- •Радиолокационные системы
- •Радиолокационные системы
- •Введение
- •1. Общая характеристика радиосистем.
- •1.1. Основные системные принципы
- •Виды радиосистем
- •1.2 Начало радиолокации
- •1.3 Радиолокация как средство наблюдения
- •Диапазоны волн, используемые в радиолокации
- •Радиолокационное наблюдение как средство решения навигационных задач
- •Оптическая локация. Активная оптическая локация
- •Акустическая локация. Общие сведения.
- •Особенности гидроакустических колебаний
- •Гидролокация. Пассивная гидролокация – шумопеленгование
- •Активная гидролокация.
- •2.Физические основы определения местоположения воздушных судов.
- •2.1. Особенности распространения радиоволн
- •Дальность действия радиолинии с активным ответом
- •2.2.Дальность действия связи
- •2.3 Дальность действия активной рлс
- •3. Методы определения местоположения воздушных объектов.
- •3.1. Методы дальнометрии
- •Частотный метод
- •Частотная радиолокация многих целей
- •Импульсный метод
- •3.2. Методы измерения угловых координат.
- •3.2.1 Одноканальное измерение угловой координаты
- •3.2.2. Методы радиопеленгации
- •3.2.3. Моноимпульсные методы измерения угловых координат
- •Обзорные фазовые пеленгаторы
- •3.3. Методы измерения высоты полета
- •Метод максимума
- •Метод наклонного луча
- •Метод парциальных диаграмм.
- •Частотное сканирование луча
- •3.4. Радиотехнические методы определения местоположения объектов
- •4. Радиолокационные системы
- •Задачи решаемые в радиолокационных системах
- •4.1.Обнаружение
- •4.1.1.Параметрические обнаружители. Обнаружение детерминированного сигнала на фоне белого шума
- •Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой
- •Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой.
- •Оптимальное обнаружение когерентной пачки радиоимпульсов
- •Оптимальное обнаружение некогерентной пачки радиоимпульсов
- •4.1.2.Непараметрические обнаружители
- •Знаковые непараметрические обнаружители
- •Ранговые непараметрические обнаружители. Одноканальные ранговые обнаружители
- •Многоканальный ранговый обнаружитель
- •Стабилизация уровня ложных тревог
- •4.1.4.Принципы автоматического обнаружения воздушных объектов
- •4.2. Измерение координат и параметров движения
- •4.2.1.Измерение дальности
- •4.2.2.Измерение азимута
- •Разрешение сигналов
- •Разрешающая способность по дальности
- •Разрешающая способность по азимуту
- •Разрешающая способность по углу места
- •Разрешающая способность по высоте
- •Разрешающий объем рлс
- •Распознавание воздушных объектов
- •Распознавание по широкополосным сигналам
- •Распознавание по многочастотным сигналам
- •Распознавание по узкополосным сигналам
- •4.5. Помехозащищенность.
- •4.5.1. Защита от пассивных помех, отражений от «местных предметов» и метеообразований.
- •4.5.1.1. Физические основы, лежащие в основе компенсации сигналов, отраженных от пассивных помех и «местных предметов»
- •4.5.1.2.Статистические характеристики пассивных помех
- •4.5.1.3. Когерентность сигналов
- •Радиолокаторы с эквивалентной внутренней когерентностью
- •Радиолокаторы с внешней когерентностью
- •Радиолокаторы с истинной внутренней когерентностью
- •4.5.1.4.Селекция сигналов движущихся целей
- •Гребенчатые фильтры накопления
- •Гребенчатые фильтры подавления
- •Принцип когерентной оптимальной обработки на видеочастоте
- •4.5.1.5.Особенности систем сдц
- •Подавитель на промежуточной частоте
- •Череспериодное вычитание
- •4.5.1.6. Формирование карты местных предметов
- •4.5.1.7 Применение систем сдц для компенсации сигналов дискретных пассивных помех
- •4.5.1.8. Компенсация сигналов дискретных пассивных помех при корреляционном анализе
- •4.5.1.9. Цифровая система селекции движущихся целей
- •4.5.1.10. Дискретно-аналоговые системы сдц
- •Устранение слепых скоростей в компенсаторе на ппз
- •4.5.1.11. Многоканальная доплеровская фильтрация
- •4.5.1.12. Некоторые методы скоростной селекции
- •4.5.1.13 Основные характеристики систем сдц Коэффициент подавления пассивной помехи
- •Коэффициент подпомеховой видимости (коэффициент улучшения)
- •4.5.2. Понятие о динамическом диапазоне сигналов и помех и необходимости их нормирования
- •4.5.2.1 Нормирование уровня длинных импульсных помех с помощью схемы шоу
- •4.5.2.2. Нормирование уровня длинных импульсных помех с помощью схемы рос
- •4.5.2.3. Нормирование уровня коротких и длинных помех с помощью схемы шоу-рос
- •4.5.2.4. Нормирование уровня импульсных помех при обработке сложных сигналов
- •4.5.2.5.Обработка сигналов в условиях воздействия несинхронных импульсных помех
- •4.5.3.Активные маскирующие помехи и принципы защиты от них
- •4.6. Виды радиосигналов принимаемых в рлс
- •4.6.1. Характеристики сигналов рлс
- •4.6.2.Функция неопределенности прямоугольного радиоимпульса
- •4.6.3. Широкополосные сигналы
- •4.6.4. Функция неопределенности фазокодоманипулированного сигнала
- •4.6.5.Функция неопределенности сигнала с линейной частотой модуляции
- •4.6.6.Обработка фкм – сигнала
- •4.6.7.Пачка когерентных радиоимпульсов
- •4.6.8. Пачка радиоимпульсов со случайными начальными фазами
- •4.7. Активные системы радиолокации
- •4.7.1. Активные системы с пассивным ответом (первичные рлс)
- •4.7.2. Структура первичной рлс
- •Первичные средства радиолокации
- •4.7.3. Активные системы с активным ответом (вторичные рлс)
- •Структура и принцип работы систем вторичной радиолокации
- •Системы подавления сигналов боковых лепестков диаграмм направленности антенн
- •Кодирование запросных и ответных сигналов. Методы кодирования запросных и ответных сигналов
- •Структура запросных сигналов
- •Структура ответных сигналов. Ответный сигнал режима увд
- •Ответный сигнал режима rbs
- •4.7.4. Дискретно–адресная система вторичной радиолокации
- •4.7.5. Система радиолокационного опознавания
- •Классификация систем радиолокационного опознавания
- •Методы кодирования и декодирования сигналов
- •Защита от влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Принцип защиты ответчиков от запросных сигналов, излучаемых запросчиками в боковых направлениях
- •5. Пассивная радиолокация
- •6. Радиолокационные системы с синтезированной апертурой
- •7. Предупреждение столкновений воздушных судов
- •8.Автоматическое зависимое наблюдение
- •9.Загоризонтная радиолокация.
- •9.1.Историческая справка
- •9.2.Особенности загоризонтных радиолокаторов
- •9.3.Уравнение радиолокации
- •9.4.Потенциал радиолокационной станции
- •9.5.Методы защиты рлс от радиопомех
- •Адаптация к помеховым условиям путем выбора канала с минимальным уровнем активных помех
- •Адаптивная пространственная фильтрация активных помех
- •9.6.Принципы построения загоризонтных рлс
- •10. Пространственно-временная обработка
- •Пространственно-временная обработка
- •Объединение во времени результатов первичной обработки
- •Статистическая модель движения объекта.
- •Алгоритм вторичной обработки радиолокационной информации
- •Пространственно-некогерентное объединение обнаруженных отметок и единичных замеров при централизованной обработке.
- •Пространственно-временная обработка в бортовых рлс
- •11. Особенности эксплуатации радиолокационной системы
- •11.1. Исторические аспекты теории надежности.
- •11.2.Система качества
- •11.3. Эксплуатация и ремонт технических систем
- •Надежность технических систем при эксплуатации.
- •Эксплуатационные методы обеспечения надежности.
- •Система технического обслуживания и ремонта.
- •Методика обнаружения неисправностей
- •Метод последовательных приближений
- •Способ контрольных переключений и регулировок
- •Способ промежуточных измерений
- •Способ замены
- •Способ внешнего осмотра
- •Порядок испытаний при обнаружении неисправностей, возникающих после включения системы.
- •Литература
- •Список сокращений
4.5.1.11. Многоканальная доплеровская фильтрация
Работа первичных радиолокаторов сопровождается появлением на входе устройств приема и обработки отраженных сигналов от «местных предметов» и метеообразований, которые являются мешающими и подлежат исключению из обработки. Одним из возможных вариантов построения систем селекции движущихся целей является многоканальная система, состоящая из ряда доплеровских фильтров, настроенных на различные фазы сигналов.
В фильтрах происходит разделение сигналов, отраженных от воздушных судов, местных предметов и метеообразований по величине изменения фазы от периода к периоду работы ПРЛ. Вышеназванные сигналы имеют различные междупериодные изменения по фазе в зависимости от радиальной скорости движения объектов.
На рис. 4.130 изображена радиальная составляющая скорости (ВО–воздушный объект; V – вектор скорости относительно РЛС; – радиальная составляющая скорости). При наличии радиальной составляющей изменяется частота отраженного сигнала относительно частоты излученного на величину частоты Доплера
.
Наличие означает изменение дальности ВО относительно РЛС, что неизбежно приводит к изменению фазовой структуры отраженных сигналов относительно излученных. Соответствующие изменения могут быть выявлены набором фильтров с различными амплитудно-фазовыми характеристиками (на рис.4.131 пример для 8 фильтров).
Сигналы от воздушных судов, местных предметов и метеообразований будут проходить через различные фильтры. Кроме разделения сигналов, в фильтрах происходит их накопление путем суммирования задержанных на период повторения и не задержанных сигналов. Шумы имеют хаотичный характер и их накопление происходит в меньшей степени. Накопление дает улучшения отношение сигнала к шуму примерно в 2-3 раза, что увеличивает дальность обнаружения воздушных объектов. Структурная схема устройства, реализующая многоканальную доплеровскую фильтрацию изображена на рис.4.132.
Обработка сигналов осуществляется на промежуточной частоте, для чего они берутся с выхода усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Элементом, позволяющим выявлять наличие частоты Доплера в отраженном сигнале является детектор фазовый (ДФ), на который подается и напряжение с генератора опорного напряжения входящего в состав радиопередающего устройства. Доплеровские фильтры цифровые, поэтому сигналы с выхода детекторов подаются на них после аналого-цифрового преобразования в АЦП. Обработка реализуется в двух квадратурных каналах, отличающихся фазой опорных напряжений на . Необходимость двух квадратурных каналов обусловлена характеристикой фазового детектора, которая имеет точки «слепой» фазы
Амплитудно-фазовые характеристики фильтров представляют собой зависимость амплитуды выходных сигналов от межпериодного изменения фаз.
Нулевой фильтр (рис.4.133) имеет максимум характеристики . На его выходе будет иметь максимальную амплитуду сигнала, отраженные от местных предметов, фаза которых от периода к периоду не меняется (рис.4.133, а).
Первый фильтр имеет максимум при сдвиге фазы (рис.4.133,б). Максимальная амплитуда сигналов на его выходе будет иметь место в случае, если фаза отраженных сигналов от периода к периоду меняется на (ситуация, характерная для метеообразований). В общем случае, фаза будет меняться в пределах и такие сигналы проходят через 1 и 7 фильтры. Сигналы от «местных» предметов в этих фильтрах будут ослаблены.
Второй фильтр выделяет сигналы с межпериодным сдвигом фазы на . Это соответствует сигналам, отраженным от воздушных судов, летящих с радиальными скоростями 70 км/ч.
Остальные фильтры имеют максимальные сигналы на выходах при следующих разностях фаз отраженных сигналов от периода к периоду:
3-й фильтр – ;
4-й фильтр – ;
5-й фильтр – ;
6-й фильтр – ;
7-й фильтр – .
Таким образом, сигналы от воздушных судов, местных предметов, метеообразований, имеющие различные радиальные скорости, попадут в различные фильтры. Происходит их разделение.
Сигналы с выхода фильтров подаются в запоминающее устройство. Выходной сигнал формируется из двух квадратурных составляющих A и B путем вычисления модуля M (векторное суммирование). Векторы A и B сдвинуты относительно друг друга на (рис.4.134). Модуль вектора определяется следующей формулой
Возведение в степень и извлечение корня затруднено для вычислителя. Поэтому на практике применяется упрощенная формула
. (4.65)
В этой формуле действия возведения в степень и извлечения корня заменены суммированием и делением на два, что выполняется достаточно просто.
Амплитудно-фазовые характеристики частично перекрываются, что приводит к появлению сигналов от местных предметов в других фильтрах. В 1 и 7 фильтрах проходит примерно половина амплитуды сигналов от местных предметов, а в остальных фильтрах – . Для их устранения реализуется вычитание сигналов местных предметов (сигналов нулевого фильтра) из сигналов других фильтров. Из сигналов 1 и 7 фильтров вычитается 0,5 сигнала нулевого фильтра, а из остальных 5-ти фильтров – ( ) сигнала нулевого фильтра.
Фазовые фильтры обеспечивают разделение сигналов отраженных от воздушных судов, местных предметов и метеообразований, а также их накопление в течение N периодов повторения зондирующих сигналов.
Все фильтры выполнены аналогично. Каждый фильтр содержит линию задержки и сумматор. Сигналы первого периода повторения проходят через сумматор без изменений. Они поступают на вход линий задержки. Во втором периоде повторения в сумматоре складываются сигналы второго периода с задержанными сигналами первого периода. Таким же образом происходит суммирование сигналов в восьми периодах повторения (для примера взято накопление сигналов в 8 периодах повторения).
С выходов фильтров снимаются максимальные сигналы в каждой восьмой период повторения.
При наличии сигналов, отраженных от местных предметов суммирование осуществляется в нулевом фильтре за восемь периодов повторения (рис.4.135).
Межпериодный сдвиг фаз в этом случае равен нулю и составляющие вектора A и B расположены по прямым a и b. С выхода нулевого фильтра суммарные сигналы и поступают в запоминающее устройство и далее производится вычисления модуля суммы .
Рассмотрим далее выделение сигналов во втором фильтре с межпериодном сдвигом фазы (рис.4.136).
Векторное отображение таких сигналов показано на рис. 4.137. Для получения максимального сигнала от объектов на выходе второго фильтра необходимо вектор развернуть на – , вектор – на – , вектор – на – и т.д. В этом случае все векторы будут размещены на одной прямой (рис. 4.138). На вход второго фильтра сигналы подаются в следующем порядке: Первые сигналы , подаются без изменения, поэтому вектор остается без поворота.
Во втором периоде на сумматор подаются сигналы , . Замена сигнала на обеспечивает поворот вектора на (рис.4.139) и он будет суммироваться с вектором .
В третьем периоде на сумматор подаются сигналы , , вектор поворачивается на и суммируется с векторами и
Аналогичным образом происходит поворот и суммирование остальных векторов. На выходе второго фильтра максимальную амплитуду будут иметь сигналы, от воздушных объектов с межпериодным сдвигом фазы . Сигналы от метеообразований ( ) будут ослаблены, а сигналы от местных предметов ( ) будут равны нулю. Амплитудно-фазовая характеристика второго фильтра изображена на рис.4.140.
Коэффициент передачи фильтров может быть определен по АФХ фильтров. Например, для второго фильтра максимальный сигнал на выходе будет при , для сигнал будет меньшей амплитуды, для он отсутствует. Первый и седьмой фильтры выделяют сигналы с межпериодным набегом фазы , 2-6 фильтры – сигналы от воздушных судов с различными радиальными скоростями
Таким образом происходит разделение сигналов в фазовых фильтрах.
В течение восьми периодов накопления параметры импульсной последовательности не меняются. При вобуляции периода повторения в следующей восьмерке импульсов изменится временной интервал между импульсами, но в течение 8 периодов он будет неизменным и, таким образом, будет реализовано накопление сигналов с другим периодом повторения импульсов. Если предположить, что вобуляция проводится на четыре периода, то полный цикл накопления составит 32 периода повторения.
-