Режим формирования скоростного портрета

При вскрытии (разведке) движущихся сосредоточенных объектов основной задачей является определение радиальной и тангенциальной составляющих скорости объекта в целом. При высоком разрешении, когда РЛИ объекта состоит из нескольких (многих) разрешаемых элементов, возможно определение скоростей перемещения элементов относительно центра изображения или соседних элементов.

Так, важнейшей разведывательной задачей является наблюдение морской поверхности, определение ее состояния (волнения) и выявление различных аномалий (следов движения объектов, участков загрязнений, мест катастроф и т.п.). Информация о состоянии морской поверхности, наряду с РЛИ, содержится в распределении скоростей движения разрешаемых элементов моря.

В этом случае РСА формирует так называемый скоростной портрет морской поверхности. Обычно РЛИ формируется так, что интенсивность каждой точки изображения пропорциональна ЭПР соответствующего разрешаемого элемента морской поверхности (амплитудный портрет). Для обеспечения требуемой детальности РЛИ используют методы синтезирования апертуры. Разрешение по дальности обеспечивается за счет использования широкополосного зондирующего сигнала. Разрешение по азимуту обеспечивается разрешением по доплеровской частоте. Однако в отличие от неподвижной земной поверхности при наблюдении морской поверхности каждому доплеровскому фильтру соответствует доплеровская частота сигнала, которая зависит не только от углового положения (азимута) разрешаемого участка морской поверхности, но и от радиальной скорости движения морской поверхности. Вследствие этого при обычном методе формирования изображения получается искаженное РЛИ морской поверхности как по масштабу (координатам азимута), так и по интенсивности (ЭПР).

(радиальной скорости волнения) носит гармонический характер, обусловленный регулярностью волнения в следе, что позволяет эффективно обнаруживать след корабля и определять его параметры.

Для формирования скоростного портрета используется специальный режим РСА. Требования к характеристикам скоростного портрета -пространственному разрешению и точности измерения скорости - зависят от решаемой задачи обзора морской поверхности. Из всего большого объема задач можно выделить следующие основные направления:

обнаружение и распознавание морских объектов по их следам на морской поверхности;

оценка состояния волнения морской поверхности;

обнаружение участков загрязнения морской поверхности;

гидрометеорология.

Решение таких задач основывается на анализе пространственно-скоростных характеристик двух видов движения морской поверхности: регулярных волн и случайных турбулентных аномалий. Диапазон скорости движения морской поверхности находится в пределах от 10 см/с (в мелкой ряби) до единиц метров в секунду (в крупной гравитационной волне). Пространственное разрешение РСА должно обеспечивать 10...20 элементов изображения анализируемого участка поверхности. В табл. 8.2 представлены требования к разрешающей способности и точности измерения скорости при решении некоторых задач наблюдения морской поверхности в режиме скоростного портрета.

При формировании скоростного портрета измеряется изменение фазы функции отражения морской поверхности, которое определяется скоростью движения разрешаемых элементов. В случае регулярных волновых структур поверхность моря представляется в виде регулярной волны и наложенной на нее ряби. При этом рябь как бы привязана к поверхности регулярной волны и движется вместе с ней. При времени наблюдения (синтезирования) менее секунды можно считать, что структура ряби остается постоянной (замороженной). Длина регулярных волн лежит в диапазоне от единиц до сотен метров, а длина волн ряби - от единицы до десятков сантиметров.

элементов поверхности зависит от высоты и длины волны морской волны. При развитом (регулярном) волнении скорость вдоль морской поверхности изменяется по гармоническому закону:

-

является случайной функцией, значения которой обычно некоррелированы от элемента к элементу разрешения. Дисперсия скорости определяется характеристиками источника турбулентностей (фоновое волнение, загрязнения и т.п.). Обычно турбулентные движения разрушают регулярные волны на морской поверхности. Следы кораблей имеют как регулярную, так и случайную составляющие скоростей.

В сантиметровом диапазоне волн функция отражения может быть представлена в виде

- случайная комплексная амплитуда отражения, определяемая в основном структурой ряби на поверхности волны (постоянна за время синтезирования).

Рассмотрим траекторный сигнал одного, разрешаемого по дальности, элемента поверхности для случая дальней зоны, телескопического бокового обзора и в пределах ширины диаграммы направленности антенны:

- амплитудный множитель, определяемый ДН антенны;

- скорость носителя РСА.

Доплеровская частота сигнала

. На рис. 8.19

(прямая А), для морской поверхности эта

зависимость определяется также текущим значением радиальной составляющей скорости движения (кривая Б). В результате изображение морской поверхности в РСА имеет следующие особенности:

, что не позволяет однозначно определить угловое положение

элемента морской поверхности по его частоте.

. Так как интенсивность изображения РСА определяется мощностью сигнала в каждом доплеровском фильтре, который в свою очередь зависит от ЭПР разрешаемого участка моря, то изменение разрешения по углу приводит к изменению интенсивности изображения. Распределение сигнала РЛИ морской поверхности в этом случае будет зависеть не только от ЭПР морской поверхности, но и от ее скорости. Такой эффект носит название скоростной группировки.

, будут накапливаться сигналы от этих трех участков и интенсивность изображения регулярного волнения будет искажаться. Этот эффект носит название скоростной перегруппировки.

невозможно вследствие их взаимной линейной зависимости:

- оценка доплеровской частоты сигнала разрешаемого элемента морской поверхности, в качестве которой обычно используют центральную частоту настройки доплеровского фильтра.

,

что позволяет построить скоростной портрет в координатах дальность -у гол. В отличие от равномерной сетки доплеровских частот, когда каждый отсчет частоты следует с интервалом, равным разрешению по

будет неравномерной, так

, где q - отношение сигнал/шум.

Основными характеристиками скоростного портрета являются пространственное разрешение и точность измерения дальности, угла азимута и скорости элементов морской поверхности.

Разрешение и точность измерения дальности, как и в обычной РЛС, определяются шириной спектра зондирующего сигнала.

, так как оно зависит от скорости движения волны:

- производная от функции изменения радиальной скорости

волны по оси X.

Точность измерения угла определяется размером антенны и отношением сигнал/шум:

где d - размер апертуры антенны при работе на передачу и прием.

, которая в свою очередь зависит прежде всего от размера антенной системы:

, т.е. скоростей движения морской поверхности, направленных вдоль линии наблюдения (от РЛС или к РЛС). Для получения портрета полного вектора скоростей движения используют два обзора при полете по двум ортогональным траекториям. При формировании скоростного портрета по тангенциальной скорости можно получать вектор скорости движения морской поверхности при однократном обзоре.