4.3.4. Объемно-распределенные цели

К объемно-распределенным целям, как указывалось, относятся гидрометеообразования (облака, дождь, град, снег), а также атмосферная пыль, продукты сгорания реактивных двигателей и т. д. Они создают мешающие отражения, которые относят к пассивным помехам (в отличие от активных, создаваемых различными источниками радиоизлучения), а также заметно уменьшают дальность действия РЛС. Кроме того, объемно-распределенные цели в виде облака дипольных отражателей являются источником организованных пассивных помех для противодействия РЛС противника. Все эти цели представляют собой совокупность большого числа элементарных частиц, распределенных случайным образом.

Обычно, особенно в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн, для объемно-распределенных целей имеет практическое значение только некогерентное отражение. При этом сигналы от отдельных частиц можно рассматривать как независимые случайные величины, к которым применим закон сложения мощностей, что позволяет производить сложение их ЭОП. Введем удельную ЭОП (называемую также отражаемостью), которая характеризует ЭОП единицы объема:

,

где цк- ЭОП отдельных частиц; ц1 - среднее значение ЭОП частицы, а n1 - их число частиц в единице объема.

Рис. 4.6. Удельная ЭОП гидрометеообразований

Каждую частицу можно рассматривать как сферу, диаметр которой dk   (дождевые капли имеют диаметр 0,01 ... 0,6 см, а размеры частиц туч и тумана менее 0,01 см). Лишь для сравнительно крупных капель в миллиметровом диапазоне волн dk   и цk  d²k/4.

Удобно выражать величины dk и , в миллиметрах. Тогда, учитывая, что коэффициент n1 ограничен единичным объемом (м³), величина 0 будет в мм²/м³ рис. 4.6.

4.3.5. Поляризационная селекция объемно распределенных целей.

В тумане, облаках и моросящем дожде форма капель близка к шарообразной (по мере роста интенсивности дождя капли сплющиваются в вертикальном направлении). Уподобляя самолет вибратору, видим, что для отделения полезного сигнала от помех, вызванных гидрометеообразованиями, надо применять круговую поляризацию. При круговой поляризации волна имеет две ортогональные составляющие одинаковой амплитуды, сдвинутые по фазе на 90°, которые отражаются каплями дожди одинаково. Путем дополнительного фазового сдвига в антенне на 90° эти составляющие могут взаимно уничтожаться. При отражении же от самолета такой компенсации не произойдет, так как амплитуды составляющих отраженного сигнала неодинаковы. Так удается подавить отражения от умеренных и слабых дождей на 20 .. 25 дБ, а от снега на 8 ... 12 дБ. При этом полезный сигнал ослабевает на 6 ... 8 дБ. Поэтому выигрыш в различимости цели для дождя составляет 13 ... ... 18 дБ, а для снега практически отсутствует.

Мешающие отражения от атмосферных неоднородностей («ангелов»). Наряду с мешающими отражениями от гидрометеообразований имеются отражения, возникающие под небольшими углами места утром в теплое время года и исчезающие вскоре после восхода солнца. При этом на экране ИКО появляется небольшое пятно или даже сплошная засветка, которая медленно перемещается. Такие помехи часто наблюдаются на экранах мощных РЛС УВД, работающих в диапазоне ДЦВ в совершенно ясную погоду. Когерентно-импульсные методы селекции пассивных помех от малоподвижных целей в данном случае неэффективны.

Причина и характер подобных явлений (иногда их называют «ангелами») до конца не установлены. Их, например, объясняют тем, что за счет неравномерного нагрева земли образуются горячие «пузыри» воздуха диаметром 10 - 100м, характеризуемые высоким градиентом коэффициента преломления. По-видимому, имеются и другие причины. Часть таких отражений вызывается перелетом птиц и насекомых. Для борьбы с этим видом помех используют систему глубокой временной регулировки усиления (ВАРУ), при которой мешающие сигналы оказываются ниже порога чувствительности, а сигналы от самолетов, как правило, превышают этот порог. Другой путь - изменение угла наклона антенны. Можно в частности, использовать специальную приемную антенну, в которой сигнал, принимаемый под малыми углами места, уменьшается, например, до 20 дБ по сравнению с основным.

Эффективным средством борьбы с ангелами, так же как с помехами от дождя, может оказаться гребенчатый фильтр доплеровских частот, в котором дискретные узкополосные фильтры согласованы со спектральными линиями полезного сигнала, а выключение фильтров, имеющих определенный сдвиг по частоте Доплера, создает зоны режекции, подавляющие спектральные линии отражений от ангелов или дождя.

Контурная индикация интенсивности гидрометеообразований (метод изо-эхо»). На рис. 3.47, а показана огибающая отраженного сигнала для какого- либо азимута ₀.

При обработке этого сигнала используются два пороговых уровня U1 U2. Сигналы, которые выходят за эти уровни, усиливаются, так что крутизна их фронтов заметно возрастает, и затем ограничиваются (рис. 4.7, б, в). При вычитании формируются два импульса (рис. 4.7, е), которые, образуют на линии развертки ИКО

Рис. 4.7. Метод контурной индикации

в направлении ₀ два светлых участка. При радиально-круговой развертке, осуществляемой синхронно с облучением различных участков гидрометеообразования, возникает светлое кольцо (рис. 3.47, д). Участок, соответствующий превышению порогового уровня U2, выглядит на экране темным. Повышая уровень U2, можно выделить участок наибольшей интенсивности.

Более крутой фронт огибающей рис. 4.7,а соответствует более высокому градиенту интенсивности, что свидетельствует о высокой степени турбулентности, т. е. об опасности этой области. Как видно, ширина светлого кольца здесь уже. Таким образом, ширина светлого кольца на экране ИКО с контурной индикацией позволяет судить о степени турбулентности. Это обстоятельство используется при обходе самолетом грозовых облаков.

Для детального исследования интенсивности гидрометеообразований следует использовать несколько уровней.

Глава 5

ОПТИМАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

5.1. Обнаружение радиолокационных сигналов как

статистическая задача

Полезную информацию о цели несет отраженный сигнал. Однако на входе приемника совместно с полезным сигналом действуют и помехи, К ним относятся внутренние шумы приемника, мешающие отражения, взаимные помехи и т. д., а в случае РЛС военного применения - организованные помехи. Помехи, действующие на радиолокационный приемник, носят случайный характер. Вместе с тем и появление цели с теми или иными координатами является для получателя радиолокационной информации (например, для оператора, наблюдающего за экраном индикатора) случайным событием.

Радиолокационное обнаружение сводится к принятию решения о наличии или отсутствии полезного сигнала (цели). При отсутствии помех особой проблемы в процессе принятия такого решения не возникает, так как наличие или отсутствие напряжения достаточной амплитуды на выходе приемника свидетельствует достоверно о наличии или отсутствии сигнала цели. Однако помехи (а также флуктуации отраженного сигнала) сильно затрудняют этот процесс, так как выбросы помехи могут быть случайно приняты за полезный сигнал либо сам сигнал может быть случайно подавлен помехой. Поэтому задача радиолокационного обнаружения является статистической. Решение о наличии или отсутствии цели не может быть абсолютно достоверным. Оно принимается с той или иной вероятностью ошибки, определяющей качество обнаружения.

Для решения задачи обнаружения нужно иметь априорные (т. е. предшествующие опыту, в данном случае обнаружению) сведения о структуре полезного сигнала и помех. Такие сведения (форма сигнала, статистические характеристики помехи, поляризационные различия сигнала и помехи и др.) обычно имеются. Они позволяют найти методы обработки сигналов, оптимальные с точки зрения тех или иных критериев. Это дает возможность синтезировать структуру устройства оптимальной обработки сигнала. Обычно реализация оптимальных устройств весьма сложна. Поэтому важно найти структуру более простых, так называемых квазиоптимальных устройств, качественные показатели которых не очень сильно отличаются от оптимальных.