом, случайная составляющая импульсной переходной

имеет случайную фазу как результат всех нестабильностей формирования траекторного сигнала.