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

Допплеровское сужение луча

эффективно
не эффективно

Рисунок 1. Секторы эффективности метода допплеровского сужения луча

эффективно
не эффективно

Рисунок 1. Секторы эффективности метода допплеровского сужения луча

эффективно
не эффективно

Рисунок 1. Секторы эффективности метода допплеровского сужения луча

Допплеровское сужение луча

Допплеровское сужение (заострение) луча — это метод преобразования принятых радиолокационных откликов в радиолокационное изображение. Данный метод применяется в бортовых радиолокаторах для улучшения поперечной разрешающей способности. Для этого используется эффект Допплера, что дает возможность определить угловое положение разных рассеивателей в пределах луча радиолокатора. Благодаря применению медода допплеровского сужения луча удается существенно улучшить разрешающую способность, не меняя при этом ширину луча.

Исторически так сложилось, что термин «допплеровское сужение луча» имел два значения. Радиолокатор с синтезированной апертурой, впервые описанный Карлом Вайли (Carl Wiley) в 1951 году как система, в которой анализируются радиолокационные отклики во временной области, был назван этим термином. Позже термин «допплеровское сужение луча» стал использоваться для обозначения метода формирования радиолокационного изоражения вдоль направления полета на секторном индикаторе «азимут-дальность» поворотного бортового радиолокатора. Такой метод работет в частотной области.[1]

Носовые радиолокаторы самолетов имеют существенные ограничения на геометрические размеры апертуры антенны. Как правило, такой размер не превышает полуметра. При таких условиях даже для очень высоких рабочих частот луч радиолокатора имеет ширину около 4 градусов. Таким образом, если использовать реальный луч, без применения дополнительных методов, достигаемая разрешающая способность радиолокатора будет невысокой.

При допплеровском сужении луча используется когерентный режим радиолокатора с низкой частотой повторения зондирующих импульсов. Отраженные от точечных объектов сигналы будут иметь допплеровские сдвиги частоты, определяемые их относительной радиальной скоростью. Чем дальше расположен объект от линии курса самолета, тем меньше радиальная составляющая вектора его относительной скорости (вектор красного цвета на Рисунке 1) и тем меньше величина допплеровского сдвига частоты. Если скорость самолета (и, следовательно, нормализованное значение частоты Допплера) известна, то величина углового отклонения объекта от линии курса самолета может быть рассчитано по измеренному допплеровскому смещению частоты. Чем меньше частота Допплера, тем больше угловое расстояние между линией курса самолета и направлением на объект. Таким методом может быть достигнуто угловое разрешение около 0,5 градуса.[2]

Если провести такой расчет для каждого пикселя радиолокационного изображения, то в результате получается гораздо более четкое изображение, как если бы оно было получено при помощи антенны с более узким лучом. Очевидно, что описанный метод эффективно работает в тех случаях, когда разница между нормализованной (опорной) частотой Допплера и допплеровским сдвигом частоты отраженного от объекта сигнала имеет некоторое заметное значение, которое может быть измерено. Интуитивно понятно, что при малых угловых расстояних относительно линии курса такая разница будет небольшой. На практике в секторе 15 градусов вправо и влево от линии курса применение рассмотренного метода не приводит к улучшению изображения. В области же эффективных углов при ширине луча в 4 градуса метод дает улучшение разрешающей способности до 0,5 градуса.

Метод был применен в радиолокаторе AN/APG-66 компании Westinghouse, установленном на ранних моделях самолета F–16 компании General Dynamics.

Источники:

  1. Merill I. Skolnik: Radar Handbook. 3. Aufl. Mcgraw-Hill Professional, New York NY 2008, ISBN 978-0-07-148547-0.‌ Pages 17.2f
  2. P. Tait: ''Introduction to Radar Target Recognition'' IET, 2005, ISBN 9780863415012 (ограниченный просмотр)