ПРИЧИНЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ

​REASONS FOR USING ULTRA-HIGH-BAND RADAR LOCATION

Barkov Dmitry

student, Department of Radio Control and Communications, Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin,

Russia, Ryazan

АННОТАЦИЯ

В работе рассматриваются основные причины появления сверхширокополосной радиолокации: применение сверхширокополосных сигналов, позволяющих компенсировать ухудшение одной из разрешающих способностей при улучшении другой.

ABSTRACT

The paper discusses the main reasons for the emergence of ultra-wideband radar: the use of ultra-wideband signals that make it possible to compensate for the deterioration of one of the resolutions while improving the other.

Ключевые слова: сверхширокополосная радиолокация, разрешающая способность.

Keywords: ultra-wideband radar, resolution.

Сверхширокополосная радиолокация

Радиолокация – это область техники, которая включает алгоритмы и средства обнаружения сигналов, оценки координат объектов, основанных на использовании отражающих свойств электромагнитных волн. Радиотехническая система, которая способна обнаруживать и оценивать параметры цели, называется радиолокационной системой (РЛС).

Различают два типа радиолокации: пассивную и активную. В пассивной радиолокации РЛС принимает собственное излучение цели, а в активной – собственный сигнал, отражённый от цели. В качестве сигнала можно использовать одиночный радиоимпульс [1].

Важнейшими параметрами РЛС являются разрешающие способности по дальности и скорости. Под разрешающей способностью по дальности  понимают минимальное расстояние между двумя объектами, имеющими одинаковые угловые координаты и движущимися с одинаковой скоростью, отметки от которых наблюдаются раздельно. Для одиночного импульса разрешающая способность по дальности:

где  – скорость света в вакууме,  – длительность зондирующего импульса.

Разрешающая способность по скорости  – минимальная разность скоростей двух равноудаленных объектов, имеющих одинаковые угловые координаты, при которой возможны раздельное обнаружение и измерение скоростей этих объектов. Для одиночного импульса разрешающая способность по скорости:

где  – длина волны.

Из формул (1) и (2) видно, что для улучшения разрешающей способности по дальности необходимо уменьшать длительность импульса, но при этом ухудшится разрешающая способность по скорости.

Одиночный импульс относится к простым сигналам. У простых сигналов выполняется:

где  – ширина спектра сигнала.

Для того, чтобы нивелировать ухудшение разрешающей способности по скорости  при уменьшении длительности импульса , которое, в свою очередь, улучшает разрешающую способность по дальности , в качестве зондирующих сигналов используют сложные сигналы. У сложных сигналов:

Произведение длительности импульса на полосу частот получило название базы сигнала :

Для простого сигнала при увеличении длительности импульса в  раз будет происходить ухудшение разрешающей способности по дальности в  раза. Для сложного сигнала, например, сигнала с линейной частотной модуляции, при увеличении длительности импульса в  раз будет происходить ухудшение разрешающей способности по дальности в  раз, что меньше, чем у простого сигнала [2].

Как видно из формулы (4), у сложных сигналов полоса частот намного больше величины, обратной длительности сигнала. По этой причине их называют шумоподобными или широкополосными. Сигналы, у которых база больше, чем у широкополосных, называют сверхширокополосными (СШП).

Из формулы (4) неясно, насколько большой должна быть база сигнала, чтобы сигнал можно было бы назвать сверхширокополосным. В настоящее время считается, что СШП сигнал должен удовлетворять одному из двух критериев:

- ширина спектра по уровню -10 дБ должна быть не менее 500 МГц;

- отношение ширины спектра по уровню -10 дБ к средней частоте спектра должно быть не менее 0,2.

Стоит отметить, что увеличение ширины спектра сигнала может повысить информативность системы согласно формуле Шеннона:

где  – количество передаваемой информации,  – отношение сигнал/шум по мощности.

Дело в том, что при достаточном увеличении отношения сигнал/шум  не будет происходить увеличения количества передаваемой информации . Поэтому при большом отношении сигнал/шум единственным способом увеличить количество передаваемой информации – расширить спектр передаваемого сигнала.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение СШП сигналов позволяет нивелировать ухудшение одной из разрешающих способностей при улучшении другой, а также увеличивает информационную ёмкость радиолокационной системы.

Список литературы

1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы : учебник / П. А. Бакулев. – 3-е издание, переработанное и дополненное. – Москва: Радиотехника, 2004. – 320 с.
2. Сложные сигналы в радиотехнических системах : учебное пособие / И.С. Холопов, Е.С. Штрунова ; Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина. –  Рязань, 2022. – 64 с.