Теоретические и физические основы радиолокации и специального мониторинга (250,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИИ И СПЕЦИАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА Под общей редакцией доктора технических наук И. Н. Ищука Рекомендуется федеральным государственным казенным военным образовательным учреждением высшего профессионального образования ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации» в качестве учебника для курсантов учебного военного центра Военно-инженерного института Сибирского федерального университета, обучающихся по специальности 11.05.01 – «Радиоэлектронные системы и комплексы», 11.05.01 – «Применение и эксплуатация средств и систем специального мониторинга», рег. № 446 от 02.09.2015. Красноярск СФУ 2016

Стр.2

УДК 621.396.967(07) ББК 32.95я73 Т338 Авторы: А. Н. Фомин, В. Н. Тяпкин, Д. Д. Дмитриев, С. Н. Андреев, И. Н. Ищук, И. Ф. Купряшкин, А. К. Гречкосеев Т338 Теоретические и физические основы радиолокации и специального мониторинга : учебник / А. Н. Фомин, В. Н. Тяпкин, Д. Д. Дмитриев [и др.] ; под общ. ред. И. Н. Ищука. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 292 с. ISBN 978-5-7638-3389-8 Учебник состоит из двух разделов. В первом разделе рассмотрены общие понятия, принципы и физические основы радиолокации, сигналы и помехи в радиолокации, характеристики радиолокационных целей; изложена статистическая теория обнаружения радиолокационных сигналов; представлены методы реализации радиолокационных устройств и систем, основы статистической теории разрешения радиолокационных сигналов, оценивания параметров радиолокационных сигналов. Во втором разделе изложены принципы синтезирования апертуры антенны и основные свойства синтезированной апертуры; рассмотрены принципы построения радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны и их основные модели. Особое внимание уделено характеристикам обнаружения и разрешения РСА землеобзора и алгоритмам согласованной обработки траекторного сигнала. Приведены перспективные методы обнаружения подвижных объектов методом обратного синтезирования апертуры и его потенциальные возможности. Предназначен для курсантов учебного военного центра Военноинженерного института Сибирского федерального университета, обучающихся по специальности 11.05.01 – «Радиоэлектронные системы и комплексы», 11.05.01 – «Применение и эксплуатация средств и систем специального мониторинга». Электронный вариант издания см.: http://catalog.sfu-kras.ru УДК 621.396.967(07) ББК 32.95я73 ISBN 978-5-7638-3389-8 © Сибирский федеральный университет, 2016

Стр.3

Оглавление ОГЛАВЛЕНИЕ Список применяемых сокращений ..................................................................... 7 Введение .................................................................................................................... 9 Раздел 1. Теоретические основы и принципы работы радиолокационных устройств ............................................................ 11 Глава 1. Физические основы методов обнаружения и измерения координат целей ........................................................................................ 12 1.1. Структура радиолокационного канала ................................................... 12 1.1.1. Структура систем радиолокационного наблюдения ................ 12 1.1.2. Элементы радиолокационного канала ....................................... 13 1.2. Методы обнаружения и измерения координат цели ............................ 15 1.2.1. Основные задачи радиолокационного наблюдения ................. 15 1.2.2. Методы обнаружения и измерения ............................................ 16 Глава 2. Характеристики радиолокационных целей ............................................ 22 2.1. Общие закономерности рассеяния электромагнитных волн наземными объектами .............................................................................. 22 2.1.1. Дифракция электромагнитных волн .......................................... 22 2.1.2. Распределение отраженного поля по поверхности объектов .... 25 2.2. Функция отражения от гладких неоднородностей ............................... 28 2.2.1. Случайная функция отражения шероховатых неоднородностей .......................................................................... 28 2.2.2. Функция отражения гладких неоднородностей ........................ 31 2.3. Характеристики отражения целей в различных диапазонах волн ........................................................................................ 34 2.3.1. Статистические характеристики функции отражения ............. 34 2.3.2. Распределение плотности вероятности ЭПР ............................. 38 Глава 3. Обработка радиолокационных наблюдений и обнаружение целей ................................................................................ 42 3.1. Пространственно-временная модель радиолокационного наблюдения. Модель пространственно-временного сигнала .............. 42 3.1.1. Случайный характер и помехи в отраженном сигнале ............ 44 3.1.2. Оценка апостериорной плотности вероятности сигнала ......... 46 3.2. Алгоритмы оптимальной обработки радиолокационных наблюдений ............................................................................................... 49 3.2.1. Оптимальная оценка параметра сигнала по максимуму апостериорной плотности вероятности ..................................... 49 3.2.2. Оценка параметра сигнала по функции правдоподобия .......... 52 3.3. Обнаружение радиолокационных целей ................................................ 56 3.3.1. Оптимальный обнаружитель сигнала цели ............................... 56 3.3.2. Характеристики обнаружения сигнала ...................................... 59 3

Стр.4

Оглавление Глава 4. Дальность радиолокационного обнаружения целей ............................. 63 4.1. Максимальная дальность обнаружения ................................................. 63 4.1.1. Зависимость энергии принимаемого сигнала от параметров РЛС, цели и условий наблюдения..................... 63 4.1.2. Способы повышения мощности принимаемого сигнала ......... 66 4.2. Методика расчета максимальной дальности обнаружения наземной цели ........................................................................................... 68 4.2.1. Определение требуемого отношения «сигнал/помеха» ........... 68 4.2.2. Определение дальности обнаружения ....................................... 69 Глава 5. Разрешение радиолокационных целей ................................................... 73 5.1. Теория разрешения сигналов в радиолокации ...................................... 73 5.1.1. Разрешающая способность РЛС землеобзора ........................... 73 5.1.2. Различные критерии разрешения ............................................... 74 5.2. Функция неопределенности сигнала ...................................................... 77 5.2.1. Свойства функции неопределенности ....................................... 77 5.2.2. Влияние помех на функцию неопределенности ....................... 79 5.3. Разрешение целей по дальности, скорости и угловым координатам ... 81 5.3.1. Разрешающая способность сигнала по задержке ..................... 81 5.3.2. Разрешающая способность когерентного сигнала по частоте ...................................................................................... 83 5.3.3. Разрешающая способность пространственного когерентного сигнала по углу ..................................................... 84 Глава 6. Измерение координат и параметров движения целей ........................... 85 6.1. Измерение координат целей .................................................................... 85 6.1.1. Определение местоположения цели относительно РЛС ......... 85 6.1.2. Оптимальная оценка параметров сигнала ................................. 85 6.1.3. Потенциальная точность измерения параметров сигнала ....... 87 6.2. Измерение параметров движения целей ................................................ 89 6.2.1. Параметры движения цели .......................................................... 89 6.2.2. Следящая система ........................................................................ 91 Раздел 2. Принципы построения систем радиовидения.................................. 97 Глава 7. Методы радиовидения .............................................................................. 98 7.1. Принцип синтезирования апертуры антенны. Основные свойства синтезированной апертуры ..................................................................... 98 7.2. Алгоритм обработки траекторного сигнала .......................................... 101 Глава 8. Пространственная селекция целей .......................................................... 103 8.1. Общие закономерности пространственной селекции .......................... 103 8.1.1. Координатная пространственная селекция ............................... 103 8.1.2. Геометрические характеристики СА ......................................... 109 8.2. Пространственная селекция прямолинейной синтезированной апертуры .................................................................................................... 110 8.2.1. Разрешающая способность прямолинейно движущейся РЛС ......................................................................... 110 8.2.2. Предельные характеристики движущейся РЛС ........................ 112 4

Стр.5

Оглавление Глава 9. Модель радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны ............ 122 9.1. Структура модели радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны землеобзора. Траекторный сигнал .......................................... 122 9.1.1. Траекторный сигнал в модели РСА ............................................ 125 9.1.2. Амплитуда и фаза переходной характеристики ........................ 130 9.2. Классификатор целей. Детальность радиолокационного изображения при несогласованной обработке траекторного сигнала ....................... 132 9.2.1. Статистические характеристики траекторного сигнала ........... 132 9.2.2. Точечная цель ................................................................................ 134 Глава 10. Принципы построения радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны землеобзора ........................... 138 10.1. Структурная схема радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны землеобзора. Приемо-передающий тракт ............................. 138 10.1.1. Основные элементы РСА землеобзора .................................... 138 10.1.2. Обеспечение когерентности тракта РСА ................................. 141 10.2. Антенная система ................................................................................... 150 10.2.1. Поляризационные, энергетические характеристики РСА ............. 150 10.2.2. Положение и форма ДН антенны ............................................... 154 10.3. Характеристики разрешения радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны землеобзора .......................... 158 10.3.1. Пространственное разрешение ................................................. 158 10.3.2. Радиометрическое разрешение и динамический диапазон .... 160 10.4. Характеристики обнаружения радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны землеобзора .......................... 162 10.4.1. Дальность обнаружения ............................................................ 162 10.4.2. Характеристики зоны обзора .................................................... 172 10.4.3. Точность измерения координат целей ..................................... 174 Глава 11. Обработка траекторного сигнала в радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны ................................................. 179 11.1. Алгоритм согласованной обработки траекторного сигнала .............. 179 11.1.1. Сигнальный процессор ............................................................... 179 11.1.2. Сглаживания спекл-шумов РЛИ ................................................ 189 11.2. Требования к системе обработки. Оптическая система обработки ..... 201 11.2.1. Формирование светового сигнала ............................................. 201 11.2.2. Фокусировка траекторного сигнала .......................................... 205 11.3. Цифровая система обработки. Влияние искажений траекторного сигнала на характеристики радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны ................................................ 214 11.3.1. Структура цифровой системы обработки ................................ 214 11.3.2. Алгоритм гармонического анализа .......................................... 215 11.4. Компенсация траекторных нестабильностей с помощью инерциальной навигационной системы. Автофокусировка изображения в радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны .................................................................................................... 228 5

Стр.6

Оглавление 11.4.1. Влияние изменения фазы на изображение ............................... 228 11.4.2. Устранение влияния случайных изменений фазы ................... 235 Глава 12. Селекция движущихся целей в радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны землеобзора ........................... 238 12.1. Алгоритмы селекции движущихся целей ............................................ 238 12.2. Определение СДЦ по радиальной скорости объекта .......................... 245 Глава 13. Методы обратного (инверсного) синтезирования апертуры .............. 251 13.1. Разрешающая способность радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны при обратном синтезировании ............................ 251 13.1.1. Методы обратного синтезирования апертуры ........................ 251 13.1.2. Характерные особенности методов обратного синтезирования апертуры .......................................................... 253 13.2. Наблюдение морских целей .................................................................. 256 13.2.1. Виды колебаний морских объектов при волнении моря ........ 256 13.2.2. Характеристики колебаний кораблей различного типа .......... 257 Глава 14. Обзор морской поверхности .................................................................. 262 14.1. Наблюдение морской поверхности....................................................... 262 14.2. Требования к разрешающей способности и точности измерения скорости .............................................................. 264 Глава 15. Перспективы развития радиолокационных систем ............................. 270 15.1. Интерферометрический режим измерения высоты объектов ............ 270 15.1.1. Доплеровская частота сигнала разрешаемого элемента цели .............................................................................. 270 15.1.2. Фаза отраженного сигнала радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны при вращении цели .... 272 15.2. Многопозиционный режим радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны ................................................................................. 274 15.2.1. Многопозиционные радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны ..................................................................... 274 15.2.2. Полуактивные РСА .................................................................... 276 15.3. Поляризационный режим радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны ................................................................................. 283 15.3.1. Основные направления развития РСА. Поляризационные характеристики объекта ............................................................. 283 15.3.2. Поляризационная матрица рассеивания в круговом базисе .. 285 Заключение .............................................................................................................. 288 Библиографический список .................................................................................. 290 6

Стр.7