WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 28 |

«Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи Москва Радио и связь 2003 УДК 621.396 Горячкин О.В. Методы слепой обработки сигналов и ...»

-- [ Страница 19 ] --

Достижение высокой разрешающей способности РСА по азимутальной координате требует эквивалентного повышения требуемой точности знания параметров относительного движения космического аппарата и поверхности Земли. При этом современное состояние авиационных и космических навигационных систем не позволяет обеспечивать требуемые точности (единицы метров). Данная проблема встала, в первую очередь, перед разработчиками авиационных РСА в 80-х годах и привела к интенсивным исследованиям в области создания методов оценки доплеровского центроида и автоматической фокусировки радиолокационных изображений [34,35,36,108].

Однако, помимо геометрических ошибок, на разрешение по азимуту в рассматриваемом нами случае, влияют флюктуации коэффициента преломления атмосферы, приводящие к эквивалентным флюктуациям фазы принимаемого сигнала РСА.

Т.о., влияние траекторных и особенно атмосферных ошибок приводит к существенному ограничению пространственного разрешения космических РСА, при этом степень ухудшения резко возрастает при увеличении длины волны и потенциального пространственного разрешения.

Кроме того, эти эффекты приводят к значительным геометрическим и поляризационным искажениям [109,110].

Это позволяет считать задачу получения радиолокационного изображения в условиях сильного влияния траекторных и атмосферных ошибок основной проблемой, ограничивающей развитие техники космических РСА при освоении новых частотных диапазонов и уровней разрешения [38].

Одним из наиболее предпочтительных путей преодоления последствий данных эффектов, является использование технологий СОС для компенсации искажений радиолокационных изображений.

6.3. Математическая модель пространственно-временного канала РЛС с синтезированной апертурой Рассмотрим модель пространственно временного канала (ПВК) радиолокационной системы.

На Рис.6.5 приведены основные геометрические соотношения и обозначения. На этом рисунке ГСК, это глобальная система координат, связанная с отражающей земной поверхностью, заданной уравнением F(R)=0.

Пусть передатчик излучает в пространство импульсный сигнал, заданный комплексной огибающей h(t kT ) с периодом повторения T:

Сигнал попадает обратно в приемник после отражения от точечной цели с координатами R. Момент времени прихода сигнала, отраженного этим участком поверхности определяется следующим уравнением:

Время, затрачиваемое сигналом на перемещение в пространстве:

Тогда сигнал, отраженный точечной целью будет иметь вид:

В этом выражении Gc (R ) - комплексная диаграмма направленности совмещенной приемо-передающей антенны, (R ) - комплексный коэфkT ) - матрица направляющих фициент отражения точечной цели, Tc косинусов системы координат, связанной с фазовым центром антенны.

Запишем решение уравнения (6.9) в виде t пр = t пр (kT, R ), тогда выражение для сигнала приемника (6.11) можно записать в виде:

Прежде чем перейти к сигналу, отраженному от всей поверхности, введем систему координат РСА (СКРСА). Мы будем рассматривать сигналы РСА в координатах наблюдаемого двумерного сигнала, при этом, далее мы введем понятие идеального РЛИ, чтобы в конечном итоге получить модель РСА в виде интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода, связывающего информационный сигнал (идеальное РЛИ) и наблюдаемый сигнал (радиоголограмму).

Такой подход позволит нам ввести понятие радиолокационного канала, его импульсной характеристики, исключить из рассмотрения геометрию реальной отражающей поверхности и связанные с этим геометрические искажения, не имеющие прямого отношения собственно к технике РСА.

СКРСА как импульсно-доплеровской системы, запишем в виде следующей системы уравнений:

Система (6.13) задает однозначное соответствие между радиолокационными координатами, t пр и точкой переотражающей поверхности R c ( ) R c ( + t пр ), а также дифференцируя 1-е уравнение системы, после несложных преобразований, получим (6.13) в виде:

Вводя обозначение для t пр = мы можем записать сигнал отраженный элементарной площадкой dd и проведя интегрирование получим искомое выражение для наблюдаемого сигнала РСА:

В этом выражении (R (, )) - удельный коэффициент рассеяния отражающей поверхности, модуль которого и является идеальным радиолокационным изображением. Уравнение (6.15) задает модель радиолокационного канала в виде интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода.

Ядро этого уравнения является импульсной характеристикой радиолокационного канала.

В отличие от идеального случая распространения радиоволны в вакууме, при анализе модели космической РСА, необходимо учитывать влияние неоднородности регулярного коэффициента преломления атмосферы.

В соответствии с [113] зависимость регулярного коэффициента преломления атмосферы от высоты и частоты излучения имеет вид:

казатель преломления ионосферы.

Показатель преломления тропосферы (прилегающий к поверхности Земли наиболее плотный слой атмосферы) описывается выражением [113]:

где: T (h ) - температура, в 0К; p(h ) - давление, мбар; l (h ) - парциальное давление пара, мбар.

Показатель преломления ионосферы (слой атмосферы от 60км до 1000км с максимумом ионизации на высоте 250...350 км) зависит от частоты распространяющейся электромагнитной волны и в соответствии с [113] определяется выражением:

(h ) - функция, описывающая распределение ионизации по выгде:

соте.

Определим время распространения сигнала РСА по трассе источник излучения - отражающая поверхность - приемник. Скорость распространения высокочастотного колебания ограниченного во времени и пространстве (квазигармонический пакет [116]), характеризуется групповой скоростью:



Соответственно время распространения определяется следующим выражением [116]:

Подставляя (6.19) в (6.20) получим следующее выражение:

Тогда время распространения сигнала РСА в неоднородной среде можно задать следующим уравнением:

В отличие от уравнения (6.9), время распространения сигнала в данном случае зависит не только от модуля вектора наклонной дальности, но и от его ориентации относительно просвечиваемых атмосферных слоев, а также от частоты электромагнитной волны.

Рассмотрим теперь искажения комплексной огибающей сигнала в регулярной атмосфере. Для этого представим (6.8) в виде:

Рассматривая S0 (t ) в виде суммы квазигармонических пакетов, распространяющихся на некоторой сетке несущих частот, легко получить выражения для ядра искажающего функционала. Для этого разложим решение уравнения (6.22) в ряд по степеням в окрестности 0 и запишем этот ряд в виде суммы двух слагаемых:

Тогда, выражение для элементарного сигнала в точке приема примет вид:

В отличие от идеального случая, комплексная огибающая сигнала источника зависит от характеристик относительного движения РСА и отражающей поверхностью и определяется следующим линейным преобразованием:

Т.о. влияние атмосферы на характеристики комплексной огибающей описывается интегральным оператором свертки, ядро которого во временной области можно записать в виде:

Как известно, наличие постоянного магнитного поля Земли придает ионизированному газу свойства анизотропной среды. В ионосфере анизотропия проявляется в том, что падающая волна расщепляется на две составляющие, которые распространяются с различными фазовыми скоростями.

Поэтому электромагнитная волна при распространении меняет вид поляризации, что приводит к изменению интенсивности принимаемого сигнала, т.н. поляризационному замиранию. Помимо этого факта для линейно поляризованных волн анизотропия приводит к дополнительным фазовым искажениям, влияние которых существенно для диапазонов волн более 30см. В соответствии с [32] далее мы считаем, что эти искажения учтены в (6.27).

При использовании круговой поляризации излучения поляризационные искажения пренебрежимо малы [32,115,110].

Прежде чем перейти к выводу окончательных соотношений, характеризующих ПВС РСА, заметим, что помимо фазовых искажений в среде с неоднородным распределением коэффициента преломления, углы прихода электромагнитной волны за счет рефракции отличаются от идеальной модели.

В нашем случае влияние этого эффекта можно интерпретировать эквивалентным искажением диаграмм приемной и передающих антенн. Поскольку в самых критических условиях работы космических РСА - в длинноволновой части диапазона (30см), когда ошибки рефракции имеют максимальную величину (0.01...10 угл. мин. [113]), угловая ширина диаграмм направленности составляет 2...13 угл. град. Влияние этого эффекта на РСА пренебрежимо мало и далее не рассматривается.

Теперь мы можем записать модель сигнала РСА, искаженного за счет влияния регулярного распределения коэффициента преломления атмосферы.

СКРСА в этом случае определяется системой уравнений (6.28), а сигнал выражением (6.29). Отличие (6.28) от (6.14) связано с появлением на РЛИ геометрических искажений связанных с влиянием среды распространения, отличие комплексной огибающей h в (6.16) от h (6.30) о наличии априорно неизвестной модуляции зондирующего сигнала РСА, которая в свою очередь может привести к значительному ухудшению разрешающей способности РСА по дальности [32,115,116].

Помимо регулярных неоднородностей в атмосфере, вследствие различных турбулентных процессов, возникают флюктуации коэффициента преломления. Для тропосферных флюктуаций характерно резкое снижение их интенсивности с увеличением высоты, однако на первых 5...7 км это уменьшение незначительно. В приземном слое интенсивность флюктуаций в течении суток может меняться на порядок и более и максимальна в дневные часы. Имеется и сезонный ход интенсивности флюктуаций - максимальные значения наблюдаются в марте и октябре [117].

Ионосферные флюктуации имеют ярко выраженное широтное распределение (наибольшая возмущенность в районе полярной шапки и экваториальной области), а также суточный ход (на умеренных широтах возмущенность ионосферы ночью больше чем днем, см. Рис.1.4), сезонные изменения (летом возмущенность ионосферы больше чем зимой), высотное распределение (максимальная ионизация на высотах 200...300 км).

Поскольку испытывает флюктуации коэффициент преломления, то соответственно флюктуируют амплитуда, фаза и частота распространяющейся волны. Запишем в этом случае коэффициент преломления атмосферы в виде суммы детерминированной (регулярной) и случайной компонент:

В общем случае nф (r, ) - зависит от t, что связано с динамикой турбулентных слоев в атмосфере. Однако на временных интервалах работы космических РСА (как правило несколько секунд) случайное поле коэффициента преломления можно считать «замерзшим».

Время распространения сигнала в регулярной атмосфере описывается выражением (6.22). Поскольку время распространения входит в это выражение нелинейно, получим дополнительные флюктуации времени распространения сигнала в турбулентной атмосфере, найдя разность между суммарным временем распространения и регулярной составляющей. Обозначая флюктуации времени распространения, используя ряд несущественных допущений, получим следующее выражение:

переменных. Случайные флюктуации времени распространения приводят к случайным флюктуациям векторной функции R (, ), что в свою очередь приводит к случайным геометрическим искажениям СКРСА и дополнительному мерцанию коэффициента рассеяния (R (, )). Флюктуации фазы приводят к случайным вариациям системной характеристики радиолокационного канала, что обуславливает случайные вариации разрешающей способности РСА.

В наибольшей степени флюктуационные ошибки сказываются на азимутальной разрешающей способности, приводя к ее значительному ухудшению в длинноволновой части диапазона частот РСА.

Флюктуационные ошибки, обусловленные частотной зависимостью коэффициента преломления на два, три порядка меньше, чем набег фазы, обусловленный влиянием регулярной компоненты, поэтому без потери точности модели далее можно положить = (kT,,, 0 ).



Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 28 |
 

Похожие работы:

«РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ по дисциплине НАУКИ О ЗЕМЛЕ Для студентов I курса Направление подготовки 020400.62 Биология Профиль: Биоэкология, Ботаника, Общая биология, Физиология человека Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения Очная Обсуждено на заседании кафедры Составители: ботаники 2013 г. к.б.н., доцент Иванова С.А., Протокол № к.б.н., ассистент Зуева Л.В. Заведующий кафедрой С.М. Дементьева Тверь 2013 2. Пояснительная записка Цели дисциплины: Формирование теоретических знаний и...»

«ПЯТЬ НЕРЕШЕННЫХ ПРОБЛЕМ НАУКИ Рисунки Сидни Харриса Уиггинс А., Уинн Ч. THE FIVE BIGGEST UNSOLVED PROBLEMS IN SCIENCE ARTHUR W. WIGGINS CHARLES M. WYNN With Cartoon Commentary by Sidney Harris John Wiley & Sons, Inc. Книга рассказывает о крупнейших проблемах астрономии, физики, химии, биологии и геологии, над которыми сейчас работают ученые. Авторы рассматривают открытия, приведшие к этим проблемам, знакомят с работой по их решению, обсуждают новые теории, в том числе теории струн, хаоса,...»

«Сохань Ирина Владимировна ТОТАЛИТАРНЫЙ ПРОЕКТ ГАСТРОНОМИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ (НА ПРИМЕРЕ СТАЛИНСКОЙ ЭПОХИ 1920–1930-х годов) Издательство Томского университета 2011 УДК 343.157 ББК 67 С68 Рецензенты: Коробейникова Л.А., д. филос. н., профессор ИИК ТГУ Мамедова Н.М., д. филос. н., профессор каф. философии Моск. Гос.Торгово-экономического ун-та Савчук В.В., д. филос. н., профессор ФсФ СПбГУ Сохань И.В. Тоталитарный проект гастрономической культуры (на С68 примере Сталинской эпохи 1920–1930-х годов). –...»

«4. В поэме Медный всадник А. С. Пушкин так описывает наводнение XXXV Турнир имени М. В. Ломоносова 30 сентября 2012 года 1824 года, характерное для Санкт-Петербурга: Конкурс по астрономии и наукам о Земле Из предложенных 7 заданий рекомендуется выбрать самые интересные Нева вздувалась и ревела, (1–2 задания для 8 класса и младше, 2–3 для 9–11 классов). Перечень Котлом клокоча и клубясь, вопросов в каждом задании можно использовать как план единого ответа, И вдруг, как зверь остервенясь, а можно...»

«АГРОСПРОМ 2010 руководитель проекта: с.В. Шабаев Технический директор: И.Н. Елисеев Коммерческий директор: Д.В. гончаров Технический редактор: И.с. Шабаев Дизайн обложки и верстка: Е.А. сашина Корректура: о.П. Пуля Отдел реализации: Тел.: (495) 730-48-30, 730-47-30 Факс: (495) 730-48-28, 730-48-29 E-mail: agrosprom@mail.ru agrosprom@list.ru Фролов А.Н. Производство мяса бройлеров. Практическое руководство. – М.: АгросПроМ, 2010. – 128 с: ил. В рационе современного человека одним из важнейших...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.