10.2. Некоторые соображения относительно сигнала для случая протяженных распределений полуизолированных движущихся рассеивателей

Чтобы показать возможную связь между окружающей радиолокатор средой и различными параметрами синтезируемого радиолокационного сигнала, рассмотрим основной пример. Имеется некоторый ансамбль полуизолированных отражающих объектов, среднее расстояние между которыми меньше пути, проходимого зондирующим сигналом за время (равное длительности несжатого импульса), а диапазон дальностей представляющих интерес объектов во много раз больше расстояния, соответствующего длительности Предполагаем также, что объекты перемещаются друг относительно друга. Требуется, чтобы система была в состоянии обнаружить и однозначно измерить дальности и скорости нескольких объектов. Очевидно, что степень неоднозначности, обеспечиваемая сигналом, состоящим из периодической последовательности импульсов, является неудовлетворительной, и поэтому такой тип сигнала из рассмотрения исключается. Следовательно, искомый сигнал должен иметь непрерывную огибающую спектра (тонкой структурой, обусловленной частотой повторения, пренебрегаем), а также и непрерывную огибающую по времени на интервале (т. е. прямоугольную, взвешенную функцию Хэмминга и т. д.).

Если требуется измерять разность относительных скоростей, то разработчик системы может выбрать один из чувствительных к допплеровскому смещению частоты сигналов, как, например, сигнал с -образной или параболической ЧМ, сигнал с фазой, кодированной двоичной последовательностью, и т. д. или избрать сигнал, который почти не чувствителен к допплеровскому, но чувствителен к временнбму сдвигу (сигналы с линейной и тангенциальной ЧМ). Для извлечения информации о скорости в последнем случае вместо наблюдения выходных сигналов набора согласованных фильтров используют другие методы.

Рис. 10.1. Два сигнала, имеющие прямо противоположный характер чувствительности к допплеровскому сдвигу частоты. а — сигнал с кнопочной функцией неопределенности, амплитуда сигнала равна единице; б - ЛЧМ сигнал, амплитуда сигнала равна

Если выполняется дополнительное условие, заключающееся в том, что величина допплеровского смещения частоты принимаемых сигналов мала по сравнению с шириной спектра сигнала (реалистичное допущение для широкополосных сигналов), то, по существу, все сигналы на выходе согласованного фильтра будут обладать максимальной энергией, несмотря на различную форму их, зависящую от вида сигнала и величины наблюдаемых допплеровских сдвигов. Для иллюстрации допустим, что чувствительный к допплеровскому смещению частоты вероятный сигнал имеет кнопочную функцию неопределенности, пьедестал которой представляет собой постоянную функцию в интервале корреляции На рис. 10.1 показаны два предельных вида сигналов (в отношении чувствительности к допплеровскому сдвигу частоты); это сигнал с кнопочной функцией неопределенности и сигнал с линейной ЧМ.

Если распределение энергии сигнала на интервале предполагается равномерным, то в первом случае уровень пьедестала, измеряемый относительно максимального значения сигнала на выходе, получающегося при нулевом допплеровском смещении частоты, равен где является функцией величины допплеровского сдвига и формы функции спектральной плотности мощности.

На рис. 10.2 иллюстрируется влияние поведения этих сигналов при допплеровском смещении частоты на взаимную интерференцию между слабым и сильным сигналом.

Рис. 10.2. Влияние характера чувствительности к допплеровскому сдвигу частоты на взаимную интерференцию между сигналами с различными дальностями.

Если амплитуда полезных сигналов может изменяться в диапазоне 40—50 дб, то нужно было бы обеспечить произведение длительности на полосу порядка чтобы средний уровень пьедестала для чувствительного к допплеровскому смещению частоты сигнала, имеющего идеальную кнопочную функцию неопределенности, не превышал наименьшие значения пиков выходного сигнала при нулевом допплеровском сдвиге на входе.

Проблемы, возникающие на практике при построении согласованного фильтра для сигнала с таким значением произведения длительности на полосу, могут оказаться слишком трудными. При более умеренном диапазоне амплитуд сигнала, скажем, равном 30 дб или менее, и наличии в окружающей среде не очень плотно размещенных отражающих объектов для разработчика РЛС возможно окажется выгодным применить сигнал с кнопочной функцией неопределенности. Сигналы с функциями неопределенности промежуточного типа, например с -образной и параболической ЧМ, не пригодны для работы по многим целям в тех случаях, когда из-за

допплеровского смещения частоты на входе согласованного фильтра возникает явление размазывания (переливание) энергии. При этом имеет место неоднозначность в соседних элементах разрешения по дальности. Если два сигнала выбраны таким образом, чтобы минимизировать прирост энергии в области боковых лепестков одного сигнала при всех возможных расположениях по дальности центрального пика другого, то их взаимное влияние оказывается минимальным.

Возможности появления помех, порождаемых самим сигналом, рассматриваются в разд. 10.4 и 10.5. При условии сохранения способности обнаружения слабого сигнала на дальностях, где отсутствуют сильные сигналы, радиолокационная станция должна определить скорость по данным работы в режиме сопровождения по дальности или при помощи других поимпульсных методов измерения скорости. Как уже отмечалось в предыдущей главе, для такого применения вполне подходит ЛЧМ сигнал.

Модификацией описанной выше среды является случай полуизолированных объектов, разбросанных по всему сравнительно протяженному интервалу дальностей где, кроме того, имеются области, плотно заполненные рассеивателями (например, дождем), средняя скорость которых отлична от скоростей представляющих интерес целей. Будем предполагать, что согласованный фильтр или система фильтров настроены на частоту, учитывающую допплеровское смещение полезных сигналов, так что выражение «нулевой допплеровский сдвиг» относится к ожидаемому допплеровскому смещению частоты интересующих сигналов. Кроме того, в данном примере можно полагать, что минимальное расстояние между полуизолированными объектами либо меньше, либо больше расстояния, определяемого длительностью мы выберем последний случай, поскольку рассматриваемая в дальнейшем задача касается плотно заполненных рассеивателями областей.

При условиях, которые подробно рассматриваются в следующем разделе, соответствующий реальным рассеивающим областям отраженный сигнал на выходе согласованного фильтра в функции времени по своему характеру будет шумоподобным. В зависимости от того, используется ли чувствительный или нечувствительный к допплеровскому смещению частоты сигнал, эта шумоподобная помеха может перемещаться, как показано на рис. 10.3, в соседние области, создавая, в свою очередь, нежелательные помехи на дальностях, значительно отличающихся от фактической дальности областей, плотно заполненных отражателями. Когда радиолокационная станция сопровождает объекты через области, содержащие помехи, и при этом используется запоминающее устройство, то любой сигнал помехи, переместившийся из соседней области, может оказать вредное влияние при повторном захвате сопровождаемой ранее цели за минимально возможное время. Разумеется, когда протяженность насыщенной отражателями области становится

гораздо больше расстояния, эквивалентного длительности сигнала, то относительное влиянине этого фактора уменьшается.

В отличие от рассмотренных выше компактных сигналов импульсные последовательности можно применять в том случае, когда интересующий нас диапазон дальностей значительно меньше расстояния, эквивалентного полной длительности сигнала.

Не следует считать, что из приведенного выше рассмотрения можно сделать заключение о бесполезности чувствительных к допплеровскому сдвигу частоты ожидаемых импульсных сигналов; напротив, оно лишь подчеркивает, что при оценке потенциальных возможностей сигнала с точки зрения условий окружающей среды, в которых предполагается функционирование радиолокатора, разработчик РЛС должен проявить рассудительность.

Рис. 10.3. Явление растекания пассивных помех, наблюдаемое при использовании чувствительных к допплеровскому сдвигу сигналов.

Существует ряд тактических требований, для удовлетворения которым с выгодой можно применять одновременное измерение дальности и скорости действительно разделенных объектов (разделение по времени больше . В этом случае можно было бы использовать приемник с набором согласованных фильтров, показанный на рис. 9.1.