В работе рассмотрены вопросы синтеза математических моделей основных видов распределенных пассивных помех – поверхности земли и метеорологических образований. Разработан математический аппарат, позволяющий определять шаг дискретизации распределения отражающих свойств по поверхности земли, а также требования к спектрам доплеровских флуктуаций отражений от атмосферных неоднородностей, при которых обеспечиваются заданные уровни ошибок имитации эхосигналов. Представлены обобщенные алгоритмы синтеза моделей этих радиолокационных объектов.
Корректность полученных результатов подтверждена цифровым моделированием.
Монография может быть интересна широкому кругу научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области радиолокации, радиолокационных измерений, имитационного и полунатурного моделирования. Она может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .............................................................................................................................................. 8
ЧАСТЬ 1. ДИСКРЕТНЫЕ МОДЕЛИ СТАТИСТИЧЕКИ НЕОДНОРОДНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ .............................................................................................. 13
Раздел 1. Математические модели эхосигналов от земной поверхности .............................. 15
1.1. Математические модели эхосигналов от поверхности земли ............................................. 15
1.1.1. Интенсивность эхосигналов и УЭПР земных покровов ................................................ 17
1.1.2. Корреляционная функция эхосигналов от поверхности земли ..................................... 21
1.1.3. Спектральные характеристики эхосигналов от статистически
однородной поверхности земли ....................................................................................... 22
1.2. Статистически неоднородная поверхность........................................................................... 24
1.2.1. Характеристики эхосигналов от статистически неоднородной земной
поверхности ........................................................................................................................ 24
1.2.2. Влияние неоднородности покровов поверхности на характеристики
межпериодных и внутрипериодных флуктуаций эхосигналов .................................... 27
Заключение по разделу 1 ............................................................................................................... 38
Раздел 2. Дискретная модель статистически неоднородной поверхности земли ................ 39
2.1. Оценка ошибок задания распределения УЭПР .................................................................... 41
2.1.1. Дискретизация распределения УЭПР по азимутальной координате ............................ 41
2.1.2. Дискретизация распределения УЭПР по координате наклонная дальность ............... 44
2.1.3. Корреляционная функция межпериодных флуктуаций эхосигналов ........................... 46
2.1.4. Корреляционная функция внутрипериодных флуктуаций ............................................ 48
2.2. Вычисление шага дискретизации .......................................................................................... 49
2.2.1. Оценки kup_R и fup_R ............................................................................................................ 49
2.2.2. Оценки kup_F и fup_B ............................................................................................................. 55
2.2.3. Оценки kup_FF и fup_BB .......................................................................................................... 56
2.2.4. Оценка шага дискретизации ............................................................................................. 57
2.3. Альтернативный алгоритм оценки шага дискретизации ..................................................... 60
2.3.1. Погрешности задания мощности и корреляционной функции эхосигнала
при дискретизации распределения УЭПР по поверхности земли ............................... 60
2.3.2. Математическое ожидание погрешности задания мощности ....................................... 61
2.3.3. Математическое ожидание погрешности задания корреляции между
двумя отраженными сигналами, поступившими при разных положениях
антенны по азимуту .......................................................................................................... 63
2.3.4. Дисперсия ошибки ............................................................................................................ 64
Заключение по разделу 2 ............................................................................................................... 66
Раздел 3. Методы формирования имитируемых эхосигналов от поверхности земли ....... 67
3.1. Формирование отсчетов комплексной огибающей имитируемого сигнала ..................... 67
3.2. Условия, при выполнении которых можно отказаться от имитации
микромасштабной составляющей распределения УЭПР .................................................... 70
3.3. Сокращение количества отсчетов УЭПР за счет предварительной фильтрации
цифровой карты ....................................................................................................................... 74
3.4. Использование малоточечных геометрических моделей, точки которых
формируют взаимосвязанные сигналы ................................................................................. 86
3.5. Обобщенный алгоритм задания УЭПР ................................................................................. 91
Заключение по разделу 3 ............................................................................................................... 92
ЧАСТЬ 2. ИМИТАЦИЯ ЭХОСИГНАЛОВ ОТ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ
ОБРАЗОВАНИЙ ............................................................................................................. 93
Раздел 4. Пассивные помехи и методы борьбы с ними ............................................................ 95
4.1. Свойства пассивных объемно распределенных помех ........................................................ 95
4.2. Методы селекции движущихся целей (обзор по [1, 10, 79]) ............................................. 101
4.3. Влияние доплеровского спектра на характеристики обнаружения РЛС с СДЦ ............. 104
4.4. Основные задачи исследования ........................................................................................... 109
Заключение по разделу 4 ............................................................................................................. 110
Раздел 5. Аналитические соотношения для оценки характеристик
обнаружения РЛС......................................................................................................... 111
5.1. Общие соотношения ............................................................................................................. 111
5.2. Соотношения без учета изменения ширины доплеровского спектра ............................... 113
5.2.1. Большой радиус корреляции флуктуации вектора скорости ветра ............................ 113
5.2.2. Умеренный радиус корреляции вектора скорости ветра ............................................. 114
5.2.3. Малый радиус корреляции флуктуации вектора скорости ветра ............................... 118
Выводы по подразделу 5.2 .......................................................................................................... 125
5.3. Соотношения с учетом изменения ширины доплеровского спектра ............................... 125
5.3.1. Большой радиус корреляции флуктуации вектора скорости ветра ............................ 126
5.3.2. Умеренный радиус корреляции флуктуации вектора скорости ветра ....................... 127
5.3.3. Малый радиус корреляции флуктуации вектора скорости ветра ............................... 128
5.3.4. Целесообразность оценки характеристик обнаружения с учетом
изменения ширины спектра ........................................................................................... 130
Заключение по разделу 5 ............................................................................................................. 131
Раздел 6. Оценка характеристик обнаружения РЛС с СДЦ ................................................. 133
6.1. Анализ характеристик обнаружения РЛС ........................................................................... 134
6.2. Переход к фазовым переменным ......................................................................................... 138
6.2.1. Сильная корреляция флуктуации вектора скорости ветра .......................................... 139
6.2.2. Слабая корреляция флуктуации вектора скорости ветра ............................................ 156
6.2.3. Умеренная корреляция флуктуации вектора скорости ветра ...................................... 160
Выводы к подразделу 6.2............................................................................................................. 164
6.3. Оценка характеристик обнаружения для адаптивных систем СДЦ ................................ 165
6.3.1. Анализ адаптивных систем СДЦ ................................................................................... 165
6.3.2. Оценка поправочных коэффициентов coeff1 и coeff2 ................................................... 167
6.3.3. Характеристики обнаружения при различных моделях турбулентности
для адаптивных систем СДЦ .......................................................................................... 171
6.4. Влияние турбулентности на вероятность ложных тревог ................................................ 173
Заключение по разделу 6 ............................................................................................................. 177
Раздел 7. Практическое применение полученных результатов ........................................... 179
7.1. Границы слабой, умеренной и сильной корреляции флуктуации вектора
скорости ветра ....................................................................................................................... 179
7.1.1. Оценки для системы СДЦ – однократного ЧПК .......................................................... 180
7.1.2. Оценки для системы СДЦ с компенсацией фазового набега за период
повторения ....................................................................................................................... 189
7.2. Области влияния помех от турбулентных метеообразований на характеристики
обнаружения РЛС ................................................................................................................. 199
7.2.1. Общий случай .................................................................................................................. 199
7.2.2. Рекомендации по выбору методов расчета и прогнозирования характеристик
обнаружения .................................................................................................................... 202
Заключение по разделу 7 ............................................................................................................. 204
Заключение ...................................................................................................................................... 205
Библиографический список ........................................................................................................... 206
Приложения ..................................................................................................................................... 217
Приложение А ................................................................................................................................. 217
Приложение Б .................................................................................................................................. 235
Приложение В ................................................................................................................................. 238