оценка эффективности устройств СДЦ РЛ С ОВНЦ по целевымпоказателям
Эффективность любой радиотехнической системыхарактеризует ее способность выполнять определенный комплекс задач в заданныхусловиях. Количественной мерой эффективности, позволяющей оценивать качествосистемы при работе в различных ситуациях, сравнивать системы между собой ит.д., являются показатели качества системы.
Обоснованный выбор показателей качества имеет оченьважное значение при исследовании и проектировании радиотехнических систем. Вобщем случае выбираемый показатель качества должен:
- отражать основное назначение системы и соответствовать целиисследования;
- быть количественным, чтобы сравнение систем было обоснованным;
- быть критичным по отношению к параметрам, определяющим его значение;
- допускать достаточно простую физическую трактовку и, по возможности, простоопределяться;
- быть достаточно устойчивым, т.е. иметь малый разброс относительносреднего значения.
Основной задачей, стоящей перед радиолокационнымистанциями (РЛС) с селекцией движущихся целей (СДЦ), как известно, являетсяобнаружение целей, в том числе и на фоне пассивных помех, определение координати параметров их движения, а также сопровождение целей. Поэтому при анализе РЛСс СДЦ основными являются целевые показатели эффективности, учитывающиевероятность правильного обнаружения цели и точность определения координатобъектов при определенной помеховой обстановке.
В режиме обзора наибольшее распространение получилихарактеристики обнаружения или рабочие характеристики приемника (РХП) РЛС сСДЦ, представляющие собой графические зависимости вероятности правильногообнаружения цели от отношения мощностей сигналов цели и помех при заданныхвероятностях ложных тревог.
РХП дают достаточно полную оценку техническойэффективности РЛС с СДЦ. Недостатком их является сложность определения инедостаточная критичность по отношению к техническим параметрам, оценивающимкачество работы основных узлов станций.
Рассмотрим методику оценки эффективности РЛС с СДЦ наоснове сравнительного анализа вероятности правильного обнаружения с учетомвлияния кривизны Земли и затухания радиоволн в пространстве в условияхпассивных помех.
В основу методики положен учет изменения отношениясигнал/помеха при применении противником пассивных помех и его увеличение послевключения в схему обработки схем защиты от пассивных помех.
Алгоритм методикивключает в себя:
1) Расчетвероятности правильного обнаружения в беспомеховой обстановке по методике [1];
2) Определениеотношения сигнал/помеха в условиях пассивных помех на основе рассчитанногоэнергетического спектра мощности помехи;
3) Расчет отношениясигнал/помеха при включении в схему обработки системы СДЦ;
4) Расчетвероятности правильного обнаружения в условиях помех с применением схем защиты.
Расчет вероятности правильного обнаружения вбеспомеховой обстановке производится с учетом близости и сферичности Земли взоне свободного пространства, а также в интерференционной и дифракционнойобласти по формуле с учетом затухания радиоволн при распространении по формуле (1)
/>,
(1)
где /> – количество импульсов в принятойпачке;
/> – отношение сигнал/помеха навходе приемника РЛС с учетом множителя ослабления /> и />;
/> – порог обнаружения сигналов сучетом заданной вероятности ложной тревоги />.
Порог обнаружения находится решением трансцендентногоуравнения (2) или по приближенной формуле (3).
/>,
(2)
/>.
(3)
Множители ослабления /> и /> вводятся для учета влиянияинтерференции и дифракции на распространение радиоволн и рассчитываются поформулам (4) и (13) соответственно.
/>,
(4)
где /> – модуль коэффициента отраженияот поверхности Земли;
/> – значение диаграммы направленностиантенны в направлении падающего луча;
/> – значение диаграммынаправленности по мощности в вертикальной плоскости в направлении прямого луча;
/> – геометрическая разность ходапрямого и отраженного лучей.
Угол между прямым лучом и осью диаграммынаправленности антенны рассчитывается по формуле (5)
/>,
(5)
где /> – угол наклона антенны ввертикальной плоскости;
/> – угол места цели;
Угол места цели с учетом кривизны Земли находится извыражения (6)
/>,
(6)
где /> – высота цели над поверхностьюЗемли;
/> – высота антенны над поверхностьюЗемли;
/> – эквивалентный радиус Земли сучетом рефракции радиоволн в атмосфере;
/> – дальность до цели поповерхности Земли.
/>,
(7)
где /> – наклонная дальность до цели.
Для определения разности хода лучей /> необходимо знатьрасстояние /> отРЛС до точки отражения, получаемое из формулы (7)
/>.
(8)
Величина /> находится решением кубическогоуравнения (9)
/>,
(9)
где />;
/>.
Разность хода лучей определяется из формулы (10)
/>.
(10)
Угол скольжения находится из выражения (11)
/>.
(11)
Модуль коэффициента отражения от взволнованной морскойповерхности рассчитывается из выражения (12)
/>,
(12)
где /> – средняя высота морской волны;
/> – длина волны импульса,излученного РЛС.
С увеличение наклонной дальности /> уголскольжения уменьшается и после достижения критического значения /> расчеты нужнопроизводить с учетом влияния дифракции на распространение радиоволн.
/>,
(13)
где /> – значение множителя ослабленияна дальности радиогоризонта;
/> – приведенная дальность до цели,
/> – приведенная дальностьрадиогоризонта;
/> – дальность радиогоризонта.
/> – множитель, учитывающий кривизнуЗемли.
Для сантиметровых и миллиметровых волн /> зависит только отвысотного параметра />, который определяется по формуле (14)
/>.
(14)
где /> и /> – приведенные высоты антенны ицели,
/>,
(15)
/>,
(16)
/>.
(17)
Зависимость /> от /> аппроксимируется отрезками
/>.
(18)
Расчет отношения сигнал/помеха при включении в схемуобработки устройства СДЦ /> производится с учетомкоэффициента подавления помехи /> системы защиты по формуле
/>,
(19)
где /> – отношение сигнал/помеха приналичии мешающих отражений без применения схем защиты.
/>Для цифрового фильтрарасчет коэффициента подавления помехи /> сводится к расчету отношения (20)[2]
/>.
(20)
где /> – энергетический спектр помехи;
/> – амплитудно-частотнаяхарактеристика (АЧХ) цифрового фильтра.
Энергетический спектр помехи от облака дипольныхотражателей (ДО) можно найти через преобразование Фурье корреляционной функциипомехи:
/>.
Корреляционная функция помехи рассчитывается какпроизведение корреляционных функций, учитывающих влияние отдельных факторов,оказывающих воздействие на облако ДО: [3]
/>
(21)
где /> – интервал корреляции;
/> – корреляционная функция,учитывающая разлет элементарных отражателей в облаке;
/> – корреляционная функция,учитывающая вращение антенны РЛС;
/> – корреляционная функция,учитывающая движение носителя РЛС.
Причем:
/>,
(22)
где /> – длина волны сигнала РЛС;
/> – среднеквадратическое отклонение (СКО) разлетаэлементов в облаке.
/>,
(23)
где /> – радиальная скорость вращенияантенны;
/> – ширина диаграммы направленностиантенны на уровне 0,5;
/> – величина доплеровского сдвига.
/>,
(24)
/>,
(25)
где /> – угол между курсом носителя инаправлением на объект наблюдения;
/> – скорость носителя РЛС.
В общем случае нормированная корреляционная функция,учитывающая разлет элементарных отражателей в облаке, вращение антенны идвижение носителя РЛС, имеет график, представленный на рис. 1.
Нормированная корреляционнаяфункция помехи
рис. 1/> />
(26)
Отношение сигнал/помеха в условиях наличия мешающихотражений без применения схем защиты определяется как (27)
/>
(27)
где /> – эффективная площадь рассеивания(ЭПР) цели;
/> – угол места цели;
/> – ширина диаграммы направленностиантенны РЛС в вертикальной плоскости;
/> – множитель ослабления сигнала;
/> – ЭПР части помехи, попавшая вразрешенный объем РЛС;
/> – коэффициент усреднения;
/> – множитель ослабления помехи.
ЭПР части помехи, попавшая в разрешенный объем РЛСнаходится из формулы (29)
/>,
(29)
где /> – удельная ЭПР всего облака ДО;
/> – объем помехи, попадающей вразрешенный объем РЛС;
Удельная ЭПР облака ДО при не совпадении поляризациирассчитывается по формуле (30) или (31) – при совпадении поляризации.
/>,
(30)
/>,
(31)
где /> – объемна плотность облака ДО.
Объем помехи находится из выражения (32) с учетомширины характеристики направленности антенны в вертикальной и горизонтальнойплоскостях на уровне 0,5 (/>и />) и дистанции до объекта />.
/>,
(32)
где /> – длина помехи, попадающей вразрешенный объем РЛС;
/> – площадь помехи, попадающей вразрешенный объем РЛС.
Вследствие значительной протяженности облака ДО ввертикальной плоскости в структуре сигнала присутствует значительное количествоинтерференционных максимумов и минимумов. Поэтому для упрощения расчетов можнопринять значение />.
Коэффициент /> можно принять равным коэффициентузатухания сигнала при обработке в РЛС />.
Коэффициент усреднения /> находится из формулы
/>,
(28)
где /> – интеграл вероятности.
Исходя из найденного значения отношения сигнал/помеха /> вероятностьправильного обнаружения с учетом работы схем защиты находим по формуле (1),подставляя значение /> для соответствующих схем защиты.
На рис. 2 приведены графики зависимости вероятностиправильного обнаружения, рассчитанные по предложенной методике, в зависимостиот дальности с учетом влияния кривизны Земли и затухания радиоволн прираспространении в атмосфере при условии нахождении сигнала от цели и помехиодном разрешаемом объёме, где /> – вероятность обнаружения целей вбеспомеховой обстановке, /> – вероятность обнаружения целей вусловиях помех при включении в схему обработки адаптивных цифровых устройствСДЦ, /> и /> – вероятностиобнаружения целей в условиях помех при применении схем однократного идвукратного череспериодного вычитания соответственно.
Вероятность правильногообнаружения
рис. 2/>
Применение представленной методики возможно припроведении расчетов по определению эффективности различных устройств селекциидвижущихся целей в радиолокационных станциях и комплексах освещения надводной ивоздушной обстановки, навигационных РЛС и позволяет сравнивать эффективностьустройств различных типов как на этапах разработки проектирования, так и впериод эксплуатации.
Список использованных источников
радиолокационная станция селекция движущихся целей
1) Гребцов Г.М.Эффективность обнаружения целей корабельными РЛС, ВМОЛУА, 1988.
2) Бакулев П.А.Радиолокация движущихся целей. М.: Сов. радио, 1964.
3) Бакулев П.А.,Степин В.М. Методы и устройства СДЦ. М.: Сов. радио, 1986.