Астронет > Радиолокация. Физические основы и проблемы.

Астронет: СОЖ Радиолокация. Физические основы и проблемы.
http://www.variable-stars.ru/db/msg/1173503/page1.html

Рассматриваются физические принципы, лежащие в основе современной радиолокации. Формулируются основные проблемы и задачи, а также устанавливаются пути их решения. Даются представления о неклассических видах радиолокации и особенностях их применения.

Какие задачи решает радиолокация

Рассмотрение начнем с постановки основной задачи радиолокации. Эту задачу можно сформулировать следующим образом: Пусть наблюдатель находится в точке 0, он хочет узнать, что находится в некоторой другой точке 1 и какими физическими и геометрическими характеристиками "это" обладает. Чем располагает наблюдатель? Он имеет возможность излучать радиоволны и концентрировать при помощи антенны основную долю излучаемой энергии в заданном направлении. (Принципиальный момент: несмотря на то что основной поток энергии каким-то образом сконцентрирован в пространстве, энергия излучается по всем направлениям без исключения.) Наблюдатель имеет возможность принимать отраженные радиоволны с требуемого направления. (Принципиальный момент: прием отраженных радиоволн осуществляется тем не менее со всех направлений без исключения.) Наблюдатель также может обладать определенными сведениями об объекте наблюдения (радиолокационная цель) и об окружающей среде. Сказанное позволяет отнести радиолокацию к классу задач дистанционного зондирования. Рассмотрим теперь, какие физические процессы происходят при осуществлении радиолокационного зондирования. Итак, наблюдатель излучает радиоволну, которая, спустя какое-то время, достигает точки 1, где наводит на исследуемом объекте электрические и магнитные токи, которые, в свою очередь, порождают радиоволны, распространяющиеся по всем направлениям, в том числе и в направлении на точку 0. Отраженная радиоволна достигает точки 0, где в приемнике радиолокационной станции вызывает появление соответствующего сигнала (тока, напряжения). Ясно, что вся получаемая информация о наблюдаемой цели может быть получена только из сравнения излученного и принятого сигналов. Будучи извлеченной, эта информация будет выражаться на языке электрических сигналов, а не на языке каких-либо физических или геометрических характеристик цели. Перевод с одного языка на другой - это другая самостоятельная задача.

Какие сигналы используются в радиолокации

В радиолокации используются радиоволны с длиной волны, приходящейся на сантиметровый (реже дециметровый) и миллиметровый диапазоны. Сам же вид излучаемого сигнала оказывается достаточно прост. Как правило, это последовательность коротких во времени импульсов, следующих один за другим через время, много превосходящее длительность этих импульсов. Ширина спектра таких сигналов $\Delta f$ в подавляющем большинстве случаев оказывается во много раз меньше несущей частоты излучаемого сигнала f₀, то есть у радиолокационных сигналов (за исключением особых случаев) отношение $\Delta f/f_0 \ll 1$ . Для функций U(t), обладающих таким свойством (узкополосные сигналы), как это впервые показал Гильберт, допустимо представление

$U(t)=A(t)cos{(2\pi f_{0}t+\varphi(t))}$ ,

(1)

где A(t) и $\varphi(t)$ - медленно за период высокой частоты $Т=2\pi /f_0$ меняющиеся во времени функции. Оказывается, такое на вид простое представление, каковым является выражение (1), несет в себе серьезную проблему, превращающую радиолокацию с точки зрения решения стоящих перед ней задач в класс особых наук, что крайне принципиально.

Что происходит при отражении радиоволн

Отраженная радиоволна, естественно, будет также иметь вид, определяемый равенством (1). Если цель неподвижна, то частота отраженного сигнала не изменится, а изменения претерпят лишь его амплитуда и фаза. Облучению подвергнутся также все остальные цели и, в частности, те из них, которые расположены на том же расстоянии от радиолокационной станции (назовем эти цели, например, 2 и 3), что и исследуемая цель 1. Естественно, что радиоволны, отраженные от целей 1, 2 и 3, одновременно достигнут точки 0, где расположена радиолокационная станция. В этом случае сигнал в точке 0 найдется простым сложением трех сигналов типа того, что определено равенством (1). Это значит, что и суммарный сигнал будет также иметь тот же вид, что и представление (1), независимо от того, присутствует или отсутствует обнаруживаемая цель. Это значит, что независимо от ситуации наличия или отсутствия цели в общем случае на входе радиолокационного приемника всегда присутствует сигнал одного и того же вида - квазигармоническое колебание.

Назад | Вперед