Теория и техника радиолокации и радионавигации (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

, ,

ТЕОРИЯ И ТЕХНИКА РАДИОЛОКАЦИИ И РАДИОНАВИГАЦИИ

Рекомендовано Дальневосточным учебно-методическим

объединением в качестве учебного пособия для студентов

высших учебных заведений

Владивосток 2009

УДК 65.0

ББК 32.884

Г 20

Рецензенты: кафедра вычислительной техники ТОВМИ, заместитель начальника кафедры к. т.н., доцент Карелин А. Н. и кафедра акустических приборов и технических средств судовождения Дальрыбвтуза (Технического университета), заведующий кафедрой к. т.н., профессор

,

Г. 20. Теория и техника радиолокации и радионавигации. - Владивосток: ВГУЭС. 2009. – 132 с.

Учебно-методический комплекс подготовлен для дисциплины "Теория и техника радиолокации и радионавигации " и предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210305 -“Средства радиоэлектронной борьбы ”. Может быть использовано для студентов по смежным специализациям и специальностям направления 210300. Обобщены достижения в теории и технике радиолокации и радионавигации. Рассматриваются методы измерения координат и определения местоположения объектов. Излагаются основы статистической теории радиолокации и радионавигации; рассматриваются вопросы обнаружения сигналов и оценивания их параметры на фоне шумов и помех различного вида, обнаружение и оценивания сигналов, разрешения и распознавания сигналов, преодоления априорной неопределенности в задачах обработки сигналов, обнаружения и оценивания параметров траекторий. В работе использованы результаты научных исследований авторов. Работа может быть полезна специалистам в области радиолокации и радионавигации.

, ,

Редактор

Технический редактор

Подписано в печать Формат 60 x 84/ 16

Печать офсетная. Усл. Печ. Л. 9.5 Уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. Заказ Цена «С»

Отпечатано в типографии издательства ВГУЭС.

Владивосток, ул. Гоголя, 41

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ радиоэлектронных технологий.. 6

1.1. Общая модель радиотехнической системы... 6

1.2. Поля, сигналы, помехи, предмет статистической теории РТС 7

1.3. Представление сигналов и помех.. 9

1.4. Нормальный случайный процесс, белый шум... 11

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАЗЛИЧЕНИЯ СИГНАЛОВ.. 15

2.1. Содержание и классификация задач обнаружения и различения сигналов.. 15

2.2. Различение детерминированных сигналов.. 17

2.2.1. Статистические критерии различения детерминированных. 17

сигналов. 17

2.2.2. Правила оптимального различения и обнаружения. 19

2.3. Различение сигналов со случайными параметрами.. 23

2.4. Функция и отношение правдоподобия при различении сигналов на фоне аддитивного нормального шума.. 25

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ И УСТРОЙСТВА ОПТИМАЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ И РАЗЛИЧЕНИЯ СИГНАЛОВ.. 29

3.1. Обнаружение детерминированного сигнала.. 29

3.2. Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой.. 32

3.3. Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой 37

3.4. Обнаружение пакетов импульсов.. 37

3.5. Обнаружение случайных сигналов.. 40

Глава 4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 44

4.1. Содержание и классификация задач измерения параметров сигналов 44

4.2. Байесовские оценки случайных параметров сигналов.. 45

4.3. Критерии оценки неслучайных параметров сигналов и граница Крамера-Рао.. 49

4.4. Оценки по максимуму правдоподобия.. 51

4.5. Вычисление дисперсий оценок и функции неопределенности 52

4.6. Элементы теории фильтрации параметров сигналов.. 53

Глава 5. РАЗРЕШЕНИЕ СИГНАЛОВ.. 58

5.1. Понятия разрешающей спососбности.. 58

5.2. Функция неопределенности в теории разрешения.. 61

5.3. Разрешение по времени запаздывания. простые и сложные сигналы 62

5.4. Виды сложных сигналов.. 66

5.5. Разрешение по времени запаздывания и частоте. 68

ГЛАВА 6. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ рАДИОЛОКАЦИОННЫХ И РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ... 72

6.1. Основные понятия и определения.. 72

6.2. Радиотехнические методы измерения координат и их производных 74

6.3. Классификация радиолокационных и радионавигационных систем, их тактические и технические характеристики.. 80

6.3.1.Радиолокационные станции классифицируют по следующим признакам: 80

6.3.2. Радионавигационные системы классифицируются по. 81

следующим признакам.. 81

6.3.3. Основные тактические характеристики. 82

РЛС и РНС.. 82

6.3.4. Основные технические характеристики. 85

6.4. Построение и основные характеристики РЛС кругового обзора 85

ГЛАВА 7. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 90

7.1. Радиолокационные цели и формирование отраженных сигналов 90

7.2. Эффективная площадь рассеяния простейших объектов 92

7.3. Эффективная\ площадь рассеяния объектов.. 94

ГЛАВА 8. ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РАДИОСИСТЕМ... 98

8.1. Дальность действия радиолиний.. 98

8.2. Обобщенное уравнение дальности радиолокационного.. 99

наблюдения в свободном пространстве.. 99

8.3. Погрешности измерения радионавигационного параметра 101

8.4. Поиск сигналов по угловым координатам, дальности и скорости 103

ГЛАВА 9. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ.. 107

9.1. Методы измерения рассстояния.. 107

9.2. Методы измерения скорости.. 111

9.3. Методы измерения угловых координат.. 114

9.4. Точность и разрешающая способность радиосистем при пространственно-временной обработке.. 117

Глава 10 . методы защиты от радиопомех.. 120

10.1. Методы защиты от пассивных помех.. 120

10.2. Методы защиты от активных радиопомех.. 121

ГЛАВА 11. НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ САМОЛЕТОВ И СУДОВ.. 124

ГЛАВА 12. Основные типы современных и перспективных радиолокационных средств.. 127

12.1. Комплекс разведки и управления "зоопарк-1". 127

12.2. Разработка рлс перспективного истребителя.. 132

12.3. Разработка рлс со сверхширокополосными сигналами.. 133

Глава 13 . основные типы современных и перспективных радионавигационных средств.. 137

13.1. Применение радионавигационных систем... 137

13.2. Требования к радионавигационному обеспечению... 137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 145

Перечень вопросов для итогового контроля.. 146

Перечень тем контрольных работ.. 147

Основные определения.. 148

Список литературы... 156

ВВЕДЕНИЕ

В годы второй мировой войны для защиты от авиационных налетов на Великобританию, а также для обнаружения подводных лодок в надводном положении, или других малозаметных объектов были разработаны первые радары. Это стало возможным благодаря изобретению ламповых усилителей.

В стране начались интенсивные разработки собственных радиолокационных станций для кораблей, самолетов и наземных пунктов наблюдения. Радиолокаторы позволяли своевременно обнаружить вражеские самолеты и заменили звуковые обнаружители.

В страны слово "радиолокация" получило широкое распространение в пятидесятые годы. В после военное время радиолокация стала оформляться в строгую научную дисциплину. Быстро развивалась промышленность, готовились квалифицированные кадры. Отечественные ученые в условиях холодной войны самостоятельно добились значительных успехов, обогнав другие страны, обеспечили поступление на вооружение современной радиолокационной и радионавигационной техники, повысив тем самым её боеготовность и боеспособность.

Появилось многочисленное семейство радиолокационной техники, и в гражданских областях народного хозяйства. Такая аппаратура расширяла возможности человека по контролю за окружающей средой и объектами в ней. Сегодня нельзя представить себе деятельность человека в море, в воздухе и космосе без радиолокационной и радионавигационной аппаратуры. Кроме задач обнаружения радиолокационная техника решала и задачи навигации. Поэтому в этой дисциплине радиолокация и радионавигация рассматриваются совместно, хотя у каждого из этих направлений есть и существенные отличия, о них и других характеристиках говорится в этом учебном пособии.

Данное учебное пособие позволяет получить представление о методах и аппаратуре получения радиолокационной и радионавигационной информации, а также содержит рекомендации по их проектированию и эксплуатации. Рассматриваются методы измерения координат и определения местоположения объектов. Излагаются основы статистической теории радиолокации и радионавигации; рассматриваются вопросы обнаружения сигналов и оценивания их параметры на фоне шумов и помех различного вида, обнаружение и оценивания сигналов, разрешения и распознавания сигналов, преодоления априорной неопределенности в задачах обработки сигналов, обнаружения и оценивания параметров траекторий. В работе использованы результаты научных исследований авторов. Работа может быть полезна специалистам в области радиолокации и радионавигации.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ радиоэлектронных технологий

1.1. Общая модель радиотехнической системы

Терминами «радиотехнические» или «радиоэлектронные» обычно подчеркивают специфику тех информационных систем, в которых функции переносчиков сообщений между пространственно разнесенными пунктами выполняют электромагнитные волны радиодиапазона. В общем виде структурная схема любой радиотехнической системы (РТС) имеет вид, показанный на рис. 1.1

Рис. 1.1. Структурная схема РТС

Отправитель, в распоряжении которого имеется информация от первичного источника, «закодированная» в значениях конкретных физических величин (например, уровня и высоты звука в радиовещании, интенсивности и цвета элемента изображения в телевидении и др.), с помощью преобразо­вателя информация - волна взаимно однозначно отображает сообщение первичного источника в значения параметров (интенсивности, частоты, фазы и т. п.) радиоволн, посылаемых в канал распространения. Названное преобразование может быть продуктом осознанных действий отправителя, как, например, в системах передачи информации, в частности в вещании, и тогда роль преобразователя сообщение—волна отводится передающему устройству, включающему в себя модулятор и передатчик. Возможен, однако, и такой вариант, когда сообщение «управляет» параметрами радиоволн независимо от воли отправителя, так происходит, например, в радиолокации, где координаты лоцируемой цели автоматически преобразуются во время запаздывания и направление прихода отраженных от нее радиоволн. Взаимно однозначная связь параметров волны с передаваемым сообщением позволяет на приемной стороне применить обратное преобразование волна - информация, придав принятой информации ту конкретную форму, которая требуется получателю. Обычный набор элементов, из которых состоит преобразователь волна – информация: антенная система, приемник, демодулятор и др.