УЧЕБНИК САРП100

ГЛАВА V. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ

5.1. Отображение целей на экране при мешающем действии помех

Мешающее действие взаимных помех

На экране индикатора РЛС зачастую появляются помехи, маскирующие полезные отраженные сигналы от целей.

Источниками помех могут быть взаимные помехи от других радиотехнических средств, в частности, от радиолокационных станций проходящих судов. Как правило, частоты следования зондирующих импульсных сигналов собственной РЛС и РЛС окружающих судов неодинаковы. Это случай несинхронных помех.

Несинхронная импульсная помеха отображается на экране ЭЛТ в виде спирали (рис. 5.1), а при одновременном воздействии нескольких несинхронных помех – в виде нескольких спиралей.

Рис. 5.1

Спирали разворачиваются от центра трубки к ее краям. Так как мощность взаимных помех велика, то прием сигналов мешающих РЛС производится не только главным лепестком антенны, но и боковыми лепестками. Поэтому спираль при малой расстройке помехи по частоте следования может

151

разворачиваться по азимуту в пределах не только ширины диаграммы направленности главного лепестка антенны (рис. 5.2).

Рис. 5.2

Если частота следования импульсов взаимной помехи совпадает с частотой следования зондирующих импульсов собственного судна (помеха синхронна), то мешающее действие мощной помехи отображается на экране ЭЛТ в виде окружности (рис. 5.3).

Слабая синхронная импульсная помеха высвечивает часть окружности в секторе, направленном на источник помехи.

Рис. 5.3

Непрерывная синусоидальная помеха приводит к засветке всего сектора в направлении на источник помехи.

Мощная взаимная помеха в виде непрерывной синусоиды может привести к засветке всего экрана ЭЛТ.

Мешающее действие помех, отраженных от поверхности моря

Помехи от взволнованной поверхности моря имеют флюктуационный характер и создают на экране множество

152

мерцающих точек, меняющих свое положение и яркость во времени. Эти мерцающие точки засвечивают центр экрана, т. к. мешающее действие этих помех быстро убывает с увеличением дистанции (рис. 5.4). В разделе 2.3 было показано, что мощность помех от взволнованной поверхности моря обратно пропорциональна третьей степени от дистанции.

Рис. 5.4

Чем сильнее волнение моря и чем выше коэффициент усиления приемного устройства РЛС, тем большая зона вблизи центра экрана ЭЛТ перекрывается этими помехами. При сильном волнении моря экран засвечивается на расстоянии 3…4 мили, а на расстоянии 1…2 мили при сильном волнении наблюдается сплошная засветка экрана вблизи центра.

Пятно в центре экрана имеет форму овала, т. к. наибольший уровень помех от взволнованной поверхности приходит с наветренной стороны. Сигналы в этом случае отражаются по нормали относительно передней кромки волны. Зыбь отображается на экране в виде полос, т. к. проявляется как множество близко расположенных протяженных целей.

При появлении на экране РЛС эхо-сигналов, вызванных волнением моря, интенсивность которых настолько велика, что эхо-сигналы от малоразмерных целей (буи, малые суда, катера, шлюпки и т. д.) могут быть не обнаружены, используется специальная схема временной автоматической регулировки усиления приемника.

Регулировка производится так, чтобы эхо-сигналы от моря были ослаблены до степени, которая позволила бы наблюдать их отметки в виде едва заметных хаотически появляющихся и исчезающих небольших световых пятен. Эхо-сигналы от це-

153

лей, находящихся в зоне воздействия помех, наблюдаются на одном и том же месте, и поэтому различимы.

Мешающее действиепомех отоблаков и гидрометеоров

Отражения от облаков, дождя, снега создают засветку в пределах дальности действия РЛС. В разделе 2.3 было показано, что мощность помех от гидрометеоров обратно пропорциональна второй степени от дистанции. Помехи имеют вид отдельных пятен с различными границами и различной яркостью. Засветку от облаков и гидрометеоров ошибочно можно принять за часть суши или остров. Только быстро меняющаяся форма пятна и большая скорость перемещения могут указать на то, что это помеха. Такие засветки могут не только маскировать цели, находящиеся в зоне осадков, но и затенять цели, располагающиеся позади этой зоны.

Для выделения целей нужно уменьшать усиление приемника РЛС, а в случае затенения – увеличивать усиление, а также использовать специальную схему подавления, которая состоит из дифференцирующей цепочки (см. п. 5.2) на выходе детектора приемника.

Мешающее действие помех в виде теневых секторов

Помехи в виде теневых секторов, в которых цели невозможно обнаружить, появляются из-за наличия верхнепалубных устройств собственного судна, находящихся на пути распространения зондирующих сигналов. Практически, если угол от фазового центра антенны на затеняющий объект, находящийся на судне, не менее 2…3о, то появляется теневой сектор и цели, попадающие в него, не обнаруживаются.

Части судна, имеющие значительные горизонтальные размеры (салинги, полубак) и попадающие в диаграмму направленности антенны РЛС, могут создавать области затенения, протяженные по дальности.

Теневые секторы хорошо различимы на экране РЛС при наличии волнения моря на фоне засветки от волн. Более точно расположение теневых секторов можно получить, наблюдая с

154

помощью РЛС за шлюпкой, обходящей судно на расстоянии около 1 мили.

Мешающее действие помех в виде ложных целей

Ложные цели могут создавать помехи в виде эхо-сигналов. Природа ложных эхо-сигналов следующая. На собственном судне имеются хорошо отражающие электромагнитные волны объекты, например, фальштруба. В этом случае полезный сигнал приходит на вход приемника РЛС двумя путями:

•«РЛС–ЦЕЛЬ–РЛС» и

•«РЛС–ЦЕЛЬ–ОТРАЖАЮЩИЙ ОБЪЕКТ– РЛС». Так как расстояние от антенны РЛС до отражающего объ-

екта невелико, то длины расстояний двух вышеуказанных путей примерно одинаковы. Поэтому наряду с истинной целью, расположенной недалеко от собственного судна, будет наблюдаться ложная цель на этой же дистанции, но в направлении на отражающий объект (рис. 5.5).

Рис. 5.5

Ложные эхо-сигналы неустойчивы, при движении судна они могут то появляться, то исчезать.

Ложные эхо-сигналы могут появляться в результате многократного отражения от близко расположенной цели и хорошо отражающего объекта, находящегося на собственном судне. В этом случае ложные цели имеют вид цепочки эхосигналов с одинаковыми интервалами между ними и размещаемыми на одном направлении (рис. 5.6).

Причиной появления ложных эхо-сигналов могут служить боковые лепестки диаграммы направленности антенны РЛС. В этом случае сигналы, излучаемые и принимаемые с помощью

155

каждого бокового лепестка антенны, отображаются на экране ЭЛТ на дуге на одинаковом расстоянии от центра. Азимуты ложных целей соответствуют угловому положению боковых лепестков, а дистанции соответствуют дистанции до истинной цели (рис. 5.7).

Рис. 5.6

Рис. 5.7

Во всех рассмотренных выше случаях ложные цели возникают, когда целью является большое, близко проходящее судно.

Ложные цели могут возникать также от целей, расположенных далеко за линией горизонта (явление сверхрефракции).

В главе I показано, что в случае приводных волноводов цели могут быть видимы на дистанциях, значительно превышающих максимальную дальность действия РЛС. В этом случае далекие цели (в обычных условиях невидимые) отображаются на экране РЛС как близкие цели. Это объясняется тем, что далекие цели отображаются после второго зондирующего импульса и, соответственно, измеренная дистанция (выражен-

156

ная во времени) будет меньше на интервал между зондирующими импульсами.

Эффективным методом борьбы с этими ложными целями является вобуляция (изменение во времени) частоты следования зондирующих импульсов.

5.2. Метод повышения разрешающей способности по дальности

Если две цели расположены по дистанции на расстоянии друг от друга D, то отраженные сигналы от более удаленной

цели придут с задержкой t = 2CD относительно сигналов

более близкой цели. Если время задержки меньше длительности импульса ( t <τи ), то отраженные сигналы от двух целей

будут частично совпадать во времени, появится один более длинный сигнал: цели не будут раздельно отображаться на экране радиолокатора.

Метод повышения разрешающей способности по дальности позволяет получить в рассматриваемом случае раздельное отображение целей. Структурная схема устройства разрешения по дальности, приведенная на рис. 5.8, представляет собой высокочастотный дифференциатор, который состоит из линии

задержки на время tз и сумматора. Время задержки в линии должно быть меньше времени задержки накладывающихся сигналов, т. е. tз < t .

Кроме того, время задержки выбирается кратным целому числу полупериодов высокочастотного заполнения зондирующих импульсов:

tз = 21f0 (2n +1),

где f0 – несущая частота; n = 0,1,2 ...

157

При таком времени задержки суммируемые сигналы на входе сумматора (дифференциального усилителя) находятся в противофазе.

Рис. 5.8

Эпюры напряжений для различных точек схемы рис. 5.8 при наличии одного сигнала на входе представлены на рис. 5.9. На рис. 5.9а – сигнал на входе, на рис. 5.9б – сигнал на выходе линии задержки, на рис. 5.9в – сигнал на выходе сумматора u = u1 + u2 .

Рис. 5.9

Рис. 5.10

Если на входе схемы находится два сигнала, из которых второй сигнал задержан на время t относительно первого сигнала (рис. 5.10), то без использования схемы разрешения по дальности разделить две цели невозможно.

158

При использовании схемы рис. 5.8 с помощью метода суперпозиции получим: на рис. 5.10а и рис. 5.10б – эпюры напряжений на входе схемы, на рис. 5.10в – эпюры напряжений на выходе схемы.

Рассмотренная схема высокочастотного дифференцирования позволяет получить раздельное отображение сигналов на экране ЭЛТ. Недостаток схемы – удвоенное число отображаемых целей, т. к. появляются два ложных сигнала.

Метод высокочастотного дифференцирования приводит к потере части энергии принимаемых сигналов от каждой из целей, что может привести к ухудшению вероятностных характеристик обнаружения целей. Этот метод рекомендуется использовать на малых дальностях, когда имеется избыток энергии отраженных сигналов от близко расположенных целей.

Использование схемы дифференцирования (рис. 5.11) на выходе нелинейной схемы (на выходе детектора огибающей) не всегда эффективно. Разделение сигналов в этой схеме зависит от фазовых соотношений разрешаемых сигналов в высокочастотном тракте приемника.

Рис. 5.11

Если два сигнала, один из которых задержан на время t , совпадают по фазе (рис. 5.12а), то суммарный сигнал на входе детектора имеет вид, представленный на рис. 5.12б. На рис. 5.12в показан вид сигнала на выходе детектора. На рис. 5.12г – на выходе дифференцирующей цепочки. В данном случае два перекрывающихся во времени сигнала удается разрешить по дальности. Лишние отрицательные выбросы убираются с помощью диода Д1.

На рис. 5.13 представлены эпюры напряжений для тех же точек схемы рис. 5.11, когда два сигнала находятся в противофазе.

159

Рис. 5.12

Рис. 5.13

Как видим, разделение сигналов от двух целей, задержанных друг от друга на интервал времени t , для случая, когда сигналы находятся в противофазе, не удается получить.

Эффективность работы рассмотренной ранее схемы, когда дифференцирование производилось в линейном тракте приемника, не зависела от фазовых соотношений высокочастотного заполнения разделяемых импульсных сигналов.

Для подавления помех от капель дождя используется приведенная на рис. 5.11 специальная схема подавления, которая состоит из дифференцирующей цепочки на выходе детектора приемника. Полоса пропускания УПЧ приемника в судовых РЛС для длительностей зондирующих импульсов 0,08; 0,8; 1,2 мкс выбирается, соответственно, в пределах 15…28; 5…7; 3 МГц. При таких полосах пропускания передние и задние фронты зондирующих импульсов от целей почти не заваливаются и имеют большую крутизну.

Напротив, эхо-сигналы от капель дождя во всей зоне засветки имеют одинаковую интенсивность и представляют собой как бы единую протяженную цель с малой крутизной фронтов.

160