close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

лаба3

код для вставкиСкачать
Московский авиационный институт
(государственный технический университет)
Филиал "Взлет"
Руководство по выполнению лабораторной работы №3
на тему:
"Исследование функций и диаграмм неопределенности радиолокационных сигналов"
г.Ахтубинск
2010
Руководство переработано КТН CHC Быдановым Н.А.
Руководство утверждено на заседании кафедры А21
Протокол №
От " " 2010г.
Лабораторная работа №3
"Исследование функций и диаграмм неопределенности (ФН и ДН) РЛ сигналов"
Цель: изучение принципов построения ФН и ДН простых и сложных РЛ сигналов, а также методов их расчетно-экспериментального определения и использования 1.Краткие сведения из теории
Фундаментальное значение имеет взаимнокорреляционная функция радиолокационных сигналов-функция разрешения вида:
Эта функция определяет возможности сигналов по обеспечению разрешающей способности по дальности и относительной скорости движения целей. Исследование свойств этой функции позволит выявить предельные возможности и параметры разрешения целей в зависимости от применяемых сигналов. Функция получила название функции неопределенности радиолокационного сигнала. Параметры и связаны с разностями расстояний и радиальных скоростей соотношениями:
где D и V соответственно расстояние до цели и относительная радиальная скорость цели. Величины Dс и Vс расстояние и скорость, на которые настраивается система обработки сигналов ( согласованный фильтр или корреляционное устройство). На рис.1 показаны системы координат переменных tс и fс , а также для определенной точки (ц1 ) расположения цели tс =tд1 и fс =fдп1, где При оценке разрешающей способности положение второй цепи относительно первой соответствует смещениям .
рис.1 Введение термина функция неопределенности оправдано тем, что в области близкой к функция мало отличается от своего максимального значения и, если вторая цель находится в этой зоне, то возникает неопределенность в принятии решения о положении двух целей и о возможности их разрешить.
ФН можно рассматривать как взаимокорреляционную функцию комплексных огибающих излученного и принимаемого сигналов, смещенных друг относительно друга по задержке во времени на и по доплеровской частоте на . Функция при отсутствии сдвига по частоте превращается в корреляционную функцию комплексной амплитуды принимаемого РЛ сигнала.
Объем, ограниченный модулем ФН над плоскостью и , часто называют "телом" ФН. Практически все свойства РЛ сигналов можно оценить, изучая структуру ФН или структуру "тела" ФН.
Рассмотрим основные свойства ФН.
а) Максимальное значение ФН соответствует началу координат и б) По модулю функция неопределенности РЛ сигналов симметрична относительно начала координат в) Объем квадрата модуля ФН над плоскостью является величиной постоянной и равной 4Е02. Это одно из важнейших свойств ФН. Изменение вида и параметров модуляции может изменить форму "тела" ФН, но объем не изменится. Попытки получить узкий пик ФН в области начала координат приведет к перераспределению объема ФН, к появлению или других максимумов или к росту уровня боковых лепестков ФН. Уменьшение ширины ФН по какой-либо оси неизбежно приводит к расширению ФН по какому-либо другому направлению.
Знание формы ФН позволяет оценивать такие свойства РЛ систем, как разрешающую способность, точность измерений координат, а также и возможности наблюдения целей на фоне мешающих отражений. Как уже отмечалось, не всегда удобно построить и изучать всю фигуру "тела" ФН (обычно, это модуль или квадрат модуля ФН,). По этой причине широко используются при изучении РЛ сигналов диаграммы неопределенности сигналов (ДНС), представляющие собой сечения ФН плоскостями параллельными плоскости на различных уровнях. В топографии применяются аналогичные сечения для отображения рельефа местности. Вид сечения ФН на уровне не менее 0,5 от максимума позволяет еще раз пояснить смысл термина "функция неопределенности". В пределах таких сечений (вида эллипса) практически невозможно определить раздельно положения (координаты) нескольких (по крайней мере двух) целей. Их ФН совместно образуют сложную пространственную фигуру, а ДНС формируется в виде некоторой плоской фигуры, в которой невозможно определить положение центров (точек максимумов) расположения целей. Следовательно, возникает неопределенность в разрешении целей и в нахождении координат наблюдаемых целей.При достаточно большом отношении энергии сигнала и спектральной плотности шумов измеренное положение цели находится в пределах эллипса неопределенности для данной ДНС с центром, соответствующих истинным координатам цели.
Радиолокационные сигналы могут быть классифицированы по типу соответствующих их функций неопределенности. Вид ФН связан с ка
чеством (база) сигнала Qс , которое определяется произведением длительности применяемого сигнала на ширину спектра:
Наиболее простыми сигналами являются одиночные импульсы высокой частоты с постоянной немодулированной несущей. Качество такого сигнала равно единице. Функция неопределенности указанных сигналов в упрощенном виде представляет собой вид гребня, расположенного вдоль одной из осей (рис.2а). Гребневидную форму имеет и ФН сигналов с линейной ЧМ несущей внутри импульса. Качество таких сигналов значительно больше единицы. Гребень ФН в этом случае расположен под некоторым углом к осям (рис.2б).
Таким образом к первому типу ФН относятся гребнеобразные ФН.
рис.2
Второй тип ФН "кнопкообразные" ФН (рис.2в). Такую ФН имеют сигналы со сложными видами модуляции, например фазоманипулированные импульсы, шумоподобные и другие. Качество таких сигналов также значительно больше единицы. Особенностью ФН этого вида является наличие одного острого пика, основание которого на плоскости занимает область с площадью, равной Пьедестал ("шляпка" кнопкообразной функции неопределенности) имеет высоту порядка и занимает на плоскости область с площадью, равной . Сигналы, имеющие кнопкообразную ФН, как правило обладают высокой разрешающей способностью как по оси, так и по оси , но из-за наличия "пьедестала" ФН в присутствии распределенных мешающих отражателей возникает эффект маскировки относительно слабых целей, уменьшается отношение мощности сигнала и мощности фона мешающих отражений. Третьим типом ФН являются функции в виде некоторой "подушечки с булавками". Такую ФН имеют периодически повторяющиеся импульсные последовательности. Структура ФН включает в свой состав гребенку пиков над плоскостью . Расстояние между пиками по оси равно периоду повторений импульсов в пачке, а по оси частоте повторений. Область основания пиков (в диаграмме неопределенности) равна то есть такой же как и для сигналов со сложными видами модуляции и большим произведением Недостатком и особенностью ФН третьего вида наличие неоднозначности в определении положения цели как по оси , так и по оси из-за того, что величина отдельных пиков в районе центра и даже в достаточно удаленных от центральной части областях мало отличаются от главного центрального пика. Однако такие сигналы обеспечивают хорошее разрешение по осям и и достаточно высокое отношение сигнала и фона МО.
В заключении отметим, что наличие только трех основных видов ФН существенно облегчает подбор сигналов для конкретных применений в реальных условиях работы радиолокационных систем. И хотя существуют в современной теории РЛ достаточно сложные методы синтеза сигналов по виду требуемой ФН, но актуальность такого синтеза не очень высока. Следовательно, выбор сигналов следует выполнять, исходя из физической реализуемости устройств формирования РЛ сигналов, и подбирать параметры сигналов, обеспечивающие необходимую разрешающую способность и помехозащищенность на фоне МО.
Для определения параметров, характеризующих разрешающую способность РЛС, рассмотрим соответствующие сечения ФН по осям . Вид сечения и ширина функции сечения по соответствующим осям позволит определить разрешающую способность и возможные неоднозначности при измерении координат и параметров движения целей. Мерой разрешения, как уже определено выше, служит ширина сечения ФН, а мерой неоднозначности - интервалы между основным и дополни тельными максимумами ФН в данных сечениях.
Сечение по оси (в плоскости) позволяет судить о разрешении целей по дальности. Из свойств преобразований Фурье следует, что чем более широкой является преобразуемая функция, тем, более сосредоточенной (более узкой) является преобразованная функция (по соответствующей оси координат. В рассматриваемом случае следует, что чем более широким по оси частот является квадрат модуля спектра сигнала, тем более узкой по оси становится сечение ФН .
Таким образом, - предельная разрешающая способность сигналов во времени (а следовательно и по дальности) зависит от ширины спектра излучаемых РЛ сигналов и не зависит от их длительности и формы.
Разрешение по дальности равно, очевидно:
Изучение сечения ФН по оси частот позволяет судить о раз решающей способности РЛС по доплеровским частотам и, следовательно, о разрешении целей по скоростям. Из свойств преобразования Фурье следует, что чем более протяженной во времени является амплитудная огибающая сигнала, тем более узкой (сосредоточенной) является сечение по оси.
Таким образом предельная разрешающая способность РЛ сигналов по доплеровским частотам зависит от полной длительности РЛ сигнала и количественно обратна этой длительности.
Так как доплеровские частоты обусловлены относительной скоростью движения цели и РЛС, то разрешение по скорости соответственно равно
Следовательно, разрешение целей по скоростям зависит от полной длительности сигнала и длины волны.
Для некоторых простых сигналов были получены приближенные выражения, значительно упрощающие описание ДН и расчеты по ним разрешаюшей способности. Например, для радиоимпульса с гауссовой огибающей ДН имеет форму эллипса
τ 2 / а2 + F2 / b2= 1, ______
где а и b - оси эллипса: а= к τи , b= к / π τи ,к = √ -2ln c, c - уровень на котором проведена горизонтальная секущая плоскость.
Площадь эллипса не зависит от длительности импульса и определяется видом используемого сигнала и уровнем сечения (для гауссова импульса)
S = π а b = -2ln c.
При применении внутриимпульсной модуляции площадь не меняется, но эллипс, описывающий ДН, поворачивается на угол, определяемый девиацией частоты, что позволяет улучшить разрешающую способность по дальности.
2.Лабораторная установка Лабораторная работа выполняется с использованием программ на персональных ЭВМ.
3.Содержание и методика выполнения лабораторной работы
* Изучить принципы построения ФН и ДН простых и сложных РЛ сигналов, а также методов их определения и использования
* Построить ДН для одиночного импульса по формуле ______
τ 2 / а2 + F2 / b2= 1, а= к τи , b= к / π τи , к = √ -2ln c, c = 0,5; 0,1 и 0,9 _____________
F=к/ π τи √ 1- τ 2 / ( к τи) 2 для - τи≤ τ ≤ τи при τи =1и0,4мкс * Построить 2 сечения ФН для один. импульса по формулам
χ(τ , 0)=( τи - ׀ τ׀ )/ τи для - τи≤ τ ≤ τи при τи =1и0,4мкс χ(0, F)= sin (π τи F) / (π τи F) для - π ≤ F ≤ π при τи =1и0,4мкс * определить с использованием построенных ФН и ДН разрешающие способности по дальности и скорости (при λ=3 см)
4.Содержание отчета
1)привести выражения для расчета ФН и ДН,
2)представить таблицы (программы) расчетов,
3)отобразить графики полученных зависимостей,
4) сделать выводы по полученным результатам.
5.Контрольные вопросы
1)определение функции неопределенности и ее свойства,
2)какие бывают виды ФН,
3)определение диаграммы неопределенности и ее свойства,
4)чем определяется площадь ДН,
5)как изменяется ДН при введении внутриимпульсной модуляции,
6)как изменяется ДН при использовании пачек импульсов,
7)как определить разрешающую способность по дальности,
8)как определить разрешающую способность по скорости,
9)опишите ДН гауссова импульса.
6.Литература 1)Бакулев П.А., Сосновский А.А.Радиолокационные системы: Лаборатор-ный практикум. Изд.2-е.-М.Радиотехника,2010.-160с.
2)Бакулев П.А.Радиолокационные системы. Учебник для вузов. Изд.2-е.-М.Радиотехника,2007.
Примеры расчетов
с=0,6τи =1τи =0,4-100-0,80,191083-0,19108-0,60,254777-0,25478-0,40,291884-0,2918800-0,20,312037-0,312040,69282-0,6928200,318471-0,318470,8-0,80,20,312037-0,312040,69282-0,692820,40,291884-0,29188000,60,254777-0,254780,80,191083-0,19108100
-10-0,80,2-0,60,4-0,40,60-0,20,80,50110,20,80,50,40,600,60,40,80,210
-10,047040,776699-0,80,2814430,853325-0,60,5410260,915812-0,40,7766990,96204-0,20,9410710,9904280110,20,9410710,9904280,40,7766990,962040,60,5410260,9158120,80,2814430,85332510,047040,7766991,2-0,122920,6885131,4-0,207520,5916921,6-0,207530,4893991,8-0,14310,38492-0,046570,2814432,20,0472030,182132,40,1102320,0897982,60,1280180,006922,80,101738-0,0644930,045791-0,12292
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
27
Размер файла
245 Кб
Теги
лаба
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа