Система компенсации нестабильностей траекторных сигналов РСА землеобзора

Влияние искажений траекторного сигнала на характеристики РСА

В реальных условиях работы РСА всегда имеют место искажения траекторного сигнала, обусловленные различными дестабилизирующими факторами. К ним, в первую очередь, относятся нестабильности движения ЛА, среды распространения радиоволн и аппаратуры РСА.

К аппаратурным источникам искажения траекторного сигнала относятся нестабильности приемопередающего тракта, прежде всего опорного генератора, синтезатора частот и фазового детектора, ограничение динамического диапазона приемника и системы обработки, а также ошибки аппроксимации алгоритмов обработки сигналов.

Искажения траекторного сигнала, которые могут быть как амплитудными, так и фазовыми, вызывают искажения получаемого РЛИ. Искажения РЛИ обычно оцениваются по изменению параметров сигнала изображения точечного объекта.

, можно записать

скорость изменения частоты сигнала.

Следует отметить, что постоянство значения ДН имеет место только при ТО , однако при других видах обзора изменение ДН в течение отрезка времени синтезирования может быть скомпенсировано умножением входного сигнала в каждом канале обработки на специальную весовую функцию.

Комплексный выходной сигнал согласованной системы обработки

при равномерной весовой функции (W(t) = 1) имеет вид

, поэтому при записи (6.24) полагалось, что случайная начальная фаза известна и равна нулю.

, получим

; 2) положение максимума

составляет-13,2 дБ.

Амплитудные искажения траекторного сигнала обусловлены в основном ошибками стабилизации ДН антенны и изменением ЭПР цели за время синтезирования. Они носят медленный характер, и их влияние эквивалентно изменению весовой функции W(t) системы обработки.

Обычно амплитудные флуктуации траекторного сигнала за время синтезирования невелики и их влиянием можно пренебречь .

Следствием фазовых искажений траекторного сигнала в системе обработки являются:

смещение максимума, что приводит к ошибкам измерения координат объектов и искажению РЛИ местности;

уменьшение максимума выходного сигнала, что равносильно снижению энергетического потенциала РЛС;

расширение главного лепестка, что ухудшает разрешающую способность;

увеличение уровня боковых лепестков, что снижает контраст РЛИ.

Перечисленные искажения изображения выражаются функционаланой зависимостью основных параметров выходного сигнала РСА от характеристик искажений траекторного сигнала. Следует отметить, что большие фазовые искажения могут привести к полному разрушению РЛИ.

может быть регулярной и случайной,

как следствие механических вибраций или электрических наводок.

можно аппроксимировать степенным полиномом с постоянными, но случайными коэффициентами:

имеют место линейные искажения фазы сигнала. В

равен

определяется частотой сигнала, то линейный набег фазы сигнала (сдвиг частоты) приводит к сдвигу отметки объекта по азимуту на величину

) величина смещения РЛИ

Таким образом, относительное смещение объекта по азимуту пропорционально коэффициенту линейного искажения фазы и длительности формирования синтезированной апертуры. Допустимая величина коэффициента линейных фазовых искажений в соответствии с (6.27)

- допустимая величина смещения РЛИ.

, т.е. рассогласование

системы обработки по частоте, вызванное нескомпенсированным линейным набегом фазы сигнала, в этом случае не должно превышать разрешения РСА по частоте. Следует отметить, что при некогерентном накоплении различное смещение отдельных изображений приводит к размытию получаемого РЛИ.

,

После преобразования сигнал может быть выражен через интегралы Френеля в следующем виде:

Анализ выражения (6.31) показывает, что квадратичные искажения вызывают уменьшение максимума сигнала изображения точечного объекта, расширение главного лепестка и увеличение уровня боковых лепестков. Степень этих искажений зависит от величины фазового набега на концах синтезированной апертуры относительно ее середины

- отношение мощности первого бокового

, а допустимый коэффициент квадратичных фазовых искажений равен

Аналогичным образом можно установить степень влияния фазовых ошибок высших степеней. В частности, кубические искажения фазы сигнала приводят к смещению положения максимума сигнала изображения точечного объекта вдоль азимутальной координаты. В этом случае относительное смещение

- коэффициент кубических искажений фазы.

должен удовлетворять соотношению:

,

в степенной ряд, получаем

К

Первое слагаемое представляет собой неискаженный сигнал изображения. Его максимум уменьшается пропорционально множителю

, а допустимая величина амплитуды фазовых колебаний

В этом случае основной лепесток сиг-

. Отношение мощности первого дополнительного бокового лепестка к мощности основного согласно (6.35) составляет

то уровень дополнительных боковых лепестков не превышает уровня боковых лепестков неискаженного изображения (-13,2 дБ). Следует отметить, что при выполнении этого условия уменьшение амплитуды основного лепестка также будет несущественным.

из (6.32) следует условие:

, где

п =1,2,3...

, которую можно представить

разности фаз:

- СКО флуктуации фазы в любой точке апертуры.

достаточно выполнить условие

. Быстрые амплитудные флуктуации влияют так же, как и фазовые флуктуации при малых значениях изменения амплитуды и фазы. Так, 5%-ные амплитудные флуктуации эквивалентны флуктуациям фазы в 3°.

Как уже говорилось, в условиях реальной работы РСА основными причинами фазовых искажений траекторного сигнала являются: атмосферные неоднородности, нестабильности приемопередающего тракта и системы обработки, а также нестабильности движения ЛА.

Тропосферные неоднородности имеют пространственный интервал корреляции порядка 50... 100 м, при этом СКО фазовых искажений составляет единицы градусов. Фазовые нестабильности приемопередающего тракта зависят от метода обеспечения когерентности. В целом, путем стабилизации частоты опорных генераторов и повышения стабильности фазовых характеристик приемного устройства и устройства обработки СКО фазовых искажений, вызванное аппаратурными флуктуациями, также может быть доведено до единиц градусов. СКО фазовых искажений, вызванное траекторными нестабильностями, упругими колебаниями конструкции носителя РСА и ошибками датчиков параметров движения ЛА, может достигать десятков и сотен градусов.

Поэтому основной задачей при получении высокого разрешения становится снижение ошибок определения параметров траектории движения фазового центра антенны для обеспечения точной компенсации медленных, в основном квадратичных, фазовых ошибок.