Анализ возможных проблем приёма радиолокационной информации с искусственного спутника Земли, при дистанционном зондировании с помощью радиолокационной станции. Очерк методов определения координат радиолокационной цели и устранения неточностей в них.
Аннотация к работе
В работе рассматриваются возможные методы устранения неоднозначности определения координат радиолокационной цели по азимуту и дальности при дистанционном зондировании Земли с помощью РСА космического базирования. В связи с большой скоростью полета ИСЗ и его удалением от Земли возникает неоднозначность определения угловых координат целей. Расстояние между точками приема радиолокационной информации зависит от периода повторения зондирующих сигналов РСА . Тогда при: Таким образом, расстояние между элементами синтезированной апертуры РСА не соответствует условию единственности главного максимума ДН, что говорит о наличии неоднозначности определения угловых координат цели.
Введение
В работе рассматриваются возможные методы устранения неоднозначности определения координат радиолокационной цели по азимуту и дальности при дистанционном зондировании Земли с помощью РСА космического базирования.
1. Постановка задачи
РЛС бокового обзора расположена на ИСЗ, высота круговой орбиты которого .
Производится дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) с использованием синтезирования апертуры антенны РЛС.
2. Проблемы, возникающие при ДЗЗ с использованием РСА
В связи с большой скоростью полета ИСЗ и его удалением от Земли возникает неоднозначность определения угловых координат целей.
Действительно, условием единственности главного лепестка диаграммы направленности (ДН) эквидистантной, дискретной, линейной антенной системы, которой и является синтезированная апертура РСА, есть выражение: (1)
Где: - расстояние между точками приема радиолокационной информации (расстояние между элементами синтезированной антенной системы);
- длина волны РСА;
- направление главного лепестка ДН.
При (боковой обзор) и см.
Расстояние между точками приема радиолокационной информации зависит от периода повторения зондирующих сигналов РСА .
Для исключения неоднозначности определения дальности период повторения выбирается из известного соотношения:
Где: - скорость света ;
- максимальная дальность до цели.
Очевидно, что: (2)
Где: - скорость полета ИСЗ.
Тогда при:
Таким образом, расстояние между элементами синтезированной апертуры РСА не соответствует условию единственности главного максимума ДН, что говорит о наличии неоднозначности определения угловых координат цели.
3. Возможные методы устранения неоднозначности определения угловых координат
Существуют известные методы устранения неоднозначности определения угловых координат дискретной антенной системой: - использование направленных свойств реальной антенны РЛС, находящейся на борту ИСЗ, за счет увеличения ее размеров;
- переход к не эквидистантной дискретной антенной системе, т. е., применение переменного периода повторения зондирующих сигналов ;
- применение широкополосных зондирующих сигналов.
Если рассмотреть эти методы подробно, то можно заметить или их мало эффективность, или трудность их практической реализации.
Наиболее действенным методом решения этой проблемы согласно (2) является уменьшение периода повторения зондирующих сигналов РСА, что и используется на практике.
Не останавливаясь на возможности появления при этом неоднозначности определения координат цели по дальности, рассмотрим необходимую величину частоты повторения зондирующих сигналов РСА:
- для устранения неоднозначности угловых координат цели.
На рис. 1 показано в прямоугольной системе координат: - нормированная ДН реальной антенны РСА;
- нормированная ДН синтезированной антенны РСА;
- угловая координата.
Дифракционные максимумы, которые и определяют неоднозначность, расположены на угловом расстоянии от главного лепестка ДН синтезированной апертуры:
Согласно правилу перемножения ДН, результирующая ДН будет равна:
Рис. 1:
Как видно из рис. 1, для исключения из дифракционных максимумов необходимо чтобы ширина ДН реальной антенны соответствовала следующему выражению: (3)
Где: - размер реальной антенны РСА.
Из полученного неравенства:
Следует, пользуясь (2):
Таким образом, для решения проблемы угловой неоднозначности необходимо выполнить условие:
Или согласно (3): (4)
Интересно рассмотреть выражение (4) с другой точки зрения.
На рис. 2 показана ДН реальной антенны РСА в горизонтальной плоскости: - вектор скорости РСА по орбите;
- вектор радиальной скорости цели в пределах ДН;
- расстояние до цели.
Известно, что допплеровская частота определяется выражением: (5)
Радиальная скорость из рис. 2 равна:
Рис. 2:
Тогда:
Учитывая малость изменения углов в пределах ДН реальной антенны РСА, можно записать:
Максимальная допплеровская частота будет составлять:
А спектр допплеровских частот в пределах ДН антенны РСА: (6)
Сравнивая выражение (4) и полученное (5), можно сделать вывод, что для исключения угловой неоднозначности необходимо, чтобы частота повторения зондирующих сигналов РСА была бы не меньше спектра допплеровских частот в принятом радиолокационном сигнале: (7)
Например, при .
.
4. Устранение неоднозначности определения координат цели по дальности
Если принять за дальность до цели высоту орбиты ИСЗ , то минимальная частота повторения зондирующих сигналов РСА должна составлять: (8)
При: .
Таким образом, необходимость выполнения условия (6) вступает в противоречие с условием (7).
Разрешить это противоречие можно при априорном знании дальности до цели локации, например, при дистанционном зондировании Земли, т. к., высоту орбиты ИСЗ считаем известной:
Рис. 3:
Где: - ширина ДН РСА в вертикальной плоскости;
- угол, определяющий наклон ДН антенны;
- полоса осмотра земной поверхности;
- минимальная и максимальная дальность до земной поверхности соответственно.
Тогда условие (7) можно заменить на следующее:
Где:
И окончательное условие однозначности определения координат цели по дальности при ДЗЗ будет:
Объединяя условия (6) и (8), получим условие устранения неоднозначности определения угловых координат и координат цели по дальности при ДЗЗ:
Например, при: .
Если при других исходных данных требования (6) и (8) будут противоречить друг другу, то тогда необходимо изменить некоторые величины, например, или добиваясь компромисса.
Список литературы
радиолокационный спутник зондирование
1. Реутов А.П., Михайлов Б.А., Кондратенков Г.С., Бойко Б.В. и др. Радиолокационные станции бокового обзора. М.: Сов. Радио, 1970. - 360 с.
2. Радиолокационные станции воздушной разведки / Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: Воениздат, 1983. - 152 с.