Содержание к диссертации
Введение
1 Характеристики интерференционной картины поля в зоне Френеля пространственно-распределенной антенной системы 16
1.1 Структура пространственно-распределенной радиотехнической системы 16
1.2 Разреженные антенные решетки, сфокусированные в зоне Френеля 18
1.3 Математическая модель разреженной антенной решетки сфокусированной в зоне Френеля 20
1.4. Характеристики интерференционной картины поля разреженных антенных решеток сфокусированных в зоне Френеля 23
1.5. Оценка характеристик разреженной антенной решетки сфокусированной в зоне Френеля 27
1.5.1. Смещение фокального пятна 28
1.5.2. Глубина фокального пятна 32
1.5.3. Ширина фокального пятна 36
1.5.4. Коэффициент направленного действия 38
1.5.5. Уровень вторичных интерференционных максимумов 40
1.6 Основные результаты и краткие выводы по главе 1 45
2 Влияние широкополосности сигнала на характеристики поля разреженной антенной решетки сфокусированной в зоне Френеля 46
2.1 Математическая модель РАР использующая широкополосные и сверхширокополосные сигналы 46
2.2. Влияния широкополосности сигнала на характеристики поля РАР. 50
2.2.1 Смещение фокального пятна 51
2.2.2 Глубина фокального пятна 54
2.2.3 Ширина фокального пятна 57
2.2.4 Коэффициент направленного действия 59
2.2.5 Уровень вторичных интерференционных максимумов
2.3 Основные результаты и краткие выводы по главе 2 61
3 Влияние случайных ошибок на характеристики разреженных антенных решеток 68
3.1. Математическая модель РАР учитывающая случайные ошибки 68
3.2 Оценка влияния флуктуации фазы на характеристики поля в зоне Френеля РАР 74
3.3 Оценка влияния флуктуации амплитуды на характеристики поля в зоне Френеля РАР 77
3.4 Основные результаты и краткие выводы по главе 3 80
4 Проработка практической реализации пространственно-распределенных антенных систем 81
4.1 Влияние характеристик поля пространственно-распределенных антенных систем сфокусированных в зоне Френеля на характеристики командных и информационных радиолиний : 81
4.1.1 Дальность действия радиолинии 81
4.1.2 Пропускная способность радиолинии 84
4.1.3 Достоверность передачи информации радиолинии 85
4.1.4 Помехозащищенность радиолинии 87
4.1.5 Живучесть радиолинии 89
4.1.6 Определение координат объектов 90
4.1.7 Отношение сигнал-шум 92
4.2 Структура оптимальной пространственно-распределенной антенной системы как согласованного фильтра 99
4.3 Аппаратурная реализации пространственно-распределенных антенных систем 102
4.4 Основные результаты и краткие выводы по главе 4 110
Заключение 111
- Математическая модель разреженной антенной решетки сфокусированной в зоне Френеля
- Математическая модель РАР использующая широкополосные и сверхширокополосные сигналы
- Оценка влияния флуктуации фазы на характеристики поля в зоне Френеля РАР
- Структура оптимальной пространственно-распределенной антенной системы как согласованного фильтра
Введение к работе
Актуальность работы. В радиосвязи, в последнее время, значительное внимание уделяется системам, использующим в своей основе множественные пространственно-распределенные передающие и (или) приемные позиции (антенны). В радиолокации также одним из перспективных направлений развития является переход к многопозиционным радиолокационным системам, состоящим из разнесенных в пространстве передающих и приемных (или приемо-передающих) позиций. Подобные системы благодаря совместной обработке информации, принимаемой (передаваемой) множественными пространственно-разнесенными позициями, обеспечивают ряд преимуществ.
Многопозиционные радиотехнические системы покрывают достаточно протяженные области пространства. При этом их совокупные антенные системы имеют значительные размеры, и фактически зона действия таких систем является зоной Френеля. В зоне Френеля интерференционная картина поля зависит не только от пространственных углов, но и от расстояния – удаления точки наблюдения. Преимущества, достигаемые в подобных системах, связаны с характером зависимости пространственных характеристик электромагнитного поля, формируемого ими. Это, в свою очередь, предопределяет интерес к изучению влияния пространственных характеристик электромагнитного поля на показатели радиотехнических систем и к зависимости пространственных характеристик электромагнитного поля от параметров многопозиционных радиотехнических систем (пространственно-распределенных антенных систем).
Принципиально методика анализа характеристик интерференционной картины поля пространственно-распределенных антенных систем сводится к решению прямой внешней задачи, которая заключается в определении распределения поля по заданному амплитудно-фазовому распределению антенной системы.
Изучение поля излучения антенной системы базируется на определении ее характеристик и закономерностей их изменения от изменения параметров антенной системы. Следующим шагом является анализ флуктуации амплитуды и фазы поля в определенных направлениях, на флуктуации характеристик поля антенной системы. Знание характеристик пространственно-распределенных антенных систем и их изменения позволяет определить их влияния на характеристики (показатели) многопозиционных радиотехнических систем.
Применение многопозиционных радиотехнических систем, в том числе для передачи информации и управления беспилотными авиационными комплексами – важная и актуальная задача, в первую очередь, требующая решения прямой внешней задачи для пространственно-распределенных антенных систем, сфокусированных в зоне Френеля.
Таким образом, цели и задачи работы можно сформулировать следующим образом.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение информационно-технических показателей радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов за счет применения пространственно-распределенных антенных систем.
Поставленная цель достигается решением основной задачи, заключающейся в исследовании характеристик пространственно-распределенных антенных систем, сфокусированных в зоне Френеля, и определении их влияния на информационно-технические показатели радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов. Решение обозначенной задачи требует решения следующего круга частных задач:
1 Анализ и определение характеристик интерференционной картины поля в зоне Френеля сфокусированных пространственно-распределенных антенных систем.
2 Оценка влияния параметров пространственно-распределенных антенных систем (длина волны, размеры антенной системы, количество излучателей антенной системы, дальность фокусировки, ширина полосы сигнала и пр.) на характеристики поля формируемого ими.
3 Оценка влияния ошибок и флуктуаций параметров антенных систем на характеристики поля.
4 Оценка влияния характеристик поля на информационно-технические показатели радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов.
5 Выработка предложений по практической реализации пространственно-распределенных антенных систем, сфокусированных в зоне Френеля, для радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов.
Объект исследования. Пространственно-распределенные антенные системы, сфокусированные в зоне Френеля, радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов.
Предмет исследования. Характеристики пространственно-распределенных антенных систем и информационно-технические показатели радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов.
Методы исследований. В теоретических исследованиях использованы аналитические методы теории вероятности, математической статистики, численные методы прикладной электродинамики. Экспериментальные исследования проведены с использованием специально разработанного программного обеспечения для задач математического моделирования в среде MATLAB.
Научная новизна. В работе впервые:
1 Проанализированы и определены характеристики интерференционной картины поля в зоне Френеля сфокусированных пространственно-распределенных антенных систем.
2 Определено влияние широкополосности сигнала на характеристики поля сфокусированных пространственно-распределенных антенных систем.
3 Получена оценка влияния ошибок амплитуды и фазы на характеристики поля сфокусированных пространственно-распределенных антенных систем.
4 Определено влияние характеристик поля излучения пространственно-распределенных антенных систем и их изменения на основные информационно-технических показателей радиолиний управления и передачи информации беспилотных авиационных комплексов.
5 Проработаны варианты реализации пространственно-распределенных антенных систем, сфокусированных в зоне Френеля.
Практическая значимость. Результаты, полученные в работе, позволяют улучшить информационно-технические показатели радиолиний управления и передачи информации и могут быть рекомендованы для использования при проектировании радиотехнических средств связи беспилотных авиационных комплексов.
Апробация результатов исследования. Материалы диссертации прошли апробацию на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Международная молодежная научная конференция «XV Туполевские чтения» (Казань, 2007); VI Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (Казань, 2007); 6-ая Международная выставка конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2007); VI Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (Казань, 2008); Международная молодежная научная конференция «XVI Туполевские чтения» (Казань, 2008); Девятая международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Казань, 2008); Седьмая международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2009); Международная молодежная научная конференция «XVIII Туполевские чтения» (Казань, 2010); V Международная научно-практическая конференция «Современные технологии – ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» (Казань, 2010).
Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечиваются корректным применением методов расчета поля излучения в зоне Френеля антенных систем, обоснованностью упрощающих допущений, а также результатами математического моделирования.
Реализация результатов. Теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы при разработке технических предложений по совершенствованию информационно-технических показателей командных радиолиний в рамках опытно-конструкторских работ по разработке воздушных мишеней в ОАО «ОКБ «Сокол», а также внедрены в учебный процесс в КГТУ им. А. Н. Туполева.
Публикации. Включенные в диссертацию основные научные результаты опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 2 работы в журналах из списка, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 106 наименование отечественных и зарубежных источников, в том числе 11 работ автора, и содержит 137 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 2 таблицы и 2 приложения.
Математическая модель разреженной антенной решетки сфокусированной в зоне Френеля
Предваряя оценку и анализ характеристик интерференционной картины поля, опишем структуру пространственно-распределенной радиотехнической системы. Пространственно-распределенная радиотехническая система в общем случае выстраивается из приемо-передающих модулей, каждый из которых нацелен на решение задач не только передачи и приема сигнала, но и обеспечения формирования, требуемых в данный момент времени, пространственных характеристик поля сигнала за счет управления фазой и амплитудой излучаемого и (или) принимаемого сигнала. В первом приближении приемо-передающие модули располагаются на поверхности земли и вблизи ее, но ничто не мешает вести рассмотрение вариантов при расположении, всех или части элементов, на значительном удалении от поверхности земли. При этом в группе приемо-передающих модулей в каждый момент времени выделяется один ведущий модуль, обеспечивающий координацию подчиненных модулей. Ведущий модуль выступая, как и прочие элементарным приемопередатчиком, в случае формирования ЭМП сигнала обеспечивает подчиненные модули всем набором необходимой информации: фаза, амплитуда, вид сигнала, время излучения и пр. В случае совместной обработки принятого сигнала, наряду с организацией требуемой фазовой и амплитудной характеристик пространственно-распределенной антенной системы, каковой является-совокупность антенн пространственно-распределенной радиотехнической системы, берет на себя функции оконечного устройства обработки, куда после ее предварительной части (усиление, фильтрация, возможно разделение на квадратурные компоненты) поступают сигналы с каждого прие-мо-передающего модуля пространственно-распределенной радиотехнической системы. При этом для обеспечения такого компонента из всей совокупности характеристик радиотехнической системы, как живучесть, функции ведущего модуля должен быть способен взять на себя любой приемо-передающий модуль из группы.
Схема построения пространственно-распределенной радиотехнической системы связи в наиболее общем случае может быть представлена в виде, показанном на На рисунке 1 показаны N приемо-передающих модулей из состава пространственно-распределенной радиотехнической системы и один приемопередающий модуль из состава объекта (в рассматриваемом случае объектом является беспилотный авиационный комплекс). Приемо-передающие модули пространственно-распределенной радиотехнической системы линиями связи объединены в единую сеть, посредствам которой выполняется обмен информацией (служебной информацией, информацией о принимаемых и передаваемых сигналах и пр.) между ведущим приемо-передающим модулем и подчиненными приемо-передающими модулями. Объединение приемо- передающих модулей в сеть позволяет обеспечить функционирование пространственно-распределенных модулей как единой системы, с единым центром управления и обработки информации.
Как отмечалось выше, при оценке характеристик пространственно-распределенных радиотехнических систем связи ее элементы могут рассматриваться как элементы разреженной антенной решетки, а вся совокупность (группа) элементов (модулей) в целом, как разреженная антенная решетка (РАР) обладающая возможностью фокусироваться в зоне действия, которая по отношению к РАР является зоной Френеля [48].
Для упрощения анализа характеристик интерференционной картины поля, учитывая положения теоремы взаимности приемной и передающей антенн об эквивалентности характеристик интерференционной картины поля (характеристик направленности) [40], выполним оценку однонаправленной линии, рассматривающей N передатчиков на одной стороне и один "приемник на другой стороне.
Антенная решетка представляет собой в общем случае систему идентичных дискретных излучающих элементов, расположенных по определенному закону [17, 78]. Обычно принимается также, что диаграммы направленности элементов ориентированы одинаковым образом. Элементами решетки могут служить любые излучатели. При расчете характеристик излучения они заменяются квазиточечными источниками, имеющими такую же диаграмму. Для упрощения расчетов в некоторых случаях элементы решетки предполагаются ненаправленными. Антенные решетки могут классифицироваться по расположению элементов в пространстве. По данному признаку в том числе могут быть выделены так называемые разреженные антенные решетки. К разреженным антенным решеткам относят антенные решетки, расстояния между соседними элементами которых значительно превышает длину волны [16].
В самом общем случае распределение излучающих элементов разреженной антенной решетки может быть в определенной степени произвольным, но для упрощения, как отмечалось выше, определение основных характеристик и закономерностей их изменения, без потери общности результатов, будет выполнено для линейной эквидистантной разреженной антенной решетки, сфокусированной на нормали, на конечной дальности в зоне Френеля разреженной антенной решетки, как показано на рисунке 2.
При этом область фокусировки по отношению к каждому из элементов (антенн) такой разреженной антенной решетки находится в дальней зоне, т. е. для каждого элемента в отдельности выполняется условие где гх - расстояние от /-го излучателя (/ = 1,N ) до исследуемой области, Ц - линейный размер излучателя (антенны), Л - длина волны.
Но по отношению к разреженной антенной решетке, эта область является зоной Френеля, таким образом, выполняется условие работы в зоне Френеля1 где L - максимальный линейный размер разреженной антенной решетки.
При этом зона Френеля будет иметь достаточно большие размеры, в пределах которых интерференционная картина поля имеет немонотонный характер и зависит не только от пространственных углов, но и от расстояния - удаления точки наблюдения от РАР. Преимущества, достигаемые подобными системами, прежде всего, связаны с отмеченным характером зависимости пространственных характеристик электромагнитного поля, формируемого ими. Это в свою очередь предопределяет интерес к влиянию пространственных характеристик электромагнитного поля на характеристики радиотехнических систем и к зависимости пространственных характеристик электромагнитного поля от параметров пространственно-распределенных антенных систем.
Математическая модель РАР использующая широкополосные и сверхширокополосные сигналы
В предыдущей главе были показаны результаты оценки характеристик пространственно-распределенных антенных систем, сфокусированных в зоне Френеля для монохроматического сигнала. Данные характеристики носят несколько идеализированный характер из-за отсутствия учета структуры сигналы (его формы, длительности и пр.). Хотя именно в форме радиосигнала заложена переносимая им информация. Если для радиотехнических систем, использующих узкополосные радиосигналы, такое приближение вполне допустимо, то для систем, использующих широкополосные и сверхширокополосные сигналы, пренебрежение данным параметром не позволяет в полной мере оценить интерференционную картину поля.
Особенно учитывая то, что одной из основных тенденций развития современных радиотехнических систем является повышение пропускной способности (скорости передачи информации). Большое значение в практической реализации данного направления имеет применение широкополосных и сверхширокополосных сигналов.
Четкие границы между узкополосными широкополосными и сверхширокополосными системами и сигналами установить сложно - они достаточно условны, но тем не менее, согласно принятой классификации [21, 22, 75] они разграничиваются следующим образом:
При этом системы и сигналы относят к: - узкополосным, если 77 0.01; - широкополосным, если 0.01 TJ 0.25; - сверхширокополосным, если 0.25 Г) 1. Особенности расчета характеристик антенных решеток возбуждаемых широкополосными и сверхширокополосными сигналами, состоят в том, что методы их определения, основанные на преобразовании Фурье апертурного распределения, заменяются на прямые методы суммирования сигналов, излучаемых каждым из элементов антенной решетки с учетом их запаздывания при распространении [23, 24, 99]. Для описания характеристик таких систем наиболее часто строятся ДН по пиковой мощности. Учитывая, что эти ДН формируются только при излучении сигнала, их часто называют также мгновенными диаграммами направленности [83, 90, 91]. В настоящей работе для обеспечения учета всей энергии, излучаемой каждым излучателем, рассматриваются характеристики отражающие распределение средней мощности [98]. Целью данной главы является ответ на вопрос о влияния временной структуры сигнала на структуру результирующего поля, формируемого линейной разреженной антенной решеткой, и о взаимосвязи параметров РАР таких как число элементов, расстояние между ними (как следствие размер РАР) и временной структуры сигнала с интерференционной кар-тионой поля излучения РАР. Рассмотрим уточнения математической модели РАР, приведенной в разделе 1.3, обеспечивающие учет влияния временной структуры (формы) радиосигнала излучаемого РАР на интерференционную картину поля. Учитывая общепринятые допущения [17, 35, 97], принимаемые для упрощения выкладок и анализа, а именно то что: - антенны являются изотропными и излучают (принимают) ЭМП равномерно во всех направлениях; - взаимная связь между антеннами отсутствует; - ЭМП сигналов излучаемых (принимаемых) антеннами поляризовано в одном направлении; запишем сигнал, формируемый отдельным элементом пространственно распределенной системы. Положим, что ЭМП распределенное по апертуре (і-му элементу РАР) может быть описано как амплитудно-фазовое распределение у[, обратно пропорционально коэффициенту широкополосное 77. Оценку влияния длительности сигнала (и как следствие ширины полосы частот занимаемой сигналом) выполним, используя радиоимпульс, вырождающийся, при увеличении коэффициента широкополосности до единицы, в период несущего колебания (двуполярный импульс). Условная иллюстрация данного сигнала для различных коэффициентов широкополосности 77 представлена на рисунке 16. Учитывая результаты, полученные в первой главе, в том числе и то, что установлено влияние длины волны сигнала на ряд характеристик поля в зоне Френеля РАР и учитывая принцип электродинамического подобия [101] влияния широкополосности сигнала на характеристики поля выполним для следующих значений параметров РАР.
Оценка влияния флуктуации фазы на характеристики поля в зоне Френеля РАР
В предыдущих разделах были получены основные закономерности изменения характеристик поля РАР в зависимости от изменения ряда значений параметров РАР: коэффициент широкополосности, длина волны, количество излучателей, шаг РАР, дальность до точки фокусировки. Учитывая полученные закономерности изменения характеристик поля РАР сфокусированной в зоне Френеля, влияние флуктуации фазы и амплитуды радиосигналов в элементах РАР на характеристики поля оценим для следующего ряда значение параметров: - количество излучателей РАР (N) -8, 16; - расстояние между соседними элементами или шаг РАР (d), Л -16, 32; - длина волны (Л), м - 1; - коэффициент широкополосности (г/) - 1, 0.5, 0.25, 0.1,0.01; - СКО фазы (сгД п - 0.1, 1, 10, 20, 40, 60, 80; - радиус корреляции фазовых ошибок (с) -0.1,10; - дальность до точки фокусировки (R) - та%л (Дтах - максимальная / глубина зоны Френеля, определяемая выражением Rmax = А ). Результаты оценки характеристик для приведенного ряда значений приведены в приложении А [58]. На рисунке АЛ показана зависимость смещения фокального пятна по глубине. На рисунке А.2 показана зависимость смещения фокального пятна по направлению. На рисунке А.З показано изменение глубины фокального пятна. На рисунке А.4 показана зависимость ширины фокального пятна. На рисунке А.5 показана зависимость максимального коэффициента направленного действия в области фокусировки. На рисунке А.6 показана зависимость уровня вторичных интерференционных максимумов в поперечном направлении. На рисунке А.7 показана зависимость уровня вторичных интерференционных максимумов в продольном направлении. Рассматривая приведенные результаты можно отметить следующее. При радиусе корреляции фазовых ошибок, большем длины РАР (с =10), их влияние сказываются не значительно. По мере увеличения радиуса корреляции ошибок РАР интерференционная картина поля РАР приближается к интерференционной картине поля в отсутствии ошибок. Зависимость смещения фокального пятна от параметров РАР и глубины фокусировки, как по дальности (рисунок АЛ), так и по направлению (рисунок А.2), приближается к характеристике в отсутствие ошибок. Зависимость глубины фокального пятна (рисунок А.З) от параметров РАР и дальности фокусировки приближается к зависимости в отсутствие ошибок. Также наблюдается незначительное увеличение глубины фокального пятна, вызванное влиянием широкополосности радиосигнала. Зависимость ширины фокального пятна (рисунок А.4) от параметров РАР и дальности фокусировки приближается к зависимости в отсутствие ошибок. Также наблюдается незначительное увеличение ширины фокального пятна, вызванное влиянием широкополосности радиосигнала. Зависимость коэффициента направленного действия (рисунок А.5) от параметров РАР и дальности фокусировки приближается к зависимости в отсутствие ошибок. Зависимость уровней вторичных интерференционных максимумов (рисунок А.6, А.7) приближается к зависимости в отсутствие ошибок. При малом радиусе корреляции (с =0.1) ошибки фазы сказываются значительнее. 1 Незначительное смещение фокального пятна по направлению и дальности. Смещение находится в пределах половины глубины фокального пятна при оценке его смещения по дальности и в пределах половины ширины фокального пятна при оценке его смещения по направлению. 2 Незначительное искажение глубины фокального пятна, вызванное также незначительным отклонением его положения. Закономерность изменения глубины фокального пятна описывается выражением (1.21). 3 Незначительное искажение ширины фокального пятна. 4 Незначительное снижение КНД находящееся в пределах 10% от максимального. 5 Незначительное увеличение уровней вторичных интерференционных как в продольном так и в поперечном направлениях. При СКО ошибок av 40 наблюдается: 1 Смещение фокального пятна по дальности превышает половину глубины фокального пятна, по направлению превышает половину ширины фокального пятна. При таковом уровне смещения обеспечение фокусировки энергии в заданную точку (область) оказывается, невозможным. 2 На ряду с большим смещением фокального пятна наблюдается значительное искажение глубины фокального пятна. 3 Искажение ширины фокального пятна увеличивается. 4 Значительное снижение КНД, в ряде случаев КНД приближается к единице. 5 Уровень вторичных интерференционных максимумов увеличивается, в ряде случаев превышает уровень главного фокусного максимума. 3.3 Оценка влияния флуктуации амплитуды на характеристики поля в зоне Френеля РАР В предыдущих разделах были получены основные закономерности изменения характеристик поля РАР в зависимости от изменения ряда значений параметров РАР: коэффициент широкополосности, длина волны, количество излучателей, шаг РАР, дальность до точки фокусировки. Учитывая полученные закономерности изменения характеристик поля РАР в зоне Френеля влияние флуктуации фазы и амплитуды радиосигналов в элементах РАР на характеристики поля, оценим для следующего ряда значения параметров: - количество излучателей РАР (N) — 8, 16; - расстояние между соседними элементами или шаг РАР (d), Я —16, 32; - длина волны (Л ), м - 1; - коэффициент широкополосности (77) - 1, 0.5, 0.25, 0.1, 0.01; - СКО амплитуды (ств), — 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2; - радиус корреляции амплитудных ошибок (св) -0.1, 10; - дальность до точки фокусировки (R) - m/nr\ С тах - максимальная глубина зоны Френеля, определяемая выражением Rmax = А Результаты оценки характеристик для приведенного ряда значений приведены в приложении Б [58]. На рисунке Б.1 показана зависимость смещения фокального пятна по глубине. На рисунке Б.2 показана зависимость смещения фокального пятна по направлению. На рисунке Б.З показана зависимость глубины фокального пятна. На рисунке Б.4 показана зависимость ширины фокального пятна. На рисунке Б.5 показана зависимость максималь-ного коэффициента направленного действия в области фокусировки. На рисунке Б.6 показана зависимость уровня вторичных интерференционных максимумов в поперечном направлении. На рисунке Б.7 показана зависимость уровня вторичных интерференционных максимумов в продольном направлении. Рассматривая приведенные результаты можно отметить следующее.
Структура оптимальной пространственно-распределенной антенной системы как согласованного фильтра
В соответствии с результатами, оценки коэффициента направленного действия и размеров фокального пятна можно заключить, что при нахождении источника сигнала на нормали к РАР в области фокусировки ограниченной размерами АМТ и ЬМL по ширине и глубине выигрыш в отношении сигнал/шум радиотехнического средства при применении N-элементной РАР может достигать максимального значении КНД близкого N (числу равному количеству элементов РАР).
При этом учитывая, что при рассмотрении отношения сигнал/помеха значительное влияние оказывает местоположение источника сигнала и источника помех. Если источник сигнала и источник помех находятся в зоне Френеля сфокусированной РАР и угловое расстояние, и дальность между источником сигнала и источником помех превышают соответственно половину глубины фокального пятна ЬМ\ и половину ширины фокального пятна
АМТ, то степень подавления внешней помехи за счет пространственной селекции определяется уровнем вторичных интерференционных максимумов (боковых лепестков) интерференционной картины поля РАР сфокусированной в зоне Френеля.
Например, если обратиться к рассмотренным-характеристикам интерференционной картины поля РАР, то степень подавления помехи, при нахождении источника помех и источника сигнала на одной дальности, но на отличенных направлениях, причем расстояние между ними превышает половину ширины фокального пятна, определяется уровнем вторичных интерференционных максимумов в поперечном направлении (ST). Также, при нахождении источника помех и источника сигнала на одном направлении, но на отличенных дальностях, причем расстояние между ними превышает половину глубины фокального пятна, степень подавления помех определяется уровнем вторичных интерференционных максимумов в продольном направлении
Оптимальный приемник сигнала как пространственно-временной функции представляется в виде согласованного пространственно-временного фильтра [94]. Пространственно-временную структуру приемника можно представить в виде последовательного соединения пространственных и временных фильтров [33]. Структура оптимального приемника для чисто временных сигналов достаточно глубоко описана в ряде работ [33, 34], рассмотрим подробнее структуру пространственного согласованного фильтра.
Выражение (4.11) описывает оптимальную пространственную обработку сигналов принимаемых РАР. Из выражения следует, что такая обработка заключается в сдвиге фаз колебаний, снимаемых с выхода каждого приемного элемента (антенны), и последующем взвешенном суммировании этих колебаний, причем комплексные весовые коэффициенты определяются апертурной функцией (функцией раскрыва) РАР. Это суммирование является когерентным для полезного сигнала и некогерентным - вследствие некоррелированности шума в разных точках пространства для шумовой составляющей.
В дальней зоне, опорный сигнал оптимальной пространственной обработки при линейной антенной решетке можно записать в виде
Отсюда следует, что фазовые сдвиги, придаваемые принимаемому сигналу при пространственной обработке для когерентного суммирования сигналов, поступающих в различные точки раскрыва антенны, линейно зависят от координаты данной точки раскрыва, определяются лишь направлением на объект (угол /0) и не зависят от дальности. Поэтому оптимальная система пространственной обработки является многоканальной лишь по угловым координатам и обеспечивает пространственную избирательность только по угловым координатам.
В зоне Френеля и ближней зоне антенной системы опорный сигнал оптимальной пространственной обработки приобретает форму Это выражение показывает, что в зоне Френеля для когерентного суммирования сигналов, поступающих в различные точки раскрыва антенны, этим сигналам необходимо придавать дополнительные фазовые сдвиги, квадратично зависящие от координат точки раскрыва и определяемые как направлением на объект /0, так и дальностью до него RQ. Сигналы, создаваемыми в антенне объектами, находящимися на других дальностях (даже если эти цели расположены на том же направлении) будут суммироваться некогерентно. За счет оптимальной обработке сигналов в зоне Френеля обеспечивается пространственная избирательность не только по направлению, но и по дальности.
Можно сказать, что при оптимальной пространственно-временной обработке в зоне Френеля приемная система «фокусируется» на ту область пространства, где находится источник полезного сигнала. Из-за этого в зоне Френеля диаграмма направленности не дает полной информации о зависимости сигнальной составляющей выходного эффекта системы обработки от относительных координат объекта. Такая информация содержится в пространственной корреляционной функции (или интерференционной картине поля) [54].
