ОЕМС_41,42 / ОЕМС_41,42 / ЗЕМС_ЛкНов / поляризационная селекция

ТЕМА: «ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ СЕЛЕКЦИЯ»

Поляризационной селекцией называется выделение полезного сигнала на фоне активных помех или мешающих отражений по различию в их поляризационной структуре. Поляризационную структуру электромагнитной волны определяют следующие параметрами (рис. 41): угол пространственной ориентации эллипса поляризации ; коэффициент эллиптичности сигнала ; направление вращения вектора напряженности электрического поля.

Выбором указанных параметров (в том числе и их статических характеристик), а также их соответственным изменением можно добиться как существенного ослабления воздействия помехи любого происхождения, но со стационарными характеристиками поляризационной структуры, так и улучшения технических показателей радиотехнической системы.

В частности, при регулярном вращении вектора напряженности электрического поля (плоскости поляризации сигнала) существенно уменьшаются угловые флюктуации отраженного от протяженной цели сигнала, а значит, повышается точность сопровождения [4]. Поляризационная селекция используется для защиты как от активных, так и от пассивных помех (гидрометеоров, ложных целей и т. п.). Поляризационный селектор позволяет выделить сигналы от целей сложной конфигурации на фоне ложных целей (уголковые, линзовые отражатели и т. д.). Выбором соответствующих параметров поляризации сигнала можно улучшить наблюдаемость целей на фоне отражений от земли о водной поверхности.

Поляризационную селекцию можно использовать совместно с другими способами селекции.

Различают поляризационную селекцию колебаний с постоянными параметрами поляризационной структуры и поляризационно-модулированных колебаний. В первом случае устройство селекции выделяет колебания определенного вида поляризации, подавляя колебания с отличной поляризацией. Во втором случае устройство принимает колебания, обладающие определенным поляризационным спектром.

Принцип поляризационной селекции состоит в следующем. Антенна или поляризационный приемник настраиваются на прием сигнала определенной поляризации: линейной, круговой или, в общем случае, эллиптической. Возможна настройка на регулируемую поляризацию. Помеха максимально ослабляется, если поляризация антенны или приемника будет ортогональна поляризации помехи: для вертикальной поляризации помехи – горизонтальная; для круговой поляризации – круговая с противоположным вращением принимаемого поля; для эллиптически поляризованной волны ортогональным является также эллиптически поляризованное колебание, но со сдвинутым на положением осей эллипса поляризации. Поскольку поляризация сигналов, отраженных от реальных целей, случайная, в общем случае не совпадающая с поляризацией помехи, то помехи можно ослабить больше, чем сигнал.

В настоящее время применяются следующие методы поляризационной селекции: использование сигналов и антенн с круговой и эллиптической поляризацией; применение сигналов со случайными поляризационными параметрами; изменение антенных систем со скрытой поляризацией на прием и низким уровнем кроссполяризационных лепестков.

Рассмотрим улучшение наблюдаемости радиолокационных сигналов при использовании антенны с эллиптической поляризацией.

При приеме сигналов на эллиптически поляризованную антенну электродвижущая сила, наводимая в ней; зависит от поляризационных параметров падающей волны [88]:

где E – ЭДС, наводимая сигналом в антенне; k – постоянный коэффициент; - коэффициент эллиптичности антенны (волны, излучаемой приемной антенной в режиме передачи); - коэффициент эллиптичности поля принимаемого сигнала; - угол между большими осями эллипсов поляризации антенны и падающей волны . Знак «+» берется при одинаковом вращении полей, знак «-» - при противоположном.

В случае согласования антенны с поляризационной структурой падающей волны (, одинаковое вращение векторов электрического поля) .

При ортогональном расположении осей эллипса , и противоположном вращении векторов электрического поля излучения антенны и поля падающей волны имеем полное подавление принимаемого сигнала (E=0). В случае излучения эллептически поляризованных волн и согласования антенно-волноводного тракта с поляризационными параметрами полезного сигнала можно (при различии поляризационных структур сигнала и помехи) повысить отношение сигнал/помеха на выходе антенны по сравнению с отношением на входе.

Отношение мощности сигнала к мощности помехи на входе приемника при одинаковых мощностях сигнала и помехи в раскрыве антенны.

где - коэффициент эллиптичности поля помехи; угол между большими осями эллипсов поляризации сигнала и помехи.

Наибольшее влияние на эффективность селекции оказывает различие в направлении вращения векторов электрического поля, причем чем ближе

коэффициенты и к единице, тем больше это влияние. Различия в коэффициентах эллиптичности и пространственном положении осей эллипсов могут быть эффективно использованы лишь при небольших значениях и .

Рассмотрим использование поляризованной селекции для борьбы с мешающими отражениями от земли и гидрометеоров. Интенсивность мешающих отражений от земли в значительной мере зависит от поляризации излучения (рис. 42). Выбирая поляризацию полезного сигнала, можно при определенных значениях угла облучения обеспечить максимальное ослабление отражений от осадков в РЛС с линейной поляризацией объясняется различием поляризаций отраженных от целей и осадков радиоволн. Отражения от гидрометеоров имеют ту же поляризацию, что и падающая волна. Отражения же от реальных целей, в частности самолета имеют составляющую, ортогональную падающей волне. Прием этой составляющей позволяет в значительной степени ослабить мешающие отражения. Возможны следующие способы создания невзаимных антенн с линейной поляризацией [44]:

две антенны линейной поляризации со взаимно ортогональными векторами действующих высот, одна из которых работает на передачу, а вторая – на прием;

одна антенна с переключением приемного и передающего каналов, подключенных к антенне через поляризационный разделитель;

одна антенна с невзаимным элементом в волноводном тракте.

При использовании радиоволн с круговой поляризацией направление вращения плоскости поляризации отраженной от гидрометеоров волны меняется на противоположное. Энергия, отраженная от самолета, поляризуется эллиптически при сохранении направления вращения плоскости поляризации и потому принимается антенной. Таким образом, при согласовании поляризации антенны с поляризацией входного сигнала можно значительно ослабить мешающие отражения.

Коэффициент подавления сигналов, отраженных различными атмосферными образованиями, для двух типов поляризации антенн приведен в табл. 6 [44].

Структурная схема поляризационного селектора показана на рис. 43. Ортогональные составляющие электромагнитной волны выделяются соответствующими поляризационными фильтрами 1 и 2 и после усиления идентичными приемниками подаются на вычитающее устройство. Так как а то помеха компенсируется более полно, чем сигнал.

Используя прием сигналов антенной с ортогональной поляризацией, можно добиться увеличения энергии принимаемого сигнала при его неизвестной поляризации и улучшения отношения сигнал/помеха. Структурная схема, реализующая данную задачу, показана на рис. 44, а. Сигналы ортогональной поляризации, принятые двумя антеннами, подаются на устройства, образующие векторную сумму и векторную разность (рис. 44, б). Экстремальный регулятор вращает плоскость поляризации сигнала, принятого одной из антенн, до получения минимума векторной разности . При этом векторная сумма сигналов приобретает максимальное значение и используется в качестве выходного сигнала.

Одним из видов организованных поляризационных помех является помеха на кроссполяризации. Эффективность такой помехи зависит от способности антенны принимать электромагнитную волну с поляризацией, ортогональной рабочей. Поэтому одним из методов борьбы с такой помехой наряду с применением антенн с низким уровнем кроссполяризационных составляющих, является использование высокоизбирательных поляризационных фильтров.

Другой метод борьбы с помехой на кроссполяризации – использование приемных антенн с разносом по поляризации. Если при этом используется канал, принимающий более мощный сигнал, т. е. поляризационную помеху, то эта помеха будет играть роль сигнала подсвета источника помех (цели).

В заключение отметим, что реализация поляризационных селекторов возможна достаточно простыми техническими средствами, в частности, использованием антенн типа фазированных решеток, ферритовых устройств и т. д.