Радиолокация с двойным спектральным анализом шумового сигнала как средство изучения взволнованной морской поверхности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

1ЬГ .ид ~ 5 ДПР 1933

российская академия наук институт радиотехники и электроники

На правах рукописи

КИРИЛЛИН Кирилл Львович

РАДИОЛОКАЦИЯ С ДВОЙНЫМ СПЕКТРАЛЬНЫМ АНАЛИЗОМ ШУМОВОГО СИГНАЛА КАК СРЕДСТВО ИЗУЧЕНИЯ ВЗВОЛНОВАННОЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

МОСКВА - 1993

. -

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники Российской Академии наук.

Научный руководитель: кандидат физико-математических

наук Н.Н.Залогин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук М.О.Александров

доктор физико-математических наук К.А.Лукин

Ведущая организация: Московский государственный Университет

им. М.В.Ломоносова.

Защита состоится " 23 " апРеля 1993 г в 10 часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д.002.74.02 при Институте радиотехники и электроники Российской Академии наук.

Адрес института: 103907, г. Москва, ул. Моховая, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале биб-литеки Института радиотехники и электроники РАН.

Автореферат разослан » 22 « /иарто, 1993 г_

Ученый секретарь

Специализированного Совета _

кандидат физико-математических наук М/ХШ^и*/ М.Г.Голубцов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность теш диссертации. В системе методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) активной радиолокации отводится весьма существенная роль. Важным направлением ДЗЗ, применяемым при решении целого ряда задач геодезии, метеорологии и океанологии, стало в последние два десятилетия использование прецизионных спутниковых радиовысотомеров (РВ). При этом ввиду жестких требований, предъявляемых к относительной точности определения дальности в таких измерениях (порядка Ю-7), возникает необходимость учета влияния морского волнения на величину задержки отраженного радиоимпульса. В последние годы этому вопросу, называемому также проблемой электромагнитного смещения (ЭМС) измеряемого уровня поверхности, уделяется большое внимание. Результаты низковысотных экспериментов по изучению ЭМС говорят о необходимости изучения зависимости данного эффекта от частоты излучения.

Проведение исследований в этом направлении сопряжено с необходимостью использования многодиапазонных средств радиолокационного (РЛ) зондирования, способных при работе на малых расстояниях обеспечивать как разрешение по дальности порядка единиц сантиметров, так и однозначность измерений. При этом далеко не последнюю роль играет требование простоты технической реализации и предпочтительности использования стандартной измерительной аппаратуры. Выбор типа таких РЛ средств зависит в значительной степени от используемого зондирующего сигнала.

Перспективность использования зондирующего сигнала в виде широкополосного шума для проведения высокоточных РЛ измерений обусловила большой интерес к методам шумовой радиолокации в течение последних двух десятилетий. Благодаря созданию генераторов стохастических колебаний в 80-е годы существенно упростилась процедура генерации широкополосных и сверхширокополосных шумовых сигналов по сравнению с проблемой формирования мощных импульсов с соответствующей шириной полосы частот.

Использование наиболее естественного способа обработки шумовых сигналов - корреляционного - наталкивается в ряде случаев на отсутствие (из-за определенных технических сложностей) серийных приборов, удовлетворяющих требованиям к коррелятору РЛС. Вместе с тем известен способ обработки шумового сигнала путем двойного спектрального анализа (ДСА), исследовано его применение для опре-

деления расстояния до отражателей в длинной линии передачи и указано на принципиальную возможность его использования в радиолокации (Пуарье, 1968). Известны также некоторые теоретические варианты усовершенствования данного метода (Залогин, Калинин, 1980, 1982).

Степень реализации потенциальных возможностей шумового сигнала при РЛ зондировании определяется конкретными характеристиками способа обработки этого сигнала. Однако основные характеристики метода ДСА для случая конечного времени анализа и его возможности при зондировании шероховатой поверхности (и, в частности, поверхности моря) остаются неизученными; отсутствуют данные о его практическом применении.

Все вышеперечисленное, в основном, и определяет актуальность и направленность проведенных исследований.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является теорети-тическое и экспериментальное исследование особенностей шумовой радиолокации с двойным спектральным анализом как средства изучения взволнованной морской поверхности. Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

- расчет отношения сигнал/шум (с/ш) для случая РЛ зондирования неподвижной цели при обработке шумового сигнала путем двойного спектрального анализа;

- определение основных зависимостей отношения с/ш от условий зондирования и параметров радиолокатора;

- определение условий применимости метода двойного спектрального анализа в случае движения цели;

- теоретическое исследование возможности использования метода ДСА шумового сигнала в целях радиовысотометрии над шероховатой (морской) поверхностью;

- теоретическое исследование возможности оценки параметра шероховатости поверхности при дистанционном зондировании шумовым сигналом с ДСА;

- создание многодиапазонного макета шумового радиолокатора с ДСА и определение его основных характеристик;

- проведение измерений по низковысотному зондированию взволнованной морской поверхности с применением созданного макета радиолокатора .

Работа выполнялась в период 1986-1992 гг. в рамках поисковой

:: плановой ЙЮ РАН по прсзкту "Рьсрасотать и ¡шедрить го-

рскос:зл5сккз г.*.зтоде изучения природные рзсурсов для рзпгешгя наро-люхозрГэтглттх задач", ы::г;;р "Прогрзхлэ 0.74.02", II. гос. рэгист.

01

с-лпп'Ь") гг'.зультатц расогп и их юзззпа. il 'Исс.йгнёцсн тесрглпосхсл ргсчог' оапсзекхя. с/и для случая УЛ зсш~тг-СРс'.шл H-iiTOдd:*.:rJio'ï цоди с последу ¡глум двойным спектрзль-liri 2Н2.Т.Г0СМ лукового сигнолз. Нл основ© полученного вырптэнпя 70-оезтлчзокч :тсогз.гозчч>-; ззгл:схкес7ь стнолокул с/а на выходе с;:сгв!я с:г::,плс; о? 1;зл1:>уч, хяра:'.тзр:?зу:тднх условия рзооты ра-, i-'j--.; :р р-'.-рт^'о ттзлзгзго, чте лсилл-о

i-.vrvr.) ала.ус.!, урсг*?нь чотор-к растет с уголпбпкем средкзго 'л:з-;<лт:л сгэк^р-зл^юй плотности су;га сигнала и пс:.?зхк ка глепз тту: ¿ту: -лулуу, что су^зит^уо? спрздзлле:.::;;; гла-

сорззсм согзд спгузлз тгрел-.укюз сиугсяуз отползти с/а, которое но 'с-л? лоуузло путем укзллтения усукзотм пэрздзтчгзп. Л. Тууззллзуп псе.'эцсгэн случз" рд оэтсптрсвопия дзгсу^олся г-осл'.л.г .у..'. дзсУзу: олз'уззлтЕ:;:" зна.узем луозото з:т:у?ла 1 зпзгуу гуууус оууууял^ с/1:; з случзз дп-лекля цзлл, лезлз-

лслу-уллл. уу ;узлз.-о узлу/-! лзузлсзз уулззтл подл, ггу: котором зуз ггр:г:э:г_'! :у:уд дкягюге спздтрзлтлогс зпзглзл, гахяяаг. ;зосл в тем, что гз время усреднения сигнала в лолосе фильтра сведенье цели долхно оыть иного кеньпе по крайней мере половины минимальней длины волны используемого сигнала.

3. Теоретически исследована применимость метода двойного спектрального анализа аумового сигнала при зондировании серохова-тей поверхности в целях радиовысотометрии. Теоретически рассмотрены два альтернативных подхода к вопросу усреднения спектров. Впервые показано, что при реализации первого подхода, заключающегося з усреднении первичного спектра, последний может не содержать осо-оенности, характеризующей дальность до среднего уровня поверхности. обоснована процедура определения расстояния до подстилающей шероховатой поверхности по высокочастотной части усредненного вторичного спектра.

4. Теоретически исследована возможность определения параметра

шероховатости подстилающей поверхности при использовании радиолокации с двойным спектральным анализом шумового сигнала. Впервые показано, что ширина высокочастотной части вторичного спектра определяется, в частности, величиной среднеквадратичного отклонения отражающих точек от среднего уровня, т.е. параметром шероховатости поверхности, что может быть использовано для оценок этого параметра.

5. Создан и экспериментально исследован в натурных условиях многодиапазонный макет шумового радиолокатора, использующий метод двойного спектрального анализа. Экспериментально определены его основные характеристики (точность измерения дальности, величина отношения сигнал/шум). Показано, что достигнутая точность измерения дальности составляет не хуже 10 см при теоретическом значении 7.5 см.

6-. Обоснована возможность и целесообразность использования метода радиолокации с двойным спектральным анализом шумового сигнала в экспериментах по изучению проблемы электромагнитного смещения измеряемого уровня морской поверхности. 0 помощью созданного макета радиолокатора проведены измерения в трех диапазонах длин волн (10 см, 3 см и 8 мм), результаты которых могут быть использованы для изучения обратного отражения шумовых сигналов от взволнованной морской поверхности.

основные, выносимые на защиту положения диссертации, имеющие принципиальное, общефизическое значение, заключаются в следующем:

- При радиолокационном зондировании с двойным спектральным анализом шумового сигнала существует определяемое главным образом базой сигнала предельное значение отношения сигнал/шум, которое не может быть повышено путем увеличения мощности передатчика.

- При зондировании шероховатой поверхности шумовым сигналом и обработке этого сигнала путем двойного спектрального анализа возможно определение дальности до среднего уровня этой поверхности по положению максимума высокочастотной части усредненного вторичного спектра, а также оценка параметра шероховатости этой поверхности по ширине высокочастотной части указанного спектра.

обоснованность научных положений и выводов. Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, доказывается при сопоставлении данных теоретического анализа и результатов проведенных экспериментов. Их количественное соответствие сви-

т

детельствует о справедливости использованного подхода к анализу рассматриваемых явлений.

Практическая ценность и прикладное значение. Полученные в диссертации результаты по исследованию характерных особенностей метода радиолокации с двойным спектральным анализом шумового сигнала могут оыть использованы при создании относительно недорогих устройств, построенных на основе серийно выпускаемой промышленной апаратуры и реализующих высокое разрешение по дальности.

Публикации результатов диссертации и личный вклад автора.

По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 - в центральной печати ("Радиотехника и электроника"). Автору принадлежит проведение теоретических расчетов по вопросу зондирования шумовым сигналом шероховатой поверхности и по определению отношения сигнал/шум для радиолокатора с ДСА, анализ полученных теоретических результатов, расчет и построение макета радиолокатора (исключая систему регистрации данных на персональный компьютер); участие совместно с сотрудниками ИРЭ РАН в проведении и анализе результатов экспериментов по определению характеристик локатора и измерению обратного отражения шумовых сигналов от взволнованной морской поверхности.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсузда-лись на международной конференции "Радар-8?" (Лондон, 1987); Всесоюзной конференции по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды (Рига, 1986); межведомственном научно-техническом совещании "Статистические методы и системы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды" (Минск, 1989); ЮП Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, 1990).

II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, обзора, трех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит МО страниц. Из них 2>Т страниц машинописного текста, 2.Ъ рисунков и список литературы из Б6 названий.

Во введении обсуждается актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, положения, выносимые на защиту, приведено краткое содержание работы, отмечен личный вклад автора.

В обзоре литературы кратко прослеживается история развития

методов радиолокации с использованием сложных (шумоподооных) и истинно шумоЕых сигналов, в том числе широкополосных и сверхширопо-лосных, у которых ширина полосы частот соизмерима с величиной средней частоты, отмечаются большие потенциальные возможности радиолокационного сигнала, представляющего сооой реализацию широкополосного шума достаточно оолыпой длительности.

Показано, что в работе Пуарье предложено использовать явление некогерентной интерференции широкополосных сигналов для целей радиолокации и кратко изложена суть этого метода, приводящего к двойному спектральному анализу сигнала. Рассмотрены работы, посвященные исследованию аналогичных вопросов (Ефимов, Лукин, Ракитян-ский, 1988), в том числе и вышедшие раньше раооты Пуарье (Троицкий, 1955).

Показано, что остаются неизученными принципиальные вопросы, касающиеся возможностей практического применения метода ДСА (его особенности при конечном времени анализа, а также при зондировании шероховатой поверхности) и определяющие его место среди других способов шумовой радиолокации.

ГЛАВА 1. РАСЧЕТ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ ДДЯ СЛУЧАЯ РАДИОЛОКАЦИИ С ДВОЙНЫМ СПЕКТРАЛЬНЫМ АНАЛИЗОМ ШУМОВОГО СИГНАЛА.

В первой главе диссертации произведен расчет отношения с/ш при конечном времени анализа спектра как для неподвижной, так и для движущейся цели, и определены основные зависимости отношения с/ш от условий зондирования и параметров радиолокатора.

Рассмотрена схема ДСА шумового сигнала. Стационарный случайный процесс (шумовой сигнал) ии), генерируемый в полосе частот АР, поступает на направленный ответвитель и разветвляется на два канала: опорный (включающий в себя аттенюатор) с коэффициентом передачи по напряжению В0 и измерительный (излучение, отражение прием) с коэффициентом передачи по напряжению В1; сумма V(г) опорного и принятого отраженного сигналов с выхода сумматора поступает на СВЧ анализатор спектра (АС) последовательного типа, определяющий спектральную плотность мощности случайного процесса и состоящий из перестраиваемого фильтра с полосой ДГ; двухполупериодного квадратичного детектора и НС-интегратора.

Если единственная неподвижная цель находится на расстоянии Ь, и выполнено условие ¿Г>>1/Тп, где Тп= 2Ь/с, а время анализа спек-

тра лга неограничено, то нормированные спектры мощности зондирующего ф+(ш) и принятого ф_(toj сигналов связаны соотношением: Ф (ш)=

=Рг(ш, Т0) ф+(со), где Рг(ы, Т0) - функция модуляции спектра (ФМС):

Fr(cj,T0)= (1+2p coa ojT0+p2)/(1+p2) + Г, а Г = 1п/1у - отношение средних интенсивностей помехи и пршятого сигнала на входе СВЧ анализатора спектра, a p=BQ/B1 - параметр дисбаланса сумматора. Спектр мощности суммарного сигнала приобретает характерную изрэ-занность ("модуляцию"), частотный интервал которой Д1 =1/T0=c/2L однозначно связан с измеряемой дальностью L (разностью электрических длин опорного и измерительного каналов).

В случае конечного времени анализа мо""» говорить о получеша: лишь оценок СЕЧ спектра. Несовпадение, разброс этих оценок относительно истинного значения спектральной плотности мощности шумового процесса (СПШ1) определяет возникновение "шума" за счет конечности времени анализа и шумового характера используемого сигнала. Т.е. помимо "обычного" флуктуационного шума входных устройств РЛС в данном случае имеется дополнительный "шумовой" фактор - шумы анализа; под "шумом" следует понимать сушу флуктуационных шумов и шумов анализа. Под сигналом же понимается информативная компонента СВЧ спектра, т.е. "модулирующая" косинусоидальная составляющая.

При спектральном анализе, проводимом в течение ограниченного отрезка времени, вследствие хаотического характера временной реализации оценка CIMII производится с ошибкой, стандарт которой пропорционален величине СПМШ; величина Г будет иметь вид: Г=7/(1+р ), где 7 = NAÍ/Pr, Рг - мощность принятого по измерительному каналу отраженного сигнала, N - спектральная плотность мощности флуктуационных шумов анализатора СВЧ.

За счет развертки первого анализатора СВЧ спектр на его выходе представлен в виде функции времени. Сигнал с выхода первого анализатора подается на второй (низкочастотный) АС, фактически определяющий вид автокорреляционной функции суммарного сигнала, по-локение максимума которой однозначно характеризует измеряемую дальность.

При этом величина отношения с/и на выходе второго АС определяется выражением:

q- - ¿E/íí = 3,6т; ДГТ slnc¿g / [(7/ptpH/p)¿+2J, где nine g = (sin g)/g; g = z At/At„; . = лгпл:УД? - вр>;.:я усред-

нения сигнала в полосе фильтра.

Из анализа полученного выражения следует, что увеличение излучаемой мощности может не приводить к увеличению отношения с/ш выше некоторого предела, определяемого главным ооразом базой сигнала, т.е. произведением ДГТ. Физическая причина этого состоит в том, что уровень шумов анализа пропорционален среднему значению спектральной плотности суммы сигнала и помехи на входе системы.

Исследованы зависимости отношения с/ш от величин, характеризующих параметры радиолокатора (мощности передатчика, величины дисбаланса сумматора р, уровня входных шумов СВЧ анализатора, времени анализа, ширины полосы фильтра СВЧ АС) для условий работы, имевших место при проведении натурных испытаний макета локатора (дальность до цели 14 м, полоса обзора 2000 МГц).

Для случая движущейся цели рассчитано отношение с/ш и рассмотрено условие применимости метода ДСА. Поскольку движение цели приводит к нестационарности спектра, так что положение максимумов и минимумов СЛМШ будет изменяться со скоростью * 10*(У/1), Г0-средняя частота диапазона ДР, V - радиальная скорость цели^ СВЧ анализатор при установленной полосе обзора ДР будет просматривать

эффективную полосу частот дРЭф = ДР ± 2удга = ДР (1 ± р), где параметр р = [VI/(Аэд/2)]"[ДГ^/ДХ], ^=А,0=с/Г0, а выбор знака зависит от направления радиальной скорости цели. С учётом этого определено условие квазистатичности цели, заключающееся в том, что за время усреднения сигнала в полосе фильтра смещение цели должно быть много меньше по крайней мере половины минимальной длины волны используемого сигнала.

Для случая движущейся цели определено отношение с/ш:

Я[2 = 3,6х ДГТ (1±р) з1пс^~[£>( 1 ±р) ] / [ (7/р+р+1/р)2+2] и исследована его зависимость от скорости цели. Показано, что в случае движения цели величина отношения с/ш сильно зависит от выбранного диапазона частот излучения.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РАДИОВЫСОТОМЕТРИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА ШЕРОХОВАТОСТИ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДВОЙНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ШУМОВОГО СИГНАЛА.

Во второй главе исследуется применение метода ДСА при зонда-

ровании шероховатой поверхности, представляющей собой набор случайных независимых "блестящих" точек, закон распределения отклонения которых от средего уровня поверхности предполагается нормальным с дисперсией а^. В то же время распределение этих точек по поверхности предполагается равномерным. Такое представление шероховатой поверхности часто используется для моделирования морской поверхности при вертикальном зондировании. Диаграмма обратного отражения блестящей точки, расположенной на удалении ^ от точки на-дирного визирования характеризуется множителем ехр(-г|/Ь2), а диаграмма направленности антенн D(r) предполагается такой, что

D2(r)=D0exp(-r^/a2). Высота расположения локатора Н над средним уровнем поверхности значительно превышает размер зоны облучения и высоту шероховатости (H>>ri>>hi). Ширина полосы зондирующего сигнала предполагается достаточно большой, так что отсутствуют флуктуации интенсивности суммарного сигнала, связанные с фазировкой отдельных частотных компонент. Амплитуды коэффициентов отражения от всех блестящих точек одинаковы и частотнонезависимы во всем диапазоне ДР. Функция модуляции спектра (ФМС) характеризует модуляцию спектра мощности зондирующего сигнала для отдельной реализации. (Интересуясь изменением формы первичного (СВЧ) спектра, удобно оперировать с ФМС Р(ш), которая рассматривается как первичный спектр).

Вторичный спектр S(T), определяемый как обратное преобразование Фурье от F(cj)» является спектром задержек, сопутствующих рапро-странению сигнала до цели и обратно, и состоит из двух отстоящих друг от друга областей: "высокочастотной" S^T), соответствующей различным расстояниям от излучателя до точек поверхности, и "низкочастотной" S2(T), соответствующей различным разностям хода до точек поверхности.

Предполагается, что характерное время изменения рельефа подстилающей поверхности велико по сравнению с длительностью выборки, производимой первым анализатором - рельеф шероховатости квазиста-тичен. Ввиду случайности величин hi и г^ (например, при волнении морской поверхности) Р(ш) и S(T) также будут случайными. Поэтому

проанализированы усредненные по реализациям величины F(u) и S(T).

Возможны два альтернативных подхода к вопросу определения дальности (высоты) до подстилающей шероховатой поверхности методом ДСА. Первый подход заключается в получении реализаций первичного

спектр;,, кх усраднзчх;', я коричном ана«лзо этой г^лкчшы. игорой ггрздгтолагае? получен»* otxoxlxiix рзалпзацкй вторичного спектра с послвдукида,: та. ycpesKsmie;*..

Рзсог.хпродх сои подхода, дохазачо, чго если сродпохвадрат;1ч-ное оихпох-чхю о^ отралаххдх точат: от срздхого урохнх хохархкостх одного порлдха ил,; га.аьтлаат длину homzi к (о^Л), что, как пра-ixlxo, хаохадаотса; и х'-ааазома, го уоо^^Ногш:*:. сиахтр сигнала, сннгтаахзго о cwx.iaтор.;, храхтхчаолх хх-зт ооозан1х:о1х, харак-терпз^хдох раозтохчха

¡¡охахачо, что up-/, хзхзлазахал.х; ххарохо подхода аз.х)г;лат /н-

терос продогавляет ьх:хххах ;Т'), хрхч^х а.¡рака ¡..хоахочаазотло!. части усродхаштого ьтоычиого охахтро заьхспт ох . злхч<,:к /, опродэдяс-кол ширляой дхзгра,лх! капраалоххастх антоах ьпсотсй Я, а тахха от парахатрт хорохохатах пох;грххаотх с, , что хо:.;: т Олт.:. использовано для оцалсх ггого харххзто.;. Xoxxxiixa i i.xjax згасл малсххальхоД разхостл хода хучаХ от хадуча^ахх д./ о]ххаа;го уроскя поверхности в продолах дхатралхх г;( wz.im

(Z-- [HO/fA-l/t^]"' ). Ь случат, хог,..а о,,--<.(,, xxxxxxxiT.xoa зха;з-чонла S., Xia .LOCiTirciOiO;: xpx l- i.,- /Д/о. Хаххх; о арах. т. xoax aaxo опрадалахха далаг.аотх xa x~xx...xx; xa?:\- x\.yxa утре.;, x-xx'. xxaoxo-частотхоД чаогх вторхчного зхзхтра.

Н коьду глагд кратко расо'.:отр:;ка ироолзыа злахт] олагнхтпого с&'.о«?нйк к?л.зр»:е-{,:ого радховлсотолором сродного урэка« морской поверхности. иооскована возможность и целесообразность использования метода радиолокации с ДСА шумового сигнала для зондирования взволнованной морской поверхности как в целях исследования особенностей функционировашш макета РЛС с ДСА и возможностей его практического применения, так и для проведеюш измерений, результаты которых могут оыть использованы для изучения особенностей отражения шумовых сигналов от поверхности моря.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ МАКЕТА РЛС С ДВОЙНЫМ СПЕКТРАЛЬНЫМ АНАЛИЗОМ ШУМОВОГО СИГНАЛА.

В третьей главе приводится описание макета шумового радиолокатора, условий проведения экспериментов и результатов исследования основных характеристик макета.

В блок-схеме макета реализована схема двойного спектрального анализа для трех диапазонов СВЧ (1.5+3.5; 8+10; 36+36.5 ГГц), при этом интегральная мощность генератора шумового сигнала (ГЩ) составляла соответственно около 40, 30 и 10 мВт. Использование стандартных СВЧ анализаторов спектра типа СК4-62 - СК4-66 с калиброванной полосой обзора до 2000 МГц позволяет переходить от одного диапазона к другому (в пределах от 2 до 12 ГГц) без изменения разрешающей способности путем замены лишь гетеродинного блока и ГШ. В качестве НЧ анализатора использовался вычислительный анализатор спектра СК4-72/2, способный работать в режиме реального времени. При работе по морской поверхности система синхронизации обеспечивает заданный режим работы, а система записи (состоящая из магнитографа, двухкоординатного самописца и персонального компьютера в комплекте с АЦП) регистрирует сигналы с выходов СВЧ и НЧ анализаторов и импульсы синхронизации, а также сопутствующую информацию (например, сигналы с волнографов, осуществляющих контактное измерение профиля морской поверхности). В диапазонах 3 и 10 см использовались стандартные широкополосные антенны П6-23А, а в диапазоне 8 мм - параболические антенны.

Для проверки результатов теоретических расчетов Главы 2 в части определения параметра шероховатости поверхности, т.е. среднеквадратичной высоты морских волн, необходимо проводить зондирование поверхности моря с высот порядка сотен метров, для чего требуется установка аппаратуры на вертолет. При проведениии данной работы условия для этого отсутствовали.

Местом проведения экспериментов была выбрана неподвижная морская платформа Черноморского отделения МГИ АН УССР. Вертикальное зондирование производилось с высоты 14 метров; при этом размер облучаемого пятна составлял порядка 2 м (А.=10 см), 0.7 м (А.=3 см) и 0.1 м (Л.=8 мм).

Для выполнения условия квазистатичности рельефа зондируемой поверхности длительность выборки сигнала была взята равной 10 тз. Проверялись следующие основные характеристики макета: точность определения дальности, разрешающая способность по дальности, отношение сигнал/шум на выходе НЧ анализатора при данных условиях эксперимента.

В результате калибровочных измерений с помощью уголкового отражателя определена связь между частотой отметки цели и расстояни-

ем до нее. С учетом дискретности отсчетов по частоте точность измерения дальности составила не хуже 10 см при теоретическом значении 7.5 см.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что даже в случае, когда размер зоны облучения значительно меньше длины морской волны, в отдельной реализации вторичного спектра можно наблюдать несколько максимумов в пике, соответствующем морской поверхности. При этом экспериментально определенная разрешающая способность системы составляет величину около 25 см, что иллюстрируется соответствующими реализациями вторичного спектра.

Для определения отношения сигнал/шум на выходе НЧ анализатора при наблюдении неподвижного уголкового отражателя регистрировались 600 реализаций радиоотклика, по которым вычислялось среднее значение амплитуды максимума и среднеквадратичное отклонение от средней амплитуды. Их отношение (т.е. отношение с/ш) оказалось равно величине порядка 12 - 17, что совпадает с теоретическими оценками, выполненными в Главе 1. Небольшая величина отношения с/ш обусловлена выбранными условиями эксперимента, а именно, достаточно большой величиной дисбаланса сумматора (неравенства мощностей сигналов на его входах), что необходимо для обеспечения пропорциональности амплитуды сигнального отклика величине коэффициента отражения облучаемого участка морской поверхности.

Простота переоборудования макета радиолокатора с одного диапазона на другой, возможность регистрировать с высокой точностью дальность до облучаемого элемента поверхности, а также его коэффициент отражения, позволили применить макет радиолокатора для проведения измерений в трех диапазонах частот по обратному отражению шумовых сигналов от взволнованной морской поверхности (при этом, однако, в данной работе не ставилась задача анализа этих данных для исследования характеристик морского волнения). Ценность этих измерений состоит в том, что ни в одной из опубликованных до настоящего времени работ не производились подобные измерения для одного и того же типа волнения при разных рабочих частотах радиовысотомера. Результаты этих измерений были использованы другими авторами (Калинкевич, Чернышев, 1992) для изучения зависимости эффекта электромагнитного смещения измеряемого уровня поверхности от частоты излучения.

f

15

заключение.

В этом разделе содержатся выводы диссертационной работы, которые перечислены в пункте "Основные результаты работы и их новизна".

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Особенность использования метода Пуарье в шумовой радиолокации в случае морской поверхности. Тезисы докл. Всесоюзной конф. по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды. Рига. 1986. С.34. ( Совместно с Н.Н.За-логиным, А.А.Калинкевичем).

2. On a Possibility of Range Measuring from a Rough Surface by Means of the Spectral Analysis of Quasy-Monochromatlc Signal. Int. Conf. "Radar-87". London. 19-21 October 1987. P.574 - 576. (Совместно с В.И.Аксеновым, Н.Н.Залогиным, А.А.Калинкевичем).

3. Результаты использования стохастических сигналов при зондировании морской поверхности. Тезисы докл. межведомственного на-учно-технич. совещания "Статистические методы и системы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды". Минск. 1989. С. 119-121. (Совместно с Н.Н.Залогиным, А.А.Калинкевичем).

4. О возможности измерения,расстояния до шероховатой поверхности методом спектрального анализа непрерывного шумового сигнала. // "Радиотехника и электроника". 1990. Т.35. N.3. С.548-555. (Совместно с Н.Н.Залогиным, А.А.Калинкевичем, В.Я.Кисловым).

5. О влиянии относительного перемещения аппаратуры в случае использования метода шумовой радиолокации с двойной спектральной обработкой сигнала. Тезисы докл. XYI Всесоюзной конф. по распространению радиоволн-. Харьков. 1990. Часть 2. С. 260. (Совместно с Н.Н.Залогиным, А.А.Калинкевичем).

6. Расчет соотношения сигнал/шум для РЛС, работающей по методу двойного спектрального анализа шумового сигнала. // "Радиотехника и электроника". 1993. Т. 38. N 2. С. 278 - 286. (Совместно с Н.Н.Залогиным, А.А.Калинкевичем).

Подписано в печать 11.03.1993 г.

Формат 60x84/16. Объем 0,93 уол.п.л. Тираж 100 экз.

Ротапринт ИРЭ РАН. 3ак.32.