Индикация движущейся цели

Индикация движущейся цели ( MTI ) – это режим работы радара для распознавания цели на фоне помех . ^{[ 1 ]} В нем описываются различные методы, используемые для поиска движущихся объектов, таких как самолет, и фильтрации неподвижных объектов, таких как холмы или деревья. Это контрастирует с современным методом индикации неподвижных целей (STI), который использует детали сигнала для непосредственного определения механических свойств отражающих объектов и, таким образом, для поиска целей независимо от того, движутся они или нет.

Ранние системы MTI обычно использовали акустическую линию задержки для хранения одного импульса принятого сигнала ровно в течение времени между трансляциями ( частота повторения импульсов ). Этот сохраненный импульс будет отправлен на дисплей вместе со следующим полученным импульсом. В результате сигнал от любых объектов, которые не двигались, смешивался с сохраненным сигналом и становился приглушенным. На дисплее остались только сигналы, которые изменились из-за перемещения. Они подвергались широкому спектру шумовых эффектов, что делало их полезными только для сильных сигналов, обычно для обнаружения самолетов или кораблей.

Внедрение фазокогерентных клистронных передатчиков, в отличие от магнетрона с некогерентным резонатором, использовавшегося в более ранних радарах, привело к внедрению новой технологии MTI. В этих системах сигнал не подавался непосредственно на дисплей, а сначала подавался на фазовый детектор . Стационарные объекты не меняли фазу от импульса к импульсу, а движущиеся — изменяли. Сохраняя фазовый сигнал вместо исходного аналогового сигнала или видео и сравнивая сохраненный и текущий сигнал на предмет изменений фазы, обнаруживаются движущиеся цели. Этот метод гораздо более устойчив к шуму и его можно легко настроить для выбора различных порогов скорости для фильтрации различных типов движения. ^{[ 1 ]}

Фазокогерентные сигналы также позволяли напрямую измерять скорость посредством доплеровского сдвига одного принятого сигнала. Его можно подать в полосовой фильтр для фильтрации любой части отраженного сигнала, которая не имеет сдвига частоты, тем самым напрямую выделяя движущиеся цели. Это стало обычным явлением в 1970-е и особенно 1980-е годы. Современные радары обычно выполняют все эти методы MTI как часть более широкого набора обработки сигналов, выполняемого цифровыми сигнальными процессорами . МТИ может быть специализированным по типу помех и окружающей среды: бортовой МТИ ( АМТИ ), наземный МТИ ( ГМТИ ) и т. д., а может быть комбинированным режимом: индикация неподвижных и движущихся целей ( СМТИ ).

Операция

Радар MTI использует низкую частоту повторения импульсов (PRF), чтобы избежать неоднозначности дальности.

Индикатор движущейся цели (MTI) начинается с выборки двух последовательных импульсов. Выборка начинается сразу после окончания импульса передачи радара. Выборка продолжается до тех пор, пока не начнется следующий импульс передачи.

Выборка повторяется в том же месте для следующего передаваемого импульса, а выборка, взятая (на том же расстоянии) с первым импульсом, поворачивается на 180 градусов и добавляется ко второй выборке. Это называется деструктивной интерференцией .

Если объект движется в месте, соответствующем обеим выборкам, то отраженный от объекта сигнал переживет этот процесс из-за конструктивной интерференции. Если все объекты неподвижны, две выборки будут взаимно нейтрализованы и останется очень слабый сигнал.

Мощные микроволновые устройства, такие как усилитель со скрещенным полем , не являются фазостабильными. Фаза каждого импульса передачи отличается от фазы предыдущих и будущих импульсов передачи. Это явление называется фазовым джиттером .

Чтобы MTI работал, необходимо выполнить выборку начальной фазы обоих передаваемых импульсов и отрегулировать поворот фазы на 180 градусов для достижения подавления сигнала на неподвижных объектах.

Вторичное влияние заключается в том, что вращение фаз вызывается допплеровским сдвигом, что создает слепые скорости. Например, объект, движущийся со скоростью 75 м/с (170 миль/час), будет производить фазовый сдвиг на 180 градусов каждую 1 миллисекунду в диапазоне L.

{\text{Doppler}}=180,000^{\circ }/{\text{s}}=720\left({\frac {75\times 10^{9}}{3\times 10^{8}}}\right)=720\left({\frac {{\text{Velocity}}\times {\text{Transmit Frequency}}}{C}}\right)

Если интервал повторения импульсов между импульсами передачи составляет 0,002 с, то процесс MTI выдаст $360^{\circ }$ чередование фаз. Это то же самое, что и неподвижный объект, который делает систему слепой к объектам, движущимся с этой радиальной скоростью.

MTI требует 3 или 4 импульса, чтобы уменьшить эффект слепых скоростей. В многоимпульсных стратегиях используются смещенные импульсы с нерегулярными интервалами повторения, чтобы предотвратить подавление сигнала на движущихся объектах. Процесс суммирования немного отличается, чтобы учесть дополнительные выборки.

Фазовый джиттер, эффекты Доплера и влияние окружающей среды ограничивают видимость субпомех MTI по показателю производительности примерно на 25 дБ. Это позволяет обнаруживать движущиеся объекты примерно в 300 раз меньшие по размеру в непосредственной близости от более крупных стационарных объектов.

Импульсно-доплеровская обработка сигнала необходима для достижения большей видимости субпомех.

Характеристики

Цель движется со скоростью $v_{p}$ на максимальной дальности $R_{\text{max}}$ с углом возвышения $EL$ и азимут $AZ$ в отношении бистатического радара MTI.

Вероятность обнаружения (Pd)

Вероятность обнаружения данной цели на заданной дальности в любое время, когда луч радара сканирует ее, Pd, определяется такими факторами, как размер антенны и мощность, которую она излучает. Большая антенна, излучающая большую мощность, обеспечивает наилучшие характеристики. Для получения качественной информации о движущихся целях Pd должен быть очень высоким.

Точность определения местоположения

Точность определения местоположения зависит от достоверности положения радара, точности наведения радара, разрешения по азимуту и разрешения по дальности. Длинная антенна или очень короткая длина волны могут обеспечить хорошее разрешение по азимуту. Короткие антенны, как правило, имеют большую ошибку азимута, которая увеличивается с увеличением дальности до цели, поскольку отношение сигнал/шум изменяется обратно пропорционально дальности. Точность определения местоположения жизненно важна для отслеживания производительности, поскольку она предотвращает искажение данных при наличии нескольких целей и дает возможность определить, на какой дороге находится транспортное средство, если оно движется на территории со множеством дорог.

Точность определения местоположения цели пропорциональна наклонной дальности, частоте и длине апертуры.

Разрешение целевой дальности (высокое разрешение дальности; HRR)

Разрешение дальности цели определяет, будут ли две или более цели, движущиеся в непосредственной близости, обнаруживаться как отдельные цели. В радарах с более высокими характеристиками разрешение по дальности цели, известное как разрешение по дальности (HRR), может быть настолько точным, что можно будет распознать конкретную цель (т. е. ту, которую видели раньше) и поместить ее в определенный класс. (например, танк Т-80). Это позволит более надежно отслеживать конкретные транспортные средства или группы транспортных средств, даже если они движутся в плотном потоке машин или исчезают на какое-то время из-за досмотра.

Минимальная обнаруживаемая скорость (MDV)

MDV возникает из-за разброса частот помех главного лепестка. MDV определяет, будет ли обнаружен трафик. Радар GMTI должен отличать движущуюся цель от наземных помех, используя доплеровскую сигнатуру цели для обнаружения радиальной составляющей вектора скорости цели (т. е. путем измерения составляющей движения цели непосредственно вдоль линии радар-цель). Чтобы уловить большую часть этого трафика, даже когда он движется почти по касательной через радар (т. е. перпендикулярно линии радара-цели), система должна иметь возможность обнаруживать очень медленные радиальные скорости. Когда радиальная составляющая скорости цели приближается к нулю, цель попадает в помеху или слепую зону . Это рассчитывается как: ^{[ нужна ссылка ]}

{\text{MDV}}={\frac {\lambda }{2}}{\frac {4v_{p}}{B}}{\sqrt {\sin ^{2}(AZ)\sin ^{2}(EL)^{2}+\cos ^{2}(AZ)\cos ^{2}(EL)}}

Любая цель со скоростью меньше этого минимума (MDV) не может быть обнаружена, поскольку в ее эхо-сигнале недостаточно доплеровского сдвига, чтобы отделить ее от отраженных помех главного лепестка.

Скорость поиска области

Скорость покрытия зоны (измеряется в площади в единицу времени) пропорциональна мощности системы и размеру апертуры. Другие факторы, которые могут иметь значение, включают шаг сетки, размер усилителя мощности, квантование модуля, количество обрабатываемых лучей и потери в системе.

Дистанция дистанции

Дистанция дистанции – это расстояние, отделяющее радиолокационную систему от зоны, которую она охватывает.

Размер зоны покрытия (ширина и глубина)

Размер зоны покрытия — это территория, которую система может держать под постоянным наблюдением с определенной орбиты. Хорошо известные принципы проектирования приводят к тому, что максимальная дальность обнаружения радара зависит от размера его антенны (апертуры радара), количества мощности, излучаемой антенной, и эффективности ее механизма подавления помех. Из-за кривизны Земли и защиты от местности, листвы и зданий высота системы становится еще одним ключевым фактором, определяющим глубину покрытия. Способность покрывать территорию размером с зону интересов командира армейского корпуса с безопасного расстояния является отличительной чертой эффективной и современной системы GMTI.

Частота повторных посещений зоны покрытия

Это соответствует частоте, с которой луч радара проходит над заданной областью. Частые повторные посещения очень важны для способности радара обеспечивать непрерывность пути и способствуют увеличению вероятности обнаружения цели за счет уменьшения вероятности затемнения из-за экранирования деревьями, зданиями или другими объектами. Высокая частота повторных посещений становится критически важной для обеспечения целостности пути, когда цель движется в плотном потоке машин или временно скрыта, хотя бы за деревьями вдоль дороги.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Джерри К. Уитакер (2005) Справочник по электронике , ISBN 0-8493-1889-0 , с. 1824 год .

[eh-1] Перейти обратно: ^а ^б Джерри К. Уитакер (2005) Справочник по электронике , ISBN 0-8493-1889-0 , с. 1824 год .

[ 1 ]