Физические принципы СДЦ характеристики сигналов и помех

Под СДЦ понимают выделение сигналов движущихся целей из них смеси с помехами и шумами, принимаемой приемником РЛС. Типичными задачами СДЦ являются: обнаружение самолетов на фоне отражений от местных предметов, облаков естественного и искусственного проис­хождения (для наземной РЛС); обнаружение низколетящих целей с са­молета или спутника на фоне отражений от поверхности Земли (для бортовой РЛС); обнаружение наземных транспортных средств на фоне отражений от неподвижных предметов и дороги (для автомобильной РЛС).

Поскольку мощность отражений от неподвижных в малоподвижных объектов (мощность пассивных помех), как правило, на 20÷80 дБ и более превышает мощность сигналов движущихся целей, то при условии их одновременного приема решить задачу СДЦ удается лишь при сущест­венных различиях спектров сигналов и помех. Основой для различения сигналов движущихся и неподвижных объектов является доплеровское смещение частоты  несущего колебания при отражении радиосигнала от приближающейся или удаляющейся по отношению к РЛС цели:

,                                    (1)

где  - радиальная скорость цели относительно РЛС;  - несущая частота; λ - длина волны РЛС; с - скорость распространения радио­волны.

 

Рис. 1

 

На рис. 1а, представлен общий вид спектров пассивной помехи и сигнала, отраженного движущейся целью для когерентной импульсной РЛС с низкой частотой повторения зондирующих импульсов . На рис. 1б, изображен фрагмент этого спектра. Когерентность при­нимаемой последовательности импульсов делает ее спектр линейчатым, что и позволяет   провести частотное разделение сигналов и помех, несмотря на то, что огибающие главных лепестков спектров сигнала и помехи существенно перекрываются: . Если пики спектров перекрываются, то при отмеченном отношении сигнал-помеха и реаль­ном времени наблюдения надежно обнаружить цель на фоне помех не представляется возможным. Режим непрерывного немодулированного излучения, несмотря на высокое разрешение по скорости, не применя­ется в РЛС с СДЦ ввиду слишком жестких требований на развязку при­емной и передающей антенн и отсутствия разрешения по дальности.

Пассивная помеха представляет собой коррелированный, гауссовский (в подавляющем большинстве случаев) случайный процесс, а его спектр является спектральной плотностью мощности. Ширина пика спектра пассивной помехи , где ; n-число импульсов в пачке (равенство выполняется в случае отражения от неподвижной точечной цели). Расширение спектральных пиков помехи происходит за счет перемещения луча антенны РЛС по отражающей поверхности, а следовательно, из-за нарушения строгой когерентности помехи, и наличия на поверхности предметов, перемещающихся с малыми скоростями.

 Форма спектра пассивной помехи в каждом из ее пиков обычно аппроксимируется гауссовой функцией

,                     (2)

где  - ширина пика в спектре помехи на уровне 0,5;  - максимальное значение спектральной плотности. Относительная величина ширины спектра помехи  в РЛС с низкой частотой повторения составляет 0,05 … 0,1 для отражений от местных предметов и 0,1… 0,3 для облака дипольных отражателей, дождя, снега.

В некоторых случаях форма спектра помехи более точно описывается резонансной кривой:

.                         (3)

Гауссовский спектр (2) при той же ширине  на уровне 0,5 спадает существенно быстрее, чем резонансный. Эти две алпроксимации принято считать крайними по скорости спадания случаями спектров пассивных помех, встречающихся на практике. Спадание происходит до уровня спектральной плотности мощности собственных шумов приёмника, равномерной во всём диапазоне частот.

 

Рис. 2

 

Изображенный на рис. 1, вид спектра характерен для наземной РЛС с низкой частотой повторения импульсов. На рис. 2, а, пред­ставлена тактическая ситуация обнаружения с борта самолета низколетящих целей на встречном курсе (I) и догонном курсе (II), на рис. 2, б - спектр принимаемого сигнала при высокой (порядка 100 кГц) частоте повторения зондирующих импульсов. Главные пики в спектре пассивной помехи соответствуют отражениям от поверхности Земли, принимаемым по главному лепестку диаграммы направленности антенны РЛС. Менее выраженные выбросы спектра вблизи частот , k=0,1… обусловлены отражениями, принимаемым по боковым ле­песткам ДН антенны от участков Земли непосредственно под самоле­том-носителем РЛС. В данной ситуации уверенное обнаружение цели возможно лишь на встречном курсе (I), доплеровское смещение сигна­ла которой больше максимальной частоты в спектре пассивной помехи  (где V - скорость самолета-носителя). Сигнал цели II на догон­ном курсе теряется в отражениях от Земли по боковым лепесткам ДН, существенно превышающих его по мощности.

Хотя при изображении спектров пассивных помех на рис. 1 и 2 разрешение по дальности не принималось во внимание, вид спект­ра помехи в каждом ив разрешаемых элементов дальности примерно оди­наков. В случае наземной РЛС с низкой частотой повторения импуль­сов (рис. 1) вследствие однородности поверхности Земли, в случае бортовой РЛС с высокой частотой повторения - за счет того, что интервал однозначного измерения дальности в этом режиме очень мал и происходит наложение помех, отраженных множеством элементов по­верхности со всей дистанции дальности.

Сигналы, принимаемые от движущихся целей как в случае низкой, так и в случае высокой частоты повторения зондирующих импульсов, обычно считаются квазидетерминированными процессами с комплексным спектром . Иногда для описания сигнала цели используется мо­дель в виде узкополосного случайного процесса о энергетическим спектром типа (3).