www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Обнаружение зависших вертолетов

В старых аналоговых радиолокаторах практически невозможно было отделить зависший в воздухе вертолет от неподвижной помехи (например, отражений от местных предметов или метеообразований). Только благодаря большому практическому опыту оператора можно было принять решение о том, что этот дополнительный неподвижный объект является чем-то отличным от пассивной помехи. Так в чем же заключается отличие зависшего вертолета от неподвижной цели?

Рисунок 1. Радиальные скорости движения различных частей зависшего вертолета

This graphic shows a helicopter in top view. Here you can see the technical drawing of a helicopter of the type of the ADAC “Christopher”. It has four rotor blades which rotate counter-clockwise. The helicopter itself has no Doppler frequency because its radial speed is zero. But the rotor blades move at a very high speed. In the upper semicircle of the graphic they move towards the radar, thus having a maximum radial velocity to the radar, thus a maximum positive Doppler frequency. In the lower semicircle of the top view, they move away from the radar, have a maximum negative radial velocity, i.e. a maximum negative Doppler frequency. These three frequencies overlap to form an echo signal.

Рисунок 1. Радиальные скорости движения различных частей зависшего вертолета

Вращающийся винт! И хотя зависший вертолет не двигается над поверхностью, в отраженном от него сигнале присутствуют очень высокая допплеровская частота fD. Таким образом, эхо-сигнал от такой цели имеет две характерные особенности:

  1. Нулевая (или очень малая) скорость перемещения над поверхностью земли, вследствие чего в отраженном сигнале всегда присутствует частотная компонента без (или с очень малым) допплеровского смещения:
    frx = ftx
  2. Очень большая допплеровская частота, обусловленная отражением от вращающихся лопастей винта вертолета (скорость перемещения концов лопастей почти равна скорости звука):
fD = 600 m/s
λ

В более старых системах селекции движущихся целей проблемой было то, что лопасти одновременно двигаются к радиолокатору и от него с одной и той же радиальной скоростью. Отсюда возникает третья особенность:
 

  1. Наличие двух допплеровских частот с противоположными знаками:
    frx = ftx ± fDoppler
    Эти две составляющие имеют одинаковое значение только для зависшего вертолета. Если они отличаются, то это говорит о том, что вертолет движется, а разница между ними является мерой радиальной скорости вертолета.

Кроме этого, радиолокатор с относительно большим периодом следования импульсов всегда видит только мгновенный «снимок» случайного положения лопастей винта, то есть флуктуации допплеровской частоты от импульса к импульсу будут сильными. Очень чувствительные радиолокаторы (с относительно высокой частотой излучения) обеспечивают наблюдение даже сигналов, вызванных вибрациями корпуса вертолета и использование их в качестве характерных признаков. Также может наблюдаться турбулентность, обусловленная отражениями от струй горячего воздуха, выбрасываемых работающим двигателем.

При помощи быстрого преобразования Фурье (БПФ) все эти частотные составляющие могут быть идентифицированы как спектр отражения от вертолета и в сигнальном процессоре будет сформирована отметка цели, соответствующая вертолету. Очень чувствительные системы в настоящее время обеспечивают определение даже количества лопастей винта вертолета по изменению допплеровской частоты в единицу времени, а также количества оборотов винта в минуту, что дает возможность определить тяжелый или легкий это вертолет!

Теоретически может быть возможным определение по одному эхо-сигналу типа вертолета, курса его полета (в зависимости от угла наблюдения) и скорости.


Sponsors: