Влияние просачивания сигнала на результаты

Влияние просачивания сигнала на результаты
согласованной фильтрации в радиолокационных
станциях с непрерывным излучением
Елена Янакова
ЗАО «ЭЛВИИС»
Актуальность
• увеличение дальности действия РЛС при
ограниченной пиковой мощности передатчика;
• повышение вероятности обнаружения
малоразмерных объектов на фоне неоднородной
подстилающей поверхности за счет улучшения
селекции по доплеровской частоте с
использованием сложных сигналов разной базы,
учитывая свойства поверхности;
• уменьшение мертвой зоны для обнаружения
близкорасположенных объектов.
Содержание
•
•
•
•
принцип работы РЛС;
принцип обнаружения объектов;
работа РЛС непрерывного излучения;
выделение слабого эхо-сигнала на фоне
сигнала просачивания
• РЛС с перестраиваемой временной
диаграммой
• выводы
Принцип работы РЛС
Режим 1
Излучение
импульса
Получение отраженного сигнала
Режим 2
Задержка получения
результатов СФ
Получение результатов
первичной обработки
(СФ)
t
Цикл работы
Рис. 1. Цикл работы многофункциональных РЛС
Передающая
антенна
DDS
Синтезатор
синхросигналов
АЦП
ПРД ГЕН
ПРМ ГЕТ
Просачивание
сигнала
Приемная
антенна
Рис. 2. Структурная схема РЛС непрерывного излучения с ЧМ
Принцип обнаружения объектов
Минимальная мощность отраженного сигнала для РЛС с пассивным ответом задается уравнением :
Pr min 
Pt
Gt
Ar  G2 /(4 )


Rmax
Pt Gt Ar
(4 ) 2 R 4 max
- мощность передатчика;
- усиление антенны;
- эффективная площадь приемной антенны;
- длина волны;
- эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели в данном ракурсе;
- максимальное расстояние до объекта.
База сигнала:
B  TF
T
F
-длительность сигнала,
- полоса сигнала
Работа РЛС непрерывного излучения
Период модуляции:
Tп  Tз  Tизл  Tпрм
Tизл - время излучения
Tз - время задержки
Tпрм -времени приема сигнала
Рис. 3. Диаграммы излучения и приема зондирующего сигнала в РЛС КНИ
Разница между уровнем сигнала
просачивания и уровнем эхо-сигнала
определяется формулой :
D  Ls  Le  Lo
Рис. 4. График зависимости отношения сигнал/шум объекта от дальности с
указанием уровня просачивания сигнала в РЛС с КНИ
Ls
- уровень излучаемого сигнала
Lo
- уровень эхо-сигнала, отраженного
от объекта.
Le
-уровень подавления сигнала
просачивания
Выделение слабого эхо-сигнала на
фоне сигнала просачивания (1/3)
(без переполнения АЦП)
Исследуемый сигнал аналитически представляется следующей формулой:
s(t n )  2 L1 cos(0  2 ( f 0t n  0.5bt 2 ))  2 M cos(0  2 ( f 0t n  0.5bt 2 ))
2 L1 - амплитуда сигнала просачивания
2M
- амплитуда "полезного" сигнала,
Рис. 5. Результаты СФ сигнала без использования окна
Блэкмана
0  M  L 1
Рис. 6. Результаты СФ сигнала с использованием окна Блэкмана
Выделение слабого эхо-сигнала на
фоне сигнала просачивания (2/3)
(без переполнения АЦП)
Таблица 1
Результаты СФ смеси эхо-сигнала и сигнала просачивания при работе АЦП без переполнений
Выделение слабого эхо-сигнала на
фоне сигнала просачивания (3/3)
(без переполнения АЦП)
Рис. 7. Результаты СФ эхо-сигнала на фоне сигнала
просачивания без переполнения АЦП
Рис. 8. Результаты СФ эхо-сигнала на фоне сигнала просачивания
с учетом переполнения АЦП
Выводы: результаты моделирования показали возможность выделения слабого эхо-сигнала с дальности 1 – 2 км
на фоне сигнала просачивания, занимающего весь динамический диапазон АЦП при выполнении следующих
условий:
(1)подавление сигнала просачивания составляет не менее -60 дБ;
(2)оптимальная
дальностная фильтрация заменяется на подоптимальную, с амплитудным взвешиванием
характеристики согласованного фильтра.
РЛС с перестраиваемой временной
диаграммой
Рис. 10. Схема приема-передающего тракта РЛС с перестраиваемой
временной диаграммой
Рис. 9. Эпюры напряжений ВД
многофункциональной РЛС с переменным сигналом.
Рис. 11. Схема приемного устройства на основе банка полосовых
фильтров с понижением частоты
Выводы
Результаты моделирования показали возможность выделения слабого эхо-сигнала с дальности 1
– 2 км на фоне сигнала просачивания, занимающего весь динамический диапазон АЦП при
выполнении следующих условий:
• подавление сигнала просачивания составляет не менее -60 дБ;
• оптимальная дальностная фильтрация заменяется на подоптимальную, с амплитудным
взвешиванием характеристики согласованного фильтра.
Разработка концепции перестраиваемых временных диаграмм в РЛС обеспечила решения ряда
новых задач:
• увеличение дальности действия РЛС при ограниченной пиковой мощности передатчика;
• обнаружения малоразмерных объектов на фоне неоднородной подстилающей поверхности за
счет улучшения селекции по доплеровской частоте с использованием сложных сигналов;
• уменьшение мертвой зоны для обнаружения близкорасположенных объектов.
Однако на практике использование 3-х канальной структуры в охранных РЛС достаточно для
решения задач:
• обнаружения объектов на ближней дальности (до 40м);
• обнаружения малоразмерных объектов с эффективной площадью рассеяния (ЭПР) порядка
0.5м2 на дальностях до 2-3 километров;
• обнаружения подвижных объектов с ЭПР выше 1м2 на дальностях до 4-5 километров