ГЛАВА 11 ПОИСК СИГНАЛОВ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ И РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

§ 11.1. ПОИСК СИГНАЛОВ ПО УГЛОВЫМ КООРДИНАТАМ, ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ

Поиск сигналов в радиолокационных и радионавигационных системах предшествует режиму точного измерения их параметров, несущих информацию о координатах и скорости объектов. Для РНС обычно заранее известно расположение опорных станций (радиомаяков) системы, поэтому на борту обьскта, определяющего свое место, как правило, нет необходимости выяснять, присутствует ли сигнал того или иного маяка, в результате поиск сводится к грубому измерению РНП. Эта особенность отличает поиск сигналов в РНС от поиска сигналов радиолокационной цели, о наличии которой в зоне обзора в большинстве практических случаев заранее не известно. В связи с этим целесообразно сначала рассмотреть более общий случай РЛС, осуществляющей поиск сигнала в рабочей зоне, называемой в радиолокации зоной или сектором обзора.

Размеры рабочей зоны определяются предельными значениями измеряемых координат и скорости объекта, т. е. дальности , азимута , угла места и радиальной скорости . Протяженность каждого из этих интервалов удобно представить числом содержащихся в нем элементов разрешения по дальности , азимуту , углу места и радиальной скорости :

В процессе обзора осуществляется проверка наличия цели в каждом из элементов разрешения, причем последовательность проверки задается методом (программой) обзора, выбор которого зависит от назначения РЛС. Станции обнаружения работают в режиме непрерывного обзора, в процессе которого производится не только обнаружение, но и измерение координат обнаруженных целей. В станциях точного измерения координат обзор прекращается при обнаружении цели, после чего станция переводится в режим точного измерения координат цели.

При выборе способа обзора РЛС учитывают размеры рабочей зоны, определяемые координаты и точность их измерения, разрешающую способность станции по дальности, скорости и угловым координатам, требуемое время обзора рабочей зоны, вероятность появления цели в различных участках рабочей зоны, затраты при технической реализации того или иного способа, его эксплуатационную надежность.

Основными параметрами, характеризующими эффективность выбранного метода обзора, являются среднее время до обнаружения цели и среднее время между соседними ложными обнаружениями (средняя частота ложных тревог).

Обзор элементов рабочей зоны РЛС может производиться последовательно во времени (последовательный обзор) или одновременно (параллельный или одновременный обзор). Применяется также комбинированный параллельно-последовательный метод обзора. При параллельном обзоре обработку сигналов осуществляют одновременно во всех элементах разрешения зоны обзора, поэтому обнаружение цели происходит сразу при ее появлении в зоне обзора РЛС.

Однако малое время обзора при параллельном способе достигается существенным усложнением оборудования, поэтому при допустимом увеличении времени обзора рабочей зоны РЛС используют и более простые в реализации методы последовательного и параллельно-последовательного обзора.

Обзор рабочей зоны по дальности происходит в процессе распространения сигнала до цели и обратно. При расположении цели на максимальной дальности время от излучения до приема отраженного сигнала . За это время происходит просмотр всех элементов разрешения по дальности при определенном положении ДНА станции. Обработка сигналов, соответствующих всем ND элементам разрешения, за время требует создания сложной -канальной системы обработки, что не всегда целесообразно, поэтому чаще используют значительно меньшее число каналов обработки . Такая параллельно-последовательная обработка сигналов связана с энергетическими потерями, поскольку время накопления в каждом из к перестраиваемых каналов уменьшается в раз по сравнению с временем накопления в каналах при одновременной обработке в каналах. Таким образом, снижение аппаратурных затрат приводит к ухудшению качественных показателей системы, и при ее проектировании задача состоит в отыскании наилучшего решения с учетом всех существенных факторов.

Обзор рабочей зоны по радиальной скорости необходим, если ширина спектра сигнала , меньше диапазона возможных изменений доплеровского смещения частоты:

При этом в системе обработки сигнала должно быть предусмотрено частотных каналов (фильтров) (при одновременной обработке) или один перестраиваемый в диапазоне фильтр с полосой пропускания не более заданного разрешаемого интервала по частоте (при последовательной обработке). Последовательный обзор по скорости также связан с энергетическими потерями и может быть использован при сильных сигналах, например в системах с активным ответом.

Обзор рабочей зоны по угловым координатам также может быть параллельным, последовательным или параллельно-последовательным.

При параллельном обзоре РЛС должна иметь угловых каналов, т. е. ДНА, перекрывающую всю зону обзора с соответствующим числом приемных каналов. Если заданный сектор обзора не очень широк, то при излучении может быть использована однолучевая ДНА, перекрывающая весь сектор.

Если заданы широкий сектор обзора и высокая разрешающая способность по угловым координатам, то число лучей и каналов обработки становится слишком большим, а система — трудноосуществимой. В этом случае применяют последовательный одноканальный (или параллельно-последовательный) метод обзора со сканированием (развертыванием) луча по всей зоне обзора. Последовательный обзор проще и дешевле реализуется, однако не всегда приемлем из-за низкой скорости поступления информации, поскольку скорость обзора ограничена временем , в течение которого ДНА должна быть направлена на объект для того, чтобы принять хотя бы один отраженный целью сигнал. Таким образом, время однократного обзора всей зоны обзора не может быть меньше

Для обнаружения слабых сигналов (например, от целей, расположенных на расстояниях, близких к ) требуется их накопление, что ведет к снижению скорости обзора. Если в импульсной РЛС для обнаружения цели необходимо накопление N импульсов, то время обзора возрастает в N раз, поскольку период повторения излучаемых импульсов задан условием однозначного измерения дальности .

Эти ограничения могут быть ослаблены при переходе от равномерного обзора к программируемому на основе априорных данных (например, о вероятности появления цели на том или ином направлении) или к адаптивному. При адаптивном последовательном обзоре на основе результатов анализа на предшествующих этапах изменяется очередность, время анализа различных элементов рабочей зоны или энергия, излучаемая в том или другом направлении. Управление параметрами обзора осуществляется специальным устройством анализа, выявляющим направления наиболее вероятного наличия цели.

При параллельном обзоре адаптация сводится к автоматическому увеличению энергии излучения РЛС, если при работе в нормальном (дежурном) режиме появилось подозрение на наличие цели в рабочей зоне РЛС.