Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. 2008

Подождите немного. Документ загружается.

а) Медленные флуктуации

б) Быстрые флуктуации

Рис. 2.16

При быстрых флуктуациях от пачки к пачке требуемое отношение сиг-

нал/шум при Р

п0

= 0,9 равно 11 дБ (рис. 2.16, б).

Обычно задается отношение сигнал/шум, равное 13 дБ, что обеспечивает

за три обзора Р

по

= 0,95 при Р

лт

= 10~

Определение вероятности обнаружения низколетящей цели при наблюде-

нии сигнала цели на фоне отражений от подстилающей поверхности требует

вычисления уровня мощности фона в элементе разрешения цели по дальности

и скорости с учетом мощности помехи. Мощность сигнала цели определяется

теми же параметрами БРЛС, как и в случае обнаружения сигнала без фона.

Мощность фона зависит от многих параметров РЛС и подстилающей поверх-

ности.

На рис. 2.17 показан случай формирования сигнала фона в режиме ВЧП,

когда обеспечивается однозначное соответствие скорости цели и доплеровской

частоты при неоднозначности по дальности.

В элемент разрешения сигнала цели по задержке и частоте попадают сиг-

налы, отраженные от подстилающей поверхности в элементах разрешения на

местности по горизонтальной дальности 5Д и азимуту δ 1:

где φ - угол места элемента разрешения относительно вектора путевой скоро-

сти носителя, 5г - разрешение по наклонной дальности;

определяется разрешением по частоте при азимутальном угле наблю-

дения фона 9ф относительно вектора путевой скорости носителя.

Соответственно, мощность сигнала фона одного элемента разрешения оп-

ределяется величиной ЭПР фона .Величина удельной ЭПР σ

зависит от типа местности и угла места φ. Для БРЛС комплексов Е-2 и Е-3 на

основании экспериментальных и расчетных данных сформированы модели

удельных ЭПР фона σ

(φ) (см. рис. 2.7, 2.8).

Элементы разрешения фона лежат на пересечении линии равной допле-

ровской частоты (изодопы) с линиями равных дальностей, следующих с перио-

дом (6 км при F

= 25 кГц). Число элементов дальности находится

значением , где Д

тах

определяется дальностью радиогоризонта.

На рис. 2.17 область пересечения показана отдельно (в кружочке).

Доплеровская частота изодопы соответствует частоте цели

где У - радиальная составляющая скорости цели в направлении БРЛС, θ -

угол сканирования ДН антенны по азимуту в направлении на цель на большой

дальности (ф

« 0).

Рис. 2.17

Доплеровская частота цели определяет доплеровскую частоту фона L· = f

и,

соответственно, угол θ

относительно вектора путевой скорости ,

необходимый для расчета разрешения по азимуту.

Мощность фона в элементе разрешения цели определяется суммой мощ-

ностей фона каждого разрешаемого по дальности элемента фона

По сравнению с мощностью сигнала цели при расчете отношения сиг-

нал/фон мощность фона определяется не только ЭПР фона σ^, но и другим

коэффициентом усиления антенны ι, который зависит от координат

элемента фона. Кроме того, потери при обработке сигналов фона меньше на

3...5дБ по сравнению с обработкой сигнала цели. Это объясняется малым

влиянием рассогласования характеристик системы обработки и сигналов фона,

так как при рассогласовании происходит перераспределение сигнала фона ме-

жду элементами разрешения, не изменяя его мощности.

При учете приема фона по боковым лепесткам выходного сигнала согла-

сованной системы обработки (функции неопределенности) задача расчета

мощности фона еще более усложняется. Поэтому такие расчеты обычно прово-

дят методом математического имитационного моделирования с учетом стати-

стики сигналов и фона.

В результате пороговой обработки сигналов формируются данные целей

для последующей (вторичной) обработки:

номер канала задержки (неоднозначной дальности);

номер канала частоты (скорости);

азимут (среднее значение угла из четырех обнаруженных пачек);

угол места (сканированием ДН либо моноимпульсным методом).

2.8.2. Оценка характеристик обнаружения низколетящих

воздушных целей Б РЛС с квазинепрерывным излучением

Получение оценок характеристик бортовой РЛС с трассовым выходом из-

за большой размерности задачи требует разработки калибруемых по экспери-

ментальным данным математических моделей с имитацией процессов зондиро-

вания пространства, обнаружения отметок на различных частотах повторения

от ВЦ в доплеровско-дальностных каналах, устранения неоднозначности по

дальности, реализации первичной и вторичной обработок добываемой инфор-

мации. Для повышения точности оценок характеристик обнаружения необхо-

димо одновременно учесть законы флуктуации эффективной поверхности рас-

сеяния ВЦ, наличие альтиметровых помех в бортовой РЛС, нестационарность в

пространстве и во времени потока ложных отметок, обусловленных как пере-

отражениями от подстилающей поверхности, так и наличием в каналах обра-

ботки ложных отметок комбинационного характера при неверном устранении

неоднозначности по дальности.

Далее приводится методика определения характеристик обнаружения

низколетящих воздушных целей методом имитационного моделирования.

Используются обозначения, как в оригинале [3].

Бортовая РЛС с переключением частот повторения импульсов (ЧПИ) из-

лучает когерентную последовательность зондирующих радиоимпульсов,

спектр которых представлен на рис. 2.18, а, длительностью т

и ЧПИ F

т. д. Авиационный носитель перемещается равномерно и прямолинейно на вы-

соте Н

со скоростью V

(рис. 2.18, б). Принятые колебания состоят из полез-

ного сигнала, активных и пассивных помеховых колебаний, отраженных под-

стилающей поверхностью (рис. 2.18, в). Мощность помех на входе бортовой

РЛС зависит от среды распространения радиоволн, диаграмм направленности

приемной и передающей антенн, свойства подстилающей поверхности и

других факторов. Необходимо получить последовательность и расчетные вы-

ражения оценок характеристик данного класса РЛС в условиях реального

функционирования.

Обобщенный алгоритм оценки характеристик обнаружения ВЦ приведен

на рис. 2.19. В этом случае с учетом движения авиационного носителя опреде-

ляется уровень отраженных подстилающей поверхностью сигналов в каждом

доплеровском канале, рассчитываются отношения сигнал/помеха и вероятно-

сти обнаружения ВЦ.

Применяются две основные системы координат: сферическая (в,<р,Д),

центром которой является фазовый центр антенны, и декартовая система

(Χ,Υ,Η) с центром в точке пересечения перпендикуляра, опущенного из цен-

тра, с поверхностью земли (см. рис. 2.18, б).

Рис. 2.18

Рис. 2.19

Направление оси OY совпадает с направлением вектора скорости авиаци-

онного носителя. Для упрощения решения задачи предполагается, что можно

пренебречь кривизной земной поверхности и влиянием среды распространения

радиоволн.

Нормированные диаграммы направленности приемной и передающей ан-

тенн задаются функциями g

(e,(p) и g

nep

(s,(p), так что

(2.1)

где S

- сфера с единичным радиусом; ds

- элемент площади сферы; G

, G

nep

коэффициенты усиления антенн.

Свойства обратного рассеяния различных подстилающих поверхностей,

характеризующиеся удельной поверхностью обратного рассеяния β(ε), пока-

зывают, какая часть мощности отражается малым участком подстилающей по-

верхности в обратном направлении под углом к горизонтальной плоскости.

В общем случае значение G(e) зависит от угла падения, длины волны, вида

подстилающей поверхности, вида поляризации падающей и рассеянной волн.

Для основных видов подстилающей поверхности (лес, пашня, поле, вода и др.)

Θ(ε) определяется экспериментально.

Пусть S(f) - спектр излученного сигнала. Рассмотрим составляющую

спектра на частоте f'. Мощность сигнала на входе БРЛС, отраженная элемен-

тарной площадкой с центром в точке (х, у), определяется в соответствии с

уравнением радиолокации

где Р

- импульсная мощность.

Мощность принятого колебания в интервале частот [f, f + δί] определяется

путем замены координат (х, у) на (Д,1*д) и интегрирования по f (рис. 2.18, б);

1д = f - f' - доплеровская частота; f - частота, на которой принимается

помеховое колебание; ,

- спектр принятого колебания.

Если спектр сигнала дискретный, то интегрирование по f' заменяется сум-

мированием. Чтобы определить спектр сигнала, отраженного кольцом дальности

шириной АД и внутренним радиусом Д, необходимо проинтегрировать N(fl, f)

по переменной Д:

(2.2)

Если лежит в интервале Гд,Д + ДЦ], подынтегральное вы-

ражение не определено. В этом случае необходимо сделать замену переменной

интегрирования после чего (2.2) принимает вид

Тогда распределение мощности помех по частоте и каналам дальности оп-

ределяется как где К - число интервалов неодно-

значности дальности в пределах горизонта; Д^ - КД

+ тАД - внутренний ра-

диус кольца дальности т-го канала на К-м интервале неоднозначности.

Спектральная плотность мощности шумов генератора передатчика бор-

товой РЛС, переотраженная подстилающей поверхностью, N

(f) =

где Ν

- спектральная плотность мощности шумов пе-

редатчика, Ν

ππ

- спектральная плотность мощности отражений от подстилаю-

щей поверхности.

В итоге вычисление спектра помех, отраженных подстилающей поверхно-

стью, осуществляется численными методами.

Пусть, например, заданы следующие параметры:

Необходимо вычислить значение спектра помеховых колебаний

N(f, m) на частоте f в канале дальности с номером т. Предварительно опре-

деляется интервал однозначного измерения дальности где с -

скорость света, - разрешающая способность по дальности, Д

дальность горизонта, - максимально возможная доплеровская

частота, - максимальная частота в пределах дальности

горизонта, К^ и К

- номера минимальной и максимальной спектральных со-

ставляющих, вносящих вклад в формирование значения N(f,m) имеют вид

- число интервалов однозначности по дальности в пределах горизонта.

Затем проверяется, попадает ли точка Д

в m-й канал дальности: если

, то значение N

уменьшается на единицу. Для каждого

к€{к

...к

} вычисляется вклад k-й составляющей спектра а

в значение

N(f,m):

где 0

- угол, определяющий гиперболу, соответствующую доплеровской час-

тоте - минимальное

расстояние от носителя бортовой РЛС до гиперболы доплеровской частоты

(cM. рис. 2.18). При этом нижний предел интегрирования по дальности в по-

следнем интервале однозначности вычисляется как , причем

если Д

< Д

, то полагается отсутствие помехи и переходим к следующему

значению к. Если 0

не удовлетворяет условию то находится

расстояние до той точки гиперболы f = f

, в которой касательная к ней образу-

ет угол π/4 с осью оу:

Замечание. На отрезке [Д

, Д

] интегрирование осуществляется по пере-

менной а на отрезке - по Д.

Если то значение Ν

уменьшается на единицу. Впо-

следствии определяется номер интервала дальности, в который попадает точка

Если , то необходимо увеличить зна-

чение на единицу.

Вычисление уровня помехи в к-м доплеровском канале д

осуществляется

по следующей формуле:

где

Тогда значение спектра помехи от подстилающей поверхности для борто-

вой РЛС, использующей квазинепрерывный режим, определяется как

Оценка эффективности управления порогом обнаружения в бортовой РЛС

с учетом сформированной области селекции приоритетной воздушной цели

) на этапе вторичной обработки и разрешающих способностях ι

станции осуществляется путем определения конечного множества элементов

разрешения (Ω

) на каждой частоте повторения с изменяемым порогом обна-

ружения

где Ν

- общее число элементов разрешения с изменяемым порогом обнаруже-

ния; Ф

гД

- оператор отображения, определяющий преобразование неоднознач-

но измеряемых координат на различных частотах повторения в сферические

координаты - номера каналов обнаружения многока-

нального приемника по отдельным координатам, в которых осуществляется

изменение порога.

В дальнейшем для определяемого допустимого уровня снижения ложных

тревог (F^

on)

) проводится оценка реализуемых показателей обнаружения в

рассматриваемых секторах сопровождения. Для повышения точности оценки

вероятности обнаружения ВЦ используется модель флуктуации ЭПР, подчи-

ненная логарифмическому закону распределения, аппроксимируемая следую-

щим выражением:

где