УДК 629.783

Принцип отражения одновременного и разностного объекта в эффективной БРЛС

Филиппов Александр Анатольевич – доктор технических наук, профессор кафедры Радиотехнических систем Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

Урамбеков Эльдар Бауыржанович – аспирант кафедры Радиотехнических систем Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

Сазанов Игорь Николаевич – инженер-конструктор компании "Специальный технологический центр"

Аннотация: На основе анализа функционирования БРЛС мониторинга наземной обстановки определены, основные интенсивные условия раздельного процесса разрешения объектов отражения от земной поверхности эффективных БРЛС. Рассмотрено описание принципа функционирования БРЛС решения улучшения повышения характеристик сигналов различных угловых координат, отраженных точечными объектами бортовой радиолокационной станции.

Ключевые слова: диаграмма направленности, угловые координаты, концентрация радиоволны во времени, направленные антенны, интервал разрешения по дальности.

Введение

Усиление сигналов в БРЛС имеет ряд специфических особенностей. Предпринимаются специальные меры для увеличения яркостного контраста отметок от наиболее слабо и наиболее сильно отражающих объектов. По силе отраженного сигнала отражения от наземных образований можно разделить на три группы:

  • слабые – от водных поверхностей (низкий уровень сигналов от водных поверхностей объясняются тем, что такие поверхности создают зеркальное отражение радиоволн, в результате которого в направлении на БРЛС [1, 2, 3] отражения отсутствуют или их уровень очень низок);
  • сильные – от наиболее сильно отражающих наземных объектов;
  • среднего уровня – от земной поверхности, лишенной заметных ориентиров.

Основная часть.

  1. Радиоволны способны отражаться от границы раздела двух вещественных сред, различающихся своими электрическими свойствами. Поэтому, если объекты, электрические свойства которых отличаются от воздуха, облучать радиоволнами, то в окружающем пространстве возникают отраженные этими объектами сигналы. Мощность и некоторые другие характеристики отраженных сигналов зависят не только от мощности облучения,[8] но и от электрических и геометрических свойств объектов. Поэтому анализируя отраженные сигналы, можно судить о наличие отраженных объектов, различать одни объекты от других и оценивать их принадлежность к тому или иному классу объектов.
  2. Измеряя время между моментами излучения радиоволны и приема отраженного сигнала, можно определить расстояние от ЛА до отражающего объекта. Связь между временной задержкой отраженного сигнала, скоростью радиоволн и расстоянием до объекта image001. Определив пространственную ориентацию фронта отраженной волны, найдем направление на объект.
  1. Концентрируя энергию радиоволн во времени, можно раздельно наблюдать объекты, расположенные на различных удалениях ЛА, и определять расстояния до них, даже если эти объекты расположены в одном и том же направлении относительно ЛА. Концентрируя энергии излучения во времени, достигаются путем использования импульсного режима излучения радиоволн. Облучая кратковременным импульсом объекты, расположенные на различных удалениях, на борту ЛА получают различающиеся по своему временному положению импульсные сигналы, отраженные каждым из объектов. Процесс раздельного наблюдения объектов, удаленных на различные расстояния, носит название разрешения объектов по дальности.

Рассмотрим условия, при которых обеспечивается разрешение объектов по дальности [4]. На рисунке 1-а показаны излучаемый сигнал (его обычно называют зондирующим) и сигналы, отраженные точечными объектами 1 и 2, по-разному удаленными от РЛС.

image002

Рисунок 1-а. Временные диаграммы отраженных сигналов от объектов, близко расположенных по дальности: И – излучаемый (зондирующий) импульс; И1 – импульс, отраженный объектом 1; И2 – импульс, отраженный объектом 2.

Задержка сигнала, отраженного объектом 1, image003

а задержка сигнала, отраженного объектом 2, image004 ,

где image005 и image006 - расстояния до объектов 1 и 2.

Из рисунка видно, что объекты видны раздельно при условии, что принятые от них сигналы не перекрывают друг друга. Таким образом, условие раздельного наблюдения объектов:

image007

где image008 - длительность импульса.

Иначе это условие можно переписать так:

image009.

Из формулы видно, что точечные объекты разрешаются по дальности, если разность наклонных дальностей до них превышает половину пути, проходимого радиоволной за время действия импульса. Пространственный интервал, длина которого равна image010,   называется интервалом разрешения по дальности.

Объекты, находящиеся на различных расстояниях, можно наблюдать раздельно не с помощью импульсных сигналов, но и с использованием режима непрерывного излучения. Однако сигналам непрерывного типа необходимо придавать следующие свойство: частота или фаза этих сигналов должны изменяться во времени по определенным законам. В этом случае сигналы, отраженные от объектов, в момент наблюдения различаются частотами или фазами и могут обнаруживаться раздельно.

  1. Направление антенны концентрирует энергию излучения в пределах телесного угла, занимаемого лепестком диаграммы направленности, и практически не создают излучения за пределами этого угла. Такие антенны дают возможность вести прием отраженных сигналов только при условии, если источник сигнала (отраженный объект) оказывается в пределах лепестка диаграмм направленности, и не допускают приема сигнала с других направлений. Поэтому, если объекты наблюдения разнесены по углу на расстояние, превышающие угловые размеры лепестка диаграммы направленности, то эти объекты будут наблюдаться раздельно, даже если они расположены на одинаковом расстоянии от ЛА. [5, 6]. Процесс раздельного наблюдения одинаково удаленных объектов с различными угловыми координатами носит название разрешение объектов по угловым координатам (рисунок 2-б).

image011

Рисунок 2-б. Радиолокация объектов, расположенных по угловым координатам.

Условия раздельного наблюдения одинаково удаленных объектов показаны на рисунке 2-б. В правой части рисунка приведена зависимость амплитуды принимаемых сигналов при изменении направления оси диаграммы. Пока объекты 1 и 2 разнесены на угол, превышающий ширину диаграммы направленности, сигналы 1 и 2 не перекрываются. Если угловое расстояние между объектами [7] станет меньше ширины лепестка диаграммы, сигналы 1 и 2 сольются в один и их раздельные наблюдения станет невозможным. Обобщающая соображения о разрешающей способности по дальности и по угловым координатам, можно ввести понятие разрешаемого объема РЛС, под которым подразумевается объем части пространства, в пределах которого объекты [10] не разрешаются ни по дальности, ни по углам.

В частности, при использовании игольчатой диаграммы разрешаемый объем представляет собой усеченный конус, угловые размеры которого определяются угловыми размерами лепестка ДНА, а высота равна длине пространственного интервала разрешения по дальности.

Выводы

В процессе наблюдения желательно подчеркнуть наиболее слабые отражения:

  1. Выделить из общей массы наиболее сильные отражения.
  2. Сгладить отражения от малоориентирной местности.

Требуемое усиление яркостного контраста достигается с помощью специального трехтонового видеоусилителя (ТТВУ). В то время как[9] при создании усилителей, обеспечивающих безыскаженное воспроизведение сигналов, стремятся сконструировать схемы, отличающиеся максимально возможной линейностью амплитудной характеристики, амплитудная характеристика ТТВУ специально проектируется существенно нелинейной.

Любые показатели функциональной эффективности достигаются ценой затраты энергетических, информационных, людских и других ресурсов. Поэтому ресурсная эффективность, имеет меру приспособленности системы отражения объектов от земной поверхности эффективных БРЛС выполняемые целевые функции. Для количественной оценки в том числе эффективной БРЛС, необходимо все ресурсы свести к единой мере, в качестве которой часто используется денежный эквивалент.

Список литературы

  1. Филиппов А.А., Сазанов И.Н., Урамбеков Э.Б. // Формирование опорных точек подстилающей поверхности для решения прикладных задач моделирования многопозиционной радиолокационной станции с внешними источниками подсвета / В сборнике: Научные междисциплинарные исследования исследования. Сборник статей V Международной научно-практической конференции. 2020. С.41-48.
  2. Урамбеков Э.Б., Филиппов А.А., Сазанов И.Н. // Анализ функционирования бортовых радиолокационных комплексов мониторинга наземной обстановки в интересах поиско-спасательных служб. / Инновации.Наука. Образование. 2020. № 12.С. 510-520.
  3. Балов А.В., Болошин С.Б., Геворкян А.Г., Шебшаевич Б.В. Система координатно-временного и навигационно-информационного обеспечения с базированием опорных станций в околоземном воздушном пространстве // Новости навигации. 2009. № 3. С. 17-23.
  4. Монаков А.А., Тарасенко А.А., Сглаживающие фильтры в измерительном контуре ФАПЧ радиовысотомера с непрерывном ЧМ сигналом. // В сборнике: Волновая электроника и инфокоммуникационные системы. Материалы ХХVI Международной научной конференции. В 3-х частях. Санкт-Петербург, 2023. С. 261-268.
  5. Сидняев Н.И., Бутенко Ю.И., Болотова Е.Е. Экспертная система продукционного типа для создания базы знаний и конструкциях летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2019. № 6. С. 38-52.
  6. Болдырев К.Б., Грибакин В.А., Карчин А.Ю., Пирогов С.Ю., Султанов А.Э. Ракеты-носители. – СПб: ВКА им. А.Ф. Можайского. 2018. 385 с.
  7. Гаврилов А.Г. Отечественный опыт зондирования атмосферы самолетами в интересах метеорологического обеспечения военно-воздушных сил Красной армии (первая половина ХХ в.) // Право и образование. 2023.№2. С.98-105.
  8. Филиппов А.А., Урамбеков Э.Б., Сазанов И.Н. Оценка обнаружения одиночного объекта дальней видимости, а также разработка метода вероятности точного наблюдения на фоне подстилающей поверхности. / Научный альманах Центрального Черноземья. 2022. № 1-1. С. 107-115.
  9. Болотнов А.С., Чепурнов И.А., Потапов В.А., Закрутный А.Е. Тенденции развития навигационных систем подвижных наземных комплексов военного назначения / В сборнике: Актуальные вопросы состояния и перспектив развития сложных технических систем военного назначения. IV Всероссийская научно-практическая конференция военного учебного центра Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана: Сборник научно-методических трудов. 2020. С. 396-401.
  10. Быков В.В. Моделирование передачи изображений с сжатием / DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2023. Т. 13. № 2. С. 4-11.
  11. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. [Учебное пособие для вузов / Под ред. Г.С. Кондратенкова]. – М.: “Радиотехника”, 2005. – 368 с.
  12. Бондарчук И.Е., Хорин В.И. Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолета Ан-24. [2-е изд., перераб. и доп.]. М., «Транспорт», 1979. 303 с.
  13. Amosova S.V., Filippov A,А., Makhaeva  А., Albanov  A.I., Potapov  V.А. Regio- and stereoselective synthesis of new ensembles of diversely functionalized 1,3- thiaselenol-2-ylmethyl selenides by a double rearrangement reaction. / Beilstrein Journal of Organic Chemistry. 2020. Т.16. С. 515-523.
  14. Kumarin A., Kudryavtsev I., Shafran S., Grechishnikov V. GNSS SIGNAL TRAKING ALGORITM WITH DATA REDUCTION/ В сборнике: 28th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, ICINC 2021.28.2021. С. 9470858.
  15. Shafran S.V., Kudryavtsev I.A. Accuracy improvement for GNSS- based compass. / В сборнике: IOP Conferense Series: Materials Science and Engineering. 2020. С.012018.
  16. Kumarin A., Kudryavtsev I.A. Soc opportunities for boosting sdr GNSS performance. / В сборнике: CEUR Workshop Proceedings. DS-ITNT 2019-Proccedings of the Data Science Session at the  5 th International Conference on Information Technology and Nanotechnology. 2019. С.457-462.
  17. Povarenkin N.V., Venedictov N.A., Ermakov A.K. Justification of the required tactical and technical characteristics of air space survey radars to ensure timely detection of small aircraft. / В сборнике 2021 Wawe Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems, WECONF 2021 – Conference Proceedings. 2021. С. 9470614.

Интересная статья? Поделись ей с другими: