ГЛАВА 14. Мощные импульсы сверхширокополосного излучения для радиолокации

14.1. Постановка задачи

Исследования по генерации импульсов сверхширокополосного (СШП) излучения и их применению в радиолокации ведутся уже более 40 лет. Интерес к коротким СШП-импульсам в радиолокации обусловлен сочетанием высокой разрешающей способности и проникновением излучения в среды (лед, грунт, лес), а также увеличением информативности излучения, рассеянного объектами и средами, для оценивания их характеристик и последующего распознавания. Результаты первых исследований в этой области обобщены в целом ряде монографий [1-3]. Отметим, что в соответствии с общепринятой классификацией к сверхширокополосным относят импульсы излучения с относительной полосой частот определяемой соотношением , где верхняя, нижняя граничные частоты спектра излучения.

Для последующего обсуждения разделим с большой степенью условности СШП радиолокацию в соответствии с объектами наблюдения на подземную, наземную (надводную), воздушную, а также с учетом расстояния — на ближнюю и дальнюю Вторичное излучение (радиолокационный портрет) состоит из вынужденного (ранне-временного) рассеянного излучения и собственного резонансного (поздневременного) переизлучения, обусловленного токами, наводимыми на поверхности объекта Если расстояние между эффективными рассеивающими центрами (блестящими точками) объекта больше пространственного разрешения импульса, то в первой части сигнала вторичного излучения имеется ряд дискретных импульсов. Таким образом, рассеянное излучение (т.е. его вынужденная высокочастотная компонента) содержит информацию о блестящих точках (форме объекта), а его собственное резонансное излучение содержит частоты, которые зависят от формы, размеров и материала объекта. В связи с этим можно выделить радиолокацию малоразмерных (размер объекта примерно равен или меньше пространственной длительности импульса) и крупноразмерных (пространственная длительность импульса много меньше размера объекта) объектов. В первом случае используется, в основном, поздневремеиная, а во втором случае — ранневременная компонента излучения.

Очевидно, что различные области радиолокационного наблюдения предъявляют разные требования к приемопередающим системам, методам и скорости обработки сигналов. В частности, для устранения неоднозначности частота повторения зондирующих импульсов при расстоянии до объекта 150 км не должна превышать , а в ближней радиолокации она может составлять 100 кГц, что позволяет получать усредненные данные за короткий промежуток времени. При зондировании подземных объектов желательно увеличить энергию низкочастотной составляющей спектра излучения для увеличения глубины зондирования. В ближней локации воздушных объектов длительность СШП импульса может быть не, а для дальней радиолокации необходимо иметь импульсы длительностью не. Последнее обусловлено расплыванием СШП-импульса при распространении в атмосфере [4] и потерей некоординатной информации об объекте, которая содержится во временной форме импульса. Для высокоскоростных объектов желательно реализовать моноимпульсную радиолокацию и обработку информации для распознавания объектов в режиме реального времени, так как ракурс объекта относительно приемопередающей системы локатора может существенно измениться за время между соседними зондирующими импульсами. Для неподвижных подземных объектов возможно накопление сигналов и сдвинутая во времени обработка информации.

Однако, наряду с различиями существуют и общие проблемы СШП радиолокации. К ним можно отнести разработку подходов и создание высокоэффективных малогабаритных передающих антенн с широкой полосой пропускания в различных частотных диапазонах, антенн для малоискажающего приема сигналов со сложной поляризационной структурой электромагнитного поля, методов восстановления импульсных характеристик объектов и каналов (сред) распространения импульсов по результатам зондирования, методов реконструкции формы объектов, методов распознавания объектов. Распознаванию предшествует решение задачи обнаружения объектов. Методы решения этой задачи при зондировании воздушных объектов СШП-импульсами подробно обсуждаются в работе [5].

В настоящее время ведутся исследования, направленные на создание физико-технических основ дальней СШП радиолокации воздушных объектов. Оценки [3] показывают, что при зондировании объектов на расстоянии до 100 км СШП-импульсами длительностью не необходимы пиковые мощности излучения Для обеспечения углового разрешения радиолокатора нужны источники СШП излучения на основе многоэлементных антенных систем. При числе элементов в решетке 100 мощность, излучаемая одиночной антенной, должна быть Желательна реализация электроштого сканирования волновым пучком. Из вышесказанного вытекают соответствующие требования к элементу СШП сканирующей антенной решетки и необходимость создания антенн, отвечающих этим требованиям, а также мощных источников СШП-излучения на их основе. При

рассеянии СШП-импульсов на сложных объектах происходит деполяризация электромагнитного поля. Сложная поляризационная структура электромагнитного поля содержит информацию о рассеивающем объекте, поэтому она может быть использована для решения задачи его распознавания. Значительные усилия направлены на исследование и разработку так называемой векторной приемной антенны, предназначенной для измерения поляризационной структуры поля. И, наконец, основное преимущество СШП радиолокации связывается с решением задачи распознавания объектов, т.е. ее интеллектуализацией. И здесь требуется разработка новых подходов, в частности, на основе восстановления импульсных характеристик объектов и методов реконструкции формы объектов. Полученные результаты могут быть использованы при решении различных задач радиолокационного наблюдения, а также при реализации систем СШП связи и в исследованиях устойчивости радиоэлектронных систем к воздействию электромагнитных импульсов.