Принципы построения радиолокационных систем

Принципы построения радиолокационных систем

Радиолокационная станция – радиотехническое устройство, предназначенное для обнаружения, разрешения, измерения координат и параметров движения различных объектов методами радиолокации

Наибольшее распространение получили два типовых вида РЛС

1.РЛС обнаружения(СОЦ)

2.РЛС сопровождения (ССЦ)

Сравнительный анализ этих схем показывает, что по своему функциональному составу и принципу работы ССЦ существенно сложнее, чем СОЦ,поскольку, кроме двух индикаторов – ИД и ИКО  включает два канала обработки РЛИ: канал дальности, который, кроме ИД и ИКО, содержит ещё автодальномер цели и канал угловой автоматики, который обеспечивает автосопровождение цели по угловым координатам.

Основные характеристики РЛС

1. Тактические – характеризуют возможности РЛС с точки зрения её работы в соответствии со своим назначением: зона действия по каждой измеряемой координате, разрешающая способность, точность измерения координат и параметров движения цели, помехозащищенность, информационная и пропускная способности, эксплуатационные характеристики

Измеряемые координаты цели

Зона действия РЛС – область пространства в которой РЛС решает задачи РЛН

Период обзора зоны – время необходимое для однократного получения информации из всех точек зоны действия РЛС.

Точность измерения координат и параметров движения цели

Разрешающая способность – способность РЛС раздельно наблюдать цели, имеющие близкие координаты и параметры движения.

Помехозащищенность – способность РЛС противостоять радиотехнической разведке противника и выполнять свои функции в условиях радиопомех.

Надежность РЛС – это способность сохранять свои технические характеристики в заданных пределах при определенных условиях эксплуатации.

Экономичность – характерезуется стоимостью всего жизненного цикла РЛС

2. Технические – параметры отдельных систем РЛС

Антенная система (ширина ДНА, коэффициент усиления, КПД, коэффициент полезного действия, геометрическая площадь антенны, эффективная площадь антенны, КБВ)

Радиопередающая система (длина волны зондирующего сигнала, несущая частота, импульсная мощность, средняя мощность, длительность импульса, форма импульса, форма спектра и его ширина)

Радиоприёмная система – реальная чувтсвительность, предельная чувствительность, коэффициент шума, полоса пропускания, форма АЧХ, длительность сжатого импульса, коэффициент сжатия сигнала)

Классификация радиотехнических сигналов

По характеру изменения параметров различают детерминированные, квазидетерминированные (один или несколько параметров являются случайными величинами) и случайные сигналы.

По времени существования различают непрерывные(время существования превышает время облучения РЛЦ), квазинепрерывными(когерентные последовательности простых радиоимпульсов малой скважности) и импульсные (сигналы излучаемые и принимаемее с помощью одной антенной системы)

ПО повторяемости – одиночные и их последовательности

По ширине спектра – узкополосные, ограниченно – широкополосные, широкополосные, сверхширокополосные

По модуляции параметров – модулированные(сигналы с изменяющимися по определённому закону параметрами) и немодулированные

По назначению – зондирующие (радиосигнал излучаемый антенной РЛС), информационные, тестовые

По форме представления – аналоговые и цифровые

Методы аналитического описания сигналов

Чтобы сигнал сделать объектом исследований, необходимо выбрать способ его аналитического описания, или создать его математическую модель. Существует временная и частотная формы представления сигналов.

Временная форма – это описание изменения параметров в функции времени. Она может быть представлена в виде математической модели или в виде временной диаграммы.

Спектральная форма представления сигналов – это представление параметров сигнала в виде двух графиков – спектр амплитуд и спектра фаз.

Модели помех

Типовым помеховым воздействием естественного происхождения является собственный шум приёмного устройства, представляющий собой разновеликие и разнополярные выбросы напряжения малой длительности. Шумовое напряжение есть следствие хаотического движения заряженных частиц, которое присуще всем телам с температурой выше абсолютного нуля. Его обычно называют флуктуационной помехой

Квазибелый шум – флуктуационная помеха, имеющая постоянную спектральную плотность мощности в ограниченной полосе частот

На практике достаточно корректна гипотеза о бесконечной протяженности спектральной плотности мощности флуктуационной помехи, это белый шум. Обычно говорят, что белый шум имеет бесконечно большую скорость протекания и любые отсчетныезначения, удалённые на сколь угодно малые интервалы времени, независимы.

ЭПР цели

ЭПРцели – площадь воображаемой плоскости поверхности которая помещена в точку цели перпендикуляр. Направлению распр. Волны равномерно рассеивает всю падающую на неё энергию и создаёт в точке приёма такую же плотность потока энергии что и реальная цель.

ЭПР цели по мимо её габаритных размеров зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости планера РЛЦ её геометрической формы, поляризации зонд. ЭМВ и так далее., но указанные факторы поддаются количественной оценке лишь при использовании спец. Измерительных систем когда анализу подвергают так называемую тонкую структуру сигнала рассеянного РЛЦ.

КОФ для радиоимпульса с ЛЧМ

АЧХ и ФЧХ квазиоптимального фильтра для ЛЧМ радиоимпульса задаются системами уравнений

 

Заданные частотные характеристики реализуют устройство в составе широкополосного усилителя, дисперсионной ультрозвуковой линии задержки и весового усилителя. ШУ обеспечивает согласование АЧС ЛЧМ радиоимпульса и АЧХ квазиоптимального для него фильтра. ДУЛЗ устраняет фазовые запаздывания, которые вызваны девиацией частоты. Весовой усилитель существенно уменьшает уровень боковых лепестков огибающей сигнала с выхода ДУЛЗ. Можно считать чтог на выходе квазиоптимального фильтра наблюдается простой радиоимпульс с эффективной длительностью

Двухпороговые обнаружители.

При фиксированном уровне условной вероятности ложной тревоги увеличение условной вероятности правильного обнаружения возможно за счет наращивания отношения сигнал-шум, что практически достигается накоплением радиоимпульсов.

Поскольку плотности распределения достаточной статистики Pп[λ] и Pсп[λ] неравномерны,

 

То определяющий вклад в вероятность ошибочных решений вносит некоторый конечный интервал [λ01, λ02] значение достаточной статистики.

Вероятность ошибочных решений может быть уменьшена, если в вышеуказанном интервале значений достаточной статистики проводить дополнительное накопление сигнала и использовать решающую функцию вида

Первоначально накапливается пачка минимального размера (Lmin) и проверяется условие 3,32. Если достигается решение  , то процесс накопления прекращают и переходят к облучению следующего элемента разрешения по угловым координатам. Когда имеет место решение  - дополнительно накапливается один импульс, т.е. обрабатывается пачка из (Lmin+1)и вновь проверяется условие 3,32. Если обеспечивается решение  , то накопление заканчивают, если  - вновь дополнительно накапливается один импульс, и так до тех пор пака не будут приняты решения  или не будет накоплена пачка максимального размера(Lmax).

 

Для простого радиоимпульса

Для ЛЧМ

Для КФМ

Где - эффективная ширина АЧС, - эффективная ширина ДНА, - интервал разрешения по частоте Доплера     

Методы распознавания

Распознавание – отнесение конкретного объекта, представленного значениями его свойств, к одному из фиксированного перечня образов по определенному решающему правилу в соответствии с поставленной целью

Метод построения эталонов.Для каждого класса по обучающей выборке строится эталон, имеющий значения признаков                    ,где

По существу, эталон – усреднённый по обучающей выборке абстрактный объект. Абстрактынм его называют потому, что он может не совпадать не только ни с одним объектом рбучающей выборки, но и ни с одним объектом генеральной совокупности. На вход системы поступает объект, принадлежность которого к тому или иному образу системе неизвестна. От этого объекта измеряются расстояния до эталонов всех образов, и объект система относит к тому обьразу, расстояниядо эталона которого минимально

Линейные решаюрпаила. Граница, разделяющая в признаковом пространстве области различных образов, описывается линейной функцией

Одна граница при этом разделяет области двух образов. Если количество разделяемых областей больше двух, то треуется несколько линейных функций и граница является кусочно – линейной. Для наглядности можно принять. Если на мноржестве объектов выполняется условие

 

То образы называют линейно разделимыми. Если же выборки линейно неразделимы, то сходность отсутствует и минимизируют число неправильных распознаваний(ошибочных решений)

Логические методы – базируются на аппарате алгебры логики и позволяют оперировать информацией, заключенной не только в отдельных признаках, но и в сочетаниях значений признаков. В этих методах значения какого 0 либо признка рассматриваются как элементарные события.В самом общем виде логические методы можно охарактеризовать как разновидность поиска по обучащей выборке логических закономерностей и формирование некоторой системы логических решающих правил, кажое из которых имеет собственный вес. Группа логических методов разнообразна и включает методы различной сложности и глубины анализа

Структурные методы – объекты описываются структурой объекта.Он приемлен тогда, когда простейшие подобьекты вычленять и распознавать легче, чем изображение в целом.Распознавание объекта состоит в распознавании непроизводных его элементов и синтаксическом анализе предложнния, описываюшего данный объект

Принципы построения радиолокационных систем

Радиолокация - отрасль радиотехники, обеспечивающая получение сведений об объектах путем приема и анализа радиоволн.

 Объекты, сведения о которых необходимо получить, называют радиолокационными целями. Различают следующие цели:

• аэродинамические (самолеты, крылатые ракеты, вертолеты и др.); наземные и надводные (автомашины, танки, корабли и др.);

• космические (космические аппараты, баллистические ракеты и др.), подземные и подводные (полости в грунте, различные объекты в земле и воде и др.);

• природного происхождения (облака, естественные ориентиры на местности, метеоры, планеты) и другие.

 Технические средства получения радиолокационной информации называют РЛС или радиолокаторами.

Основными информационными задачами радиолокации являются следующие:

- обнаружение целей;

- измерение координат целей и других параметров их движения;

- разрешение целей;

- классификация целей.

Принципы построения радиолокационных систем. Носителями информации о целях являются принимаемые радиолокационные сигналы. Возможность приема радиолокационных сигналов обеспечивается в результате вторичного излучения, переизлучения или собственного излучения радиоволн. Различают, соответственно, активную радиолокацию с пассивным ответом, активную радиолокацию с активным ответом и пассивную радиолокацию. Возможна также пассивная радиолокация с активным ответом.

Активная радиолокация с пассивным ответом основана на использовании эффекта вторичного излучения (отражения) радиоволн. Активный ее характер состоит в облучении пространства мощными зондирующими колебаниями. Пассивным ответом на облучение является вторичное излучение радиоволн. На характер активной радиолокации, кроме особенностей вторичного излучения, существенно влияет также характер размещения приемной и передающей аппаратуры. Если приемная позиция совмещена с передающей, то активное радиолокационное средство называют совмещенным. Совмещенное средство часто содержит одну антенну, коммутируемую поочередно на передачу и прием сигналов. Возможен разнос приемной и передающей позиций на расстояние, называемое базой. Базы бывают не только постоянными, но и переменными, например, когда приемный пункт - головка самонаведения - располагается на ракете. Наряду с однобазовыми (двухпозиционными) разнесенными активными радиолокационными средствами возможны многобазовые (много-позиционные). В связи с усложнением задач радиолокации интерес к разнесенным радиолокационным средствам в последнее время возрастает.

 

 

Рис. 2.4. Виды радиолокации: а - активная радиолокация с пассивным ответом; б - разнесенная активная радиолокация с постоянной базой и в - с переменной базой; г - активная радиолокация с активным ответом; д - пассивная радиолокация

Радиолокация с активным ответом (вторичная радиолокация) - это активная радиолокация с активным ответом. Такой вид локации позволяет получать надежную информацию о своих объектах (например, о кораблях, самолетах и т.д.). Их облучают запросными (зондирующими) сигналами. На объектах устанавливают ответчики, т.е. приемопередатчики, переизлучающие (ретранслирующие) принятые сигналы. Несущие частоты и законы модуляции (коды) запросных и ответных сигналов могут изменяться в широких пределах. Это обеспечивает опознавание государственной принадлежности объектов («свой-чужой») и индивидуальное опознавание. Активный ответ широко применяется также для радионавигации самолетов, морских судов и т.д.

Пассивная радиолокация использует собственные излучения элементов цели и их ближайшей окрестности. различного вида и др.

Важное значение для активных и активно-пассивных радиолокационных средств имеет характер зондирования пространства. Высокая направленность зондирующего излучения обеспечивает концентрацию его энергии, облегчая последующее выделение отраженных сигналов, поэтому зондирование различных участков пространства часто проводится неодновременно, т.е. наряду с одновременным обзором участков пространства реализуется последовательный обзор. Поскольку колебания, излучаемые в каждом направлении, обычно модулированы во времени, законы модуляции для различных направлений не совпадают. Это позволяет говорить о пространственно-временной модуляции зондирующих колебаний.

Информация о дальности до цели заключена во временной структуре принимаемых колебаний. Для совмещенных радиолокаторов дальность однозначно определяется временем запаздывания.