5.2. Параметры, измеряемые радиолокатором

Рассмотрим более детально параметры цели, которые могут быть измерены с помощью радиолокатора. К ним относятся угловое положение цели (азимут и угол места), дальность, скорость и отражательная способность (эффективная площадь рассеяния ЭПР). Чтобы измерить любой из этих параметров, необходимо облучить цель радиосигналом с достаточной энергией, при которой интенсивность отраженного сигнала превышала бы некоторый минимальный уровень, когда еще возможно проведение обработки. Взаимосвязь между мощностями излучаемого и принимаемого сигналов, дальностью до цели усилением антенны и уровнем потерь в тракте радиолокатора описывается основным уравнением радиолокации, которое имеет много различных форм но чаще всего записывается следующим образом:

где коэффициент пропорциональности К учитывает усиление обеих антенн, ЭПР цели и т. п. Мощность принимаемого сигнала обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели, поэтому, чтобы удвоить дальность действия радиолокатора, необходимо увеличить излучаемую мощность в 16 раз. Именно эта сильная зависимость излучаемой мощности от дальности заставила обратиться к разработке методики сжатия импульсов с применением согласованной фильтрации.

5.2.1. Угловое положение

Самый простой способ нахождения углового положения связан с применением антенны с очень узкой диаграммой направленности (ДН). Ширина ДН прямо пропорциональна длине волны

излучаемого колебания и обратно пропорциональна линейному размеру антенны, т. е.

Следовательно, хорошее угловое разрешение можно получить, используя либо радиолокатор с высокой несущей частотой, либо большую антенну. В более сложных системах для улучшения углового разрешения используются специальные методы обработки сигналов (примером могут служить рассматриваемые ниже радиолокаторы с синтезированием апертуры).

5.2.2. Дальность

В радиолокаторе измерение дальности сводится к измерению временного интервала. Пусть в момент излучается бесконечно короткий импульс. Если цель находится на расстоянии то эхо-сигнал будет принят в момент соответствующий времени распространения импульса до цели и обратно, т. е.

где с — скорость света. Разрешающая способность радиолокатора по дальности пропорциональна разрешению по времени, которое для монохроматического импульса равно его длительности 6:

Если облучаются две цели, то должен быть взят более короткий излучаемый импульс для того, чтобы обеспечить разделение отражений от каждой из целей. Однако укорочение импульса может оказаться серьезной проблемой, если передатчик радиолокатора имеет ограниченную пиковую мощность, поскольку энергия излучаемого импульса пропорциональна его длительности. В результате при использовании простого монохроматического импульса увеличение разрешающей способности радиолокационной станции по дальности будет сопровождаться уменьшением дальности ее действия.

Одним из достижений теории обработки сигналов является принцип сжатия импульсов, который заключается в следующем. Для обеспечения разрешения радиолокационной станции по дальности используются широкоплоспые сигналы большой длительности, например импульсы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-импульсы). Большая длительность сигнала позволяет излучить энергию, достаточную для работы радиолокатора на больших дальностях, а за счет широкой полосы сигнала обеспечивается высокое разрешение по дальности, так как при согласованной фнльтрации

рации оно обратно пропорционально полосе сигнала. Вопросы построения цифровых согласованных фильтров, в которых для вычисления высокоскоростной свертки используется алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ), и составляют наиболее существенную часть остального материала настоящей главы.

5.2.3. Скорость

Для определения скорости цели измеряется смещение частоты отраженного сигнала относительно частоты излучения. Если излучаемый узкополосный сигнал имеет центральную частоту а отражающий обьект движется с постоянной скоростью, радиальная составляющая которой равна то принимаемый эхо-сигнал будет смещен по частоте на величину, пропорциональную Смещение частоты называемое доплеровским, рассчитывается по следующей формуле:

Для измерения доплеровского смещения можно использовать спектральный анализ, причем разрешение радиолокационной станции по скорости будет определяться тем минимальным частотным смещением двух сигналов относительно друг друга, при котором их еще можно различить. Так как ширина полосы монохроматического сигнала уменьшается при увеличении его длительности, то разрешение по скорости пропорционально длительности излучаемого сигнала. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен при: анализе функции неопределенности. В заключение отметим, что увеличение разрешения радиолокатора по скорости может быть достигнуто соответствующим увеличением несущей частоты (или, что то же самое, уменьшением длины волны ). Эффективность применения цифровых методов обработки сигналов при определении углового положения, дальности и скорости цели станет понятной несколько позже, после рассмотрения общей теории обработки сигналов (она изложена в разд. 5.4) и некоторых конкретных радиолокационных систем.