- •Издание училища
- •В.1. Место рлс в радиолокационной системе
- •Глава 1. Основные характеристики рлс и требования, предъявляемые к ним
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Состав радиолокационной информации
- •1.3. Зона обзора
- •1.4. Точность измерения координат
- •1.5. Разрешающие способности по координатам
- •1.6. Помехозащищенность
- •1.7. Информационная способность
- •1.8. Надежность
- •1.9. Электромагнитная совместимость
- •1.10. Маневренные характеристики
- •Глава 2. Дальность действия рлс в различных условиях ее работы
- •2.1. Уравнение радиолокации в режиме обзора при произвольных форме зоны обнаружения и способе обзора
- •2.1.1. Вывод уравнения радиолокации
- •2.1.2. Изодальностная зона обнаружения
- •2.1.3. Изовысотная зона обнаружения
- •2.1.4. Смешанная зона обнаружения
- •2.2. Дальность действия рлс с учетом затухания радиоволн в атмосфере
- •2.3. Дальность действия рлс в условиях активных маскирующих помех
- •2.3.1. Дальность действия рлс в условиях активных шумовых маскирующих помех
- •2.3.2. Дальность действия рлс в условиях импульсных помех
- •2.4. Дальность действия рлс в условиях маскирующих пассивных помех
- •Действия рлс при включении аппаратуры защиты в условиях отсутствия пп
- •2.5. Дальность обнаружения маловысотных целей
- •2.6. Упрощенные формы записи уравнения радиолокации
- •Глава 3. Основные характеристики радиолокационных целей
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Статистические модели целей
- •3.3. Оценка влияния и на вероятность обнаружения цели
- •3.3.1. Оценка влияния вида плотности распределения вероятности эпц
- •3.3.2. Оценка влияния вида энергетического спектра флюктуации отраженного сигнала
- •3.4. Оценка среднего значения эффективной поверхности радиолокационных целей
- •3.4.1. Точечные (сосредоточенные) цели
- •3.4.2. Распределенные цели
- •3.5. Энергетический спектр флюктуаций сигнала, отраженного от точечной цели
- •3.6. Энергетический спектр флюктуаций сигнала, отраженного от распределенной цели
- •Глава 4. Показатели качества и параметры обнаружения
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Показатели качества радиолокационного обнаружения в точке
- •4.3. Показатели качества радиолокационного обнаружения за обзор
- •4.4. Период ложной тревоги
- •4.5. Интегральные вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги
- •4.6. Выбор значений показателей качества обнаружения
- •4.7. Параметры обнаружения и связь между ними
- •4.8. Определение требуемого значения отношения сигнал—шум на входе устройства сравнения с порогом
- •5.1. Основные отличия целей и маскирующих пассивных помех
- •5.2. Пути повышения помехозащищен-ности рлс в условиях маскирующих пассивных помех
- •5.3. Выбор структуры зондирующего сигнала при работе рлс в условиях пассивных помех
- •5.4. Способы обеспечения заданного значения 1-й слепой скорости
- •5.5. Классификация систем сдц
- •5.6. Обобщенная структурная схема и основные характеристики системы сдц
- •5.7. Система сдц с эквивалентной
- •5.7.1. Структурная схема системы сдц
- •5.7.2. Основные характеристики системы
- •5.7.3. Принципы построения элементов и устройств системы сдц
- •5.7.4. Влияние нестабильностей аппаратуры на эффективность сдц
- •5.8. Системы сдц с внутренней когерентностью на базе устройств чпк на радиочастоте
- •5.9. Системы сдц с внешней когерентностью
- •5.9.1. Система сдц с некогерентной компенсацией пп
- •5.9.2. Система сдц с помеховым гетеродином
- •5.9.3. Основные характеристики систем
- •5.10. Системы сдц на базе автокомпенсаторов
- •5.10.1. Структурная схема
- •5.10.2. Основные характеристики чпак
- •5.10.3. Требования к функциональным элементам чпак и их обеспечение
- •5.11. Фильтровые и корреляционно-фильтровые системы сдц
- •5.11.1. Фильтровые системы сдц
- •5.11.2. Корреляционно-фильтровые системы сдц
- •5.11.3. Основные характеристики систем
- •6.2.2. Шумовая автоматическая регулировка усиления
- •6.2.3. Усилители с логарифмической амплитудной характеристикой
- •6.2.4. Автоматическая регулировка порога ограничения
- •6.3. Повышение помехозащищенности за счёт увеличения плотности потока энергии зондирующего сигнала
- •6.4. Технические решения, обеспечивающие защиту рлс методом пространственной селекции
- •6.4.1. Основные пути реализации метода пространственной селекции
- •6.4.2. Уменьшение угловых размеров главного лепестка диаграммы направленности
- •6.4.3. Снижение уровня боковых лепестков
- •6.4.4. Уменьшение уровня приёма в направлениях на постановщики активных помех
- •6.5. Технические решения, обеспечивающие защиту рлс от помех по главному лепестку диаграммы направленности
- •6.6. Принципы построения систем перестройки рабочей частоты рлс
- •6.6.1. Требования к параметрам системы перестройки станции
- •6.6.2. Структурная схема спс
- •6.7. Устройства защиты рлс от импульсных помех
- •6.7.1. Виды импульсных помех
- •6.7.2. Устройства защиты от узкополосных импульсных помех
- •6.7.3. Устройства защиты от широкополосных импульсных помех
- •6.7.4. Устройства защиты от несинхронных импульсных помех
- •6.7.5. Особенности построения устройств защиты от оип
- •6.8. Принципы построения анализаторов помеховои обстановки в адаптивных рлс
- •Глава 7. Принципы построения аппаратуры пеленгации постановщиков активных помех
- •7.1 Требования предъявляемые к аппаратуре пеленгации
- •7.2. Обобщенная структурная схема и варианты технической реализации аппаратуры пеленгации
- •8.Обеспечение электромагнитной совместимости рлс
- •8.1. Пути обеспечения электромагнитной совместимости рлс
- •8.2. Технические решения, обеспечивающие ослабление неосновных излучений рлс
- •8.3. Технические решения, обеспечивающие ослабление приема по неосновным каналам
- •Глава 9. Потери в тракте приёма и выделения сигналов из помех и технические решения, обеспечивающие их снижение
- •9.1 Обобщенная структурная схема тракта приёма и выделения сигналов из помех
- •9.2. Потери в приёмной антенне
- •9.3. Потери в тракте высокой частоты на прием
- •9.3.1. Обобщенная структурная схема тракта высокой частоты импульсной рлс
- •9.3.2. Методика учета потерь в тракте высокой частоты
- •9.4. Потери за счет рассогласования частотной характеристики линейной части приемника и частотного спектра сигнала
- •9.4.1. Составляющие коэффициента потерь Lрф
- •9.4.2. Потери рассогласования, обусловленные наличием побочных каналов приема
- •Потери рассогласования,обусловленные неоптимальностью формы ачх линейной части приёмника
- •9.4.3. Потери рассогласования, обусловленные расстройкой приёмника по частоте
- •9.5. Требования к системам апч и технические решения, обеспечивающие их выполнение
- •9.6. Потери интегрирования
- •9.7. Принципы построения рециркуляторов
- •9.7.1. Общие сведении о рециркуляторах
- •9.7.2. Рециркулятор на базе ультразвуковой линии задержки
- •9.7.3. Требования к функциональным элементам рециркулятора
- •9.7.4. Многоступенчатые рециркуляторы
- •9.8. Накопители на электронно-лучевой трубке
- •9.9. Комплексирование накопителей
- •9.10. Потери. Обусловленные накоплением дополнительного шума
- •9.10.1. Причины возникновения потерь
- •9.10.2. Объединение сигналов в рлс с парциальной диаграммой направленности на приём
- •9.10.3. Накопление дополнительного шума на экране элт
- •9.10.4. Накопление дополнительного шума в вус
- •9.11. Потери за счет ограничения сигналов сверху
- •9.12. Потери за счет нестабильности порогового уровня и коэффициента усиления приёмника
- •9.13. Потери за счет нестационарности помех на входе системы обработки сигналов
- •9.13.1. Причины нестационарности помех
- •9.13.2. Стабилизация вероятности ложной тревоги в условиях отражений от протяженных источников пп
- •9.13.3. Непараметрические обнаружители
- •9.14. Потери, связанные с работой оператора
- •9.15. Методика учета потерь в тракте приёма и выделения сигналов
- •Глава 10. Обеспечение требований к параметрам зондирующего сигнала
- •10.1. Параметры зондирующего сигнала и их влияние на характеристики рлс
- •10.2. Основные типы передающих устройств и их сравнительная характеристика
- •Глава 11. Влияние способа обзора зоны обнаружения на характеристики рлс
- •11.1. Виды и способы обзора зоны
- •11.2. Сравнение способов обзора зоны обнаружения при отсутствии потерь
- •11.3. Сравнение способов обзора зоны обнаружения при наличии потерь
- •11.4. Возможности уменьшения числа парциальных каналов в трехкоординатных рлс
- •Глава 12. Обеспечение требований к точности измерения координат
- •12.1. Общие сведения об ошибках измерения. Связь между ошибками
- •12.2. Ошибки измерения дальности и технические решения, обеспечивающие их снижение
- •12.2.1. Потенциальная ошибка измерения дальности
- •12.2.2. Ошибка измерения дальности за счет особенностей распространения радиоволн
- •12.2.3. Инструментальная ошибка измерения дальности
- •12.2.4. Динамическая ошибка
- •12.3. Ошибки измерения угловых координат и технические решения, обеспечивающие их снижение
- •12.3.1. Потенциальная ошибка
- •12.3.2. Ошибки измерения угловых координат за счёт особенностей распространения радиоволн
- •12.3.3. Инструментальная ошибка измерения угловых координат
- •12.4.1. Уравнение высоты
- •К разрешающим способностям рлс по координатам
- •13.5. Реальная разрешающая способность рлс по высоте
- •13.6. Вероятность разрешения целей в группе
- •Глава 14 особенности построения рлс с широкополосными зондирующими сигналами
- •Глава is. Особенности построения рлс с электронным управлением лучом
- •Глава 16. Особенности построения мс с цифровой обработкой сигналов
- •16,3.1. Общие понятия
- •16.3.3. Устройство квантования
- •16.3.4, Параметры ацп
- •16.3.5. Типы ацп
- •16.4.1. Обнаружитель типа движущегося окна
- •16.5. Особенности построения цифровых обнаружителей
- •16.5.1. Вычислитель модуля
- •16.5.2. Цифровые накопители
- •16.7.2. Особенности технической реализации цгфп,
- •16.7,3. Особенности технической реализаций
- •16.8. Цифровые авто компенсаторы
- •Глава 1. Основные характеристики рлс и требования, предъявляемые
- •Глава 2. Дальность действия рлс в различных условиях ее работы . 22
- •Глава 3. Основные характеристики радиолокационных целей ... 43
- •Глава 4. Показатели качества и параметры обнаружения .... 59
- •Глава 5 Обеспечение требуемой помехозащищенности рлс и условиях
- •Глава 7. Принципы построения аппаратуры пеленгации постщювщиков
- •Глава 8. Обеспечение электромагнитной совместимости рлс . . . F79
- •Глава 10. Обеспеченно требований к параметрам зондирующего сигнала 22s1
- •Глава 13. Обеспечение требований к разрешающим способностям рлс
- •[6.Я. Цифровые Ёвтокомпевсаторы 345
3.5. Энергетический спектр флюктуаций сигнала, отраженного от точечной цели
Флюктуации сигнала, отраженного от точечной цели, обусловлены изрезанностью диаграммы обратного вторичного излучения (ДОВИ) цели и проявляются при изменении ракурса цели в процессе ее движения.
Конкретный вид энергетического спектра флюктуаций сигнала, отраженного от точечной цели, зависит от многих факторов:
длины рабочей волны РЛС;
типа цели;
скорости движения и т. д.
Максимальную частоту флюктуаций сигнала, отраженного от реактивного самолета, можно оценить, используя соотношение
где —угловая скорость вращения (рыскания) цели, рад/с;
— ширина боковых лепестков ДОВИ, рад.
В сантиметровом диапазоне волн = 0,1 ... 1°,
в метровом — = 1 ...10° [6].
Максимальное значение угловой скорости вращения цели определяется допустимой перегрузкой и скоростью полета цели:
где — коэффициент перегрузки;
-
= 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения.
При полете самолета по прямой наблюдаются медленные флюктуации порядка единиц герц в сантиметровом и долей герца в метровом диапазоне.
Быстрые флюктуации наблюдаются при отражении сигналов от вертолетов и винтомоторных самолетов и обусловлены вращением несущих винтов или пропеллеров. Глубина модуляции отраженного сигнала от вертолета близка к единице, от самолета — значительно меньше, так как удельный вес отражений от пропеллера невелик по сравнению с удельным весом отражений от несущих винтов вертолета. Максимальную частоту флюктуации сигнала, отраженного от вертолета или винтомоторного самолета, можно оценить по формуле
где —угловая скорость вращения винта (пропеллера),
рад/с;
—диаметр винта (пропеллера); — рабочая длина волны РЛС.
3.6. Энергетический спектр флюктуаций сигнала, отраженного от распределенной цели
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что энергетический спектр сигнала , отраженного от
Рис. 37. Преобразование спектра сигнала при отражении от распределенной цели: а — излученный сигнал; б — отраженный сигнал
распределенной цели, в большинстве случаев можно аппроксимировать гауссовой кривой
(3.14)
где — мощность сигнала, отраженного от распределенной цели;
— текущее отклонение частоты в спектре отраженного сигнала от центральной частоты при условии, что РЛС излучает непрерывный гармонический сигнал (рис. 3.7);
— средний квадратическнй разброс доплеровских частот в спектре отраженного сигнала.
Значение связано с шириной энергетического спектра флюктуации . Например, если ширина спектра определена на уровне 0,61 от максимального значения, то .
В общем случае соотношение (3.14) можно трактовать как закон преобразования (трансформации) каждой спектральной составляющей сигнала, излученного РЛС, при отражении от распределенной цели.
На рис. 3.8 изображены энергетические спектры сигналов, отраженных от основных видов распределенных целей. Из рисунка видно, что наиболее широкополосными являются флюктуации сигналов, отраженных от гидрометеоров. Пассивные помехи, создаваемые местными предметами, являются узкополосными.
Рис. 3.8. Энергетические спектры сигналов, отраженных от основных видов распределенных целей: 1, 2 — холмы и горы, покрытые растительностью при скорости ветра 0 и 32 км/ч; 3 — водная поверхность при скорости ветра 2 км/ч; 4 — дипольные отражатели при скорости ветра 16...40 км/ч; 5 — осадки при скорости ветра 3 ... 6 км/ч
Для гауссовой формы энергетического спектра флюктуаций (3.14) нормированная функция корреляции может быть определена следующим образом:
(3.15)
где — автокорреляционная функция флюктуации.
При записи (3.15) учтено, что [11]
(3.16)
Основными причинами флюктуации отраженного сигнала в случае распределенной цели являются:
перемещение облака элементарных вторичных излучателей под действием ветра;
изменение взаимного положения элементарных излучателей в импульсном объеме РЛС;
вращение антенны РЛС;
нестабильность частоты колебаний, излучаемых РЛС.
Изменение взаимного положения элементарных отражателей и их движение под действием ветра вызывают появление доплеровской поправки частоты в отраженном сигнале:
где — радиальная скорость перемещения элементарного отражателя.
Поскольку взаимное перемещение отражателей возможно в любом направлении, то появляется разброс радиальных скоростей элементарных отражателей. При этом средний квадратический разброс доплеровских частот в спектре отраженного сигнала
где — средний квадратический разброс радиальных скоростей элементарных отражателей.
Значение среднего квадратичеокого разброса зависит от средней скорости ветра и природы распределенной цели.
В табл. 3.2 приведены значения для различных источников пассивных помех [8, 12].
Таблица 3.2
Источник пассивных помех (вид распределенной цели) |
Скорость ветра, м/с |
Средний квадратический разброс, м/с |
Редкий лес |
Безветрие |
0,017 |
Лесистые холмы |
5 13 20,6 |
0.04 0,12 0,32 |
Отражение от моря |
4—10,3 |
0,46—1,1 |
|
Ветрено |
0,89 |
Дипольные отражатели |
0 —5 13 |
0,37— 0,91 1,2 |
Дождевые тучи |
— |
1,8 — 4,0 2,0 |
Вращение антенны РЛС вызывает расширение спектра флюктуаций не только за счет модуляции отраженных сигналов диаграммой направленности, но и за счет изменения состава отражателей в импульсном объеме РЛС от зондирования к зондированию.
Коэффициент корреляции флюктуаций сигналов за счет вращения антенны при условии, что РЛС излучает непрерывный сигнал, можно определить так:
(3.17)
где
(3.18)
где
— время облучения цели;
–– случайные амплитуда и фаза отраженного сиг– нала.
Подставляя (3.18) в выражение (3.17) и используя формулу (3.16), после несложных преобразований получаем
Сопоставляя последнее выражение с соотношением (3.15),можно сделать вывод, что средний квадратический разброс доплеровских частот в спектре отраженного сигнала, обусловленный вращением антенны:
(3.19)
Время облучения цели зависит от ширины диаграммы направленности антенны в плоскости сканирования и скорости сканирования.
Нестабильность передающей аппаратуры даже в случае неподвижных РЛС и элементарных отражателей вызывает флюктуации отраженного сигнала на входе приемника радиолокатора. Методика расчета среднего квадратического разброса доплеровских частот, обусловленного нестабильностью аппаратуры, будет приведена в пятой главе.
Поскольку все рассмотренные факторы, влияющие на энергетический спектр флюктуаций сигнала, отраженного от распределенной цели, являются независимыми, то результирующий энергетический спектр флюктуаций можно найти при помощи преобразования Фурье от произведения частных функций корреляции, учитывающих влияние того или иного из описанных факторов:
(3.20)
В выражении (3.20) , , — коэффициенты
корреляции флюктуаций, обусловленных соответственно первым, вторым и третьим факторами, перечисленными выше.
Подставляя в (3.20) значения коэффициентов корреляции после вычисления интеграла, получаем
Из последнего соотношения следует, что результирующее значение среднего квадратического разброса доплеровских частот в спектре сигнала, отраженного от распределенной цели: