Радиолокация без формул, но с картинками - Размахнин Михаил Константинович (серии книг читать онлайн бесплатно полностью TXT) 📗
У коррелятора по сравнению с согласованными фильтрами значительно шире круг используемых сигналов. Кроме уже знакомых нам ЧМ и ФМ сигналов в приемнике с корреляционной обработкой можно применять, например, сигналы в виде отрезков случайных шумовых процессов. Создать согласованный фильтр для этого сигнала невозможно, а использовать его очень соблазнительно. Обнаружение такого радиолокатора — дело весьма трудное, так как его сигналы легко спутать с обычными шумами. Но даже если сигнал обнаружен, измерить его параметры почти невозможно.
В конечном итоге получается, что и у корреляторов, и у согласованных фильтров есть и свои достоинства, и свои недостатки. Решать, какую из схем радиолокационного приемника надо использовать, приходится в каждом конкретном случае отдельно, тщательно взвесив цели, поставленные перед будущей станцией, и возможности производства. В любом случае — используем ли мы коррелятор или согласованный фильтр — физический смысл обработки сигнала один и тот же. Мы просто сжимаем приходящий отраженный сигнал, чтобы повысить надежность его обнаружения и улучшить разрешающую способность станции.
Но у всякого реального полезного процесса есть и неприятные теневые стороны. И в нашем случае приходится учитывать побочные эффекты сжатия импульсных сигналов. Вот к ним-то мы и переходим.
О тех, кто рядом
Ну что же, казалось бы, все в порядке. Над уровнем шума сигнал мы подняли, сделали его коротким, так что местоположение цели теперь можно определить достаточно точно. В пору подписывать проект станции у начальства и передавать его разработчикам. Они превратят проект в рабочие чертежи и схемы, строители возведут станцию, монтажники соберут оборудование. Станцию опробуют и сдадут эксплуатационникам, которым предстоит обнаруживать и сопровождать цели. И все-таки остается еще масса нерешенных проблем, и одна из самых важных — проблема боковых лепестков.
Дело в том, что при сжатии в согласованном фильтре и в корреляторе мы никогда не получаем одиночного сжатого сигнала. Где бы он ни появился, его всегда спереди и сзади сопровождают младшие братья — боковые лепестки. Иногда их еще называют остатками сжатого сигнала Хотя они по величине меньше основного, но учитывать их влияние необходимо. Никакой пользы они не приносят, а вредны по двум причинам.
Во-первых, боковые лепестки увеличивают уровень шума вблизи сжатого сигнала. Если один из них случайно совпадает с шумовым выбросом, то их сумма может стать большой и такой лжесигнал можем принять за полезный — произойдет ложная тревога.
Во-вторых, даже если шум настолько слаб, что его влиянием можно пренебречь, то и тогда боковые лепестки могут исказить истинную картину расположения целей.
Уровень боковых лепестков пропорционален уровню полезного сжатого сигнала. Увеличим полезный сигнал втрое — и боковой лепесток возрастет втрое. При уменьшении сигнала происходит то же самое. Предположим, что самый большой боковой лепесток в десять раз слабее сжатого сигнала и на антенну попадает два полезных сигнала от двух разных целей. Один из них, скажем второй, слабее другого тоже в десять раз. Тогда наибольший боковой лепесток первого сигнала и второй основной сжатый сигнал имеют одну и ту же величину. Попробуйте разобраться, кто есть кто! Вряд ли Вам это удастся. А если второй полезный сигнал еще слабее или шум не очень мал, то на экране появится такая неразборчивая картина, что второй полезный сигнал мы наверняка пропустим. Если мы знаем, что вторая цель наверняка должна быть, и поэтому пристально ищем отметку от нее, то тогда мы можем принять боковой лепесток первого сигнала за отметку от второй цели. Тем более, что боковой лепесток так же стабилен, как и полезный сигнал. Опять ошибка, так как вторая цель будет обнаружена не там, где она находится на самом деле.
Вот почему вредны боковые лепестки. Совершенно устранить их невозможно. Правда, придуманы методы частичного уменьшения величины боковых лепестков, но они весьма сложны и не всегда надежны. Приходится учитывать и то, что, пытаясь уменьшить боковые лепестки, мы можем исказить или уменьшить и основной, сжатый, полезный сигнал. Поэтому специалисты вынуждены мириться с присутствием этих вредных сигналов и следить лишь за тем, чтобы они не становились слишком большими.
Для каждого радиолокационного сигнала картина расположения боковых лепестков различна. Обычно боковые лепестки занимают интервал, равный удвоенной длительности несжатого сигнала. Сам основной сжатый сигнал расположен в центре этого интервала. У одних сигналов боковые лепестки равномерно покрывают весь интервал и величина их примерно одинакова. У других боковые лепестки имеют разную величину, причем наибольшие лепестки могут располагаться и вблизи сжатого сигнала, и по краям интервала. Существует несколько приближенный закон сохранения «объема» лепестков. Если за счет каких-то мер мы добились уменьшения лепестков на одном участке интервала, то обязательно должны возрасти лепестки на других участках. Подбирая сигнал и несколько видоизменяя его, мы можем получить практически любое нужное нам расположение боковых лепестков. Причем иногда на каком-либо небольшом участке интервала удается совершенно избавиться от них. Этим обстоятельством пытаются воспользоваться специалисты.
Пусть, например, известно, в какой момент следует ожидать появление отметки от второй, меньшей цели. Тогда можно выбрать сигнал, у которого именно в этот момент бокового лепестка нет или он очень мал. Уж теперь-то мы сможем заметить и маленькую цель. А то, что боковые лепестки, появляющиеся в другие моменты времени, возрастут, это уже не так важно. Если известно, что цели идут рядом, то мы постараемся очистить от боковых лепестков участок около сжатого сигнала. Ведь освободил же художник место в трамвае для девушки. При этом мы сознательно идем на то, что слабые отметки от целей, расположенных дальше, почти наверняка не будут обнаружены. Нужно заметить маленькую цель в другом участке интервала. Уберем боковые лепестки и из этого участка. При этом мы предполагаем, что нам точно известно, где может появиться цель (на практике так бывает очень редко). Если же у нас нет никаких сведений о второй цели, то приходится выбирать сигнал, у которого боковые лепестки средней величины равномерно заполняют весь интервал. Без априорных сведений о второй цели ничего лучше не придумаешь.
Вот и получается, что для каждой конкретной ситуации нужно было бы иметь свой сигнал, лучше всего подходящий для этого частного случая. Теоретикам не удалось найти сигнал, подходящий ко всем случаям. Да это, видимо, и невозможно. Пессимизм автора в этом случае разделяет и видный американский специалист Вудворд, который после многолетних исследований с грустью констатировал: «Основной вопрос, какой сигнал лучше всего использовать в радиолокации, остается по существу без ответа».
Как найти цель, послать сигнал и получить ответ
Раньше при оценке характеристик радиолокационной станции мы уже немного рассказали о том, как станция ищет цель в секторе обзора. Но до сих пор мы говорили лишь о приемнике радиолокационной станции. Пришла пора поговорить и о передатчике. Как обычно, начнем с примера.
Представьте себе, что Вас попросили найти какой-нибудь предмет в совершенно темной комнате. В зависимости от обстоятельств поиска может возникнуть несколько различных ситуаций. Разберем их по порядку.
