Повышение точности угловых координат при использовании фазированных антенных решеток в системах радиолокации
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ием) или для двух одновременно создаваемых и пересекающихся диаграмм (двухканальная схема с одновременным сравнением). Благодаря одновременности сравнения двухканальная схема позволяет исключить дополнительные погрешности, вызванные флуктуациями амплитуды принимаемых сигналов.
Комбинированные методы пеленговании. Из возможных комбинированных методов пеленгования наиболее часто используют амплитудно-фазовый, например в радиопеленгаторах, системах ближней навигации и моноимпульсных РЛС.
3. Точность и разрешающая способность радиолокационных систем при пространственно-временной обработке
3.1 Точность и разрешающая способность при использовании классических методов
В угломерных радиолокационных и радионавигационных системах при определении направления измеряемым параметром является угол , который фиксируется с погрешностью . Погрешность характеризуется дисперсией или среднеквадратичным значением . Линейная погрешность измерения местоположения, соответствующая , растет пропорционально расстоянию от объекта до равносигнальной точки, т. е. .
Предполагается, что при калибровке угломера систематическая составляющая погрешности устранена. Если приняты меры для устранения погрешностей, вызванных несовершенством аппаратуры, а также внешними помехами и условиями распространения, то уменьшается до минимально возможного значения , обусловленного собственными шумами приемного канала угломера. При этом точность измерения достигает максимально возможного значения, называемого потенциальной точностью системы.
Угловую разрешающую способность можно охарактеризовать наименьшим угловым расстоянием между двумя расположенными на одной дальности целями, при котором отраженные этими целями сигналы еще не воспринимаются как сигнал, отраженный одной целью.
Оценим потенциальные возможности РЛС при измерении угловых координат в их взаимосвязи с измерением временной задержки и доплеровского смещения частоты.
Сигнал, приходящий к антенне РЛС, является радиоволной, которая дополнительно к четырем временным параметрам (амплитуде, частоте, начальной фазе и началу отiета времени) описывается еще четырьмя пространственными параметрами: двумя угловыми координатами, определяющими направление ее прихода, и двумя параметрами, характеризующими поляризационную структуру волны. Если полагать, что приемная антенна настроена на поляризацию волны, то можно рассматривать лишь угловые координаты.
Таким образом, принимаемая радиоволна представляет собой пространственно-временную функцию, которая описывается временной и пространственной характеристиками.
Временной или сигнальной характеристикой является комплексная огибающая радиосигнала или ее комплексный спектр , связанные преобразованием Фурье:
, (3.1)
Пространственную или апертурную характеристику радиолокационной системы составляют комплексная ДНА и комплексная функция раскрыва , связанные двумерным преобразованием Фурье:
, (3.2)
. (3.3)
Указанные преобразования позволяют описать сигналы в антенных решетках систем радиолокации.
3.2. Оптимальная обработка сигналов при различении целей по угловому положению
В основу разработки алгоритма углового различения сигналов может быть положен метод, обеспечивающий минимизацию выходной мощности антенной решетки при сохранении требуемого уровня диаграммы направленности в заданном направлении. В рамках решаемой задачи указанные ограничения имеют вид
, (3.4)
где - уровень ДН в направлении -й цели вне главного лепестка.
В системе (3.4) определяется равенством
.
При введенных ограничениях весовой вектор минимизирует выходную мощность во всех направлениях за исключением предварительно установленного направления поиска. Таким образом, при формировании главного максимума антенны в направлении одного из источников сигналов (цели или источника помехового сигнала) в направлении всех остальных источников формируются нули ДН (уровень ДН равен ). При этом сигнал на выходе антенны будет представлять собой совокупность только сигнала от источника, попадающего в главный лепесток ДН, а также тепловых и апертурных шумов.
Для нахождения вектора , обеспечивающего минимум квадратичной формы (2.23) при ограничениях (3.4) используем метод множителей Лагранжа в векторной форме. На основе данного подхода можно составить следующий функционал:
, (3.5)
в котором матрица определена следующим образом
. (3.6)
Матрица на основании (3.4) имеет размерность , а ее строками являются векторы , вектор f размерности имеет единицу в качестве -го элемента, номер которого соответствует источнику сигнала, в направлении которого ориентирован главный максимум ДН и нули в качестве остальных элементов; - вектор множителей Лагранжа размерности .
Вектор весовых коэффициентов , доставляющий экстремум функции , находится из условия
Выполнение дифференцирования в (3.5) позволяет получить при равенство
. (3.7)
Использование уравнения ограничения (3.4) приводит к соотношению
. (3.8)
Нетрудно заметить, что если не учитывать пространственную корреляцию сигналов в каналах ААР, матрица станет диагональной, а оптимальный вектор будет определяться формулой
, (3.9)
что соответс?/p>