Оценка потенциальной информативности сигнальных радиолокационных измерений космических объектов

многочастотных и широкополосных сигналов область измерений для каждого фиксированного направления будет иметь вид лучевого сегмента в к -пространстве, где k = ( k 1 ,k 2 ,k 3 ) - удвоенный волновой вектор, величина которого зависит от имеющейся полосы частот A F (см. рис. 1.2).

Рис. 1.1. Геометрические соотношения при наблюдении ИСЗ наземной РИС-И

Рис.1.2. Области наблюдений в угло-частотном пространстве при фиксированном ракурсе наблюдения ∆ k = 4 π ∆ F/c

Для ИСЗ, стабилизированных по трем осям (например, KX-11(12), «Лакросс»), изменение направления будет определяться параметрами движения центра масс объекта относительно РИС-И. Если предположить, что угол φ в процессе движения остается практически неизменным (ось x₃ направлена вдоль вектора скорости), то типичная область измерений для ИСЗ первой категории будет иметь вид, приведенный на рисунке 1.3. При широкополосных измерениях область представляет собой кольцевой сегмент шириной ∆ К = 4 π ∆ F/c или ∆ К = К_в – К_н , где К_в , К_н – соответственно минимальное и максимальное значения модуля волнового вектора.

Рис. 1.3. Области наблюдений в угло-частотном пространстве при изменении ракурса наблюдения за счет относительного движения ИСЗ ( θ _н, θ _в – соответственно начальное и конечное значения угла, Δ θ = θ _в – θ _н)

Для монохроматического сигнала она вырождается в одно сечение угловой диаграммы отражения. На практике, за время одной проводки, равной нескольким минутам, изменение ракурса наблюдения ИСЗ лежит в пределах от θ _н = 20^о до θ _в =160^о. Изменение угла φ для стабилизированных объектов не столь велико и обычно не превышает 5–10⁰. Наблюдение вращающихся объектов имеет две особенности. Во-первых, за время проводки ИСЗ может периодически наблюдаться в одном и том же угловом интервале. Во-вторых, существует принципиальная возможность получения выборки ракурсов в полном угловом диапазоне от 0 до 360°. Для медленно вращающихся ИСЗ, находящихся в режиме кувыркания, время получения полной ракурсной информации обычно составляет 1-2 мин. Если объект стабилизирован вращением, то это время существенно снижается до нескольких секунд, в частности для ИСЗ типа «Феррет».

В зависимости от вида некоординатных измерений, проводимых наземными РИС-И, на области D в к -пространстве будет определена функция, связанная с отражательными и геометрическими характеристиками цели. Для заданной поляризации сигнала при облучении и приеме отражательная способность объекта наиболее полно характеризуется комплексным коэффициентом рассеяния (ККР), квадрат модуля которого определяет ЭПР объекта:

IA (k_ )| = 5( k),

где A ( k ) , a ( k ) - ККР и ЭПР цели.

Некоординатные измерения, осуществляемые с помощью наземной РИС-И, можно разделить на два типа: широкополосные, понимаемые в обобщенном пространственно-временном смысле, и узкополосные. При узкополосных измерениях пространственно-частотная когерентность сигнала не используется. К ним относятся наиболее распространенные энергетические измерения отраженного сигнала или ЭПР. Обычно предполагается, что выполняется условие ∆ F / f 0 <<  1 ( f ₀ – несущая частота) и цель находится в одном элементе разрешения. Тогда можно полагать, что каждому измерению соответствует одна точка в к -пространстве.

При работе РИС-И в режиме широкополосного зондирования принимаемый сигнал является дальностным портретом (ДП), характеризующим представление отражательной способности цели.

Использование широкополосных сигналов (ШПС) позволяет обеспечить разрешение в продольном направлении, равное:

ВЕСТНИК 2016

ВЕСТНИК 2016

Δx=2π Δk=c2ΔF, где с – скорость света, что дает возможность получать одномерные радиолокационные изображения (РЛИ) объекта. В режиме снятия доплеровских спектров или обращенного синтезирования апертуры с использованием узкополосного сигнала РИС-И обеспечивает проведение пространственно-когерентных измерений. Доплеровские портреты представляют собой одномерные изображения объекта – проекции отражательной способности на прямую, перпендикулярную мгновенной угловой скорости вращения и линии визирования.

Если обозначить угловой размер синтезированной апертуры Δ θ , то разрешающая способность в поперечном направлении составит величину:

λ ₀

∆ x ₁ ≅ _{2 ∆Θ} .

С точки зрения решения обратной задачи дифракции, принципиальное значение имеет вопрос об информационной эквивалентности пространственных и частотных измерений. Как пространственные, так и частотные измерения могут характеризоваться изменением вектора k в угло-частотном пространстве. Запишем относительное приращение вектора в форме

— = —e k + A® e ® + A ^ sin ® 0 e _T , k ₀     k ₀

где e k = d e Θ e ϕ – орт ы сферической системы координат в точке k = k 0 ;

Δk,ΔΘ,Δφ – соответствующие приращения. Одинаковые приращения волнового вектора по модулю могут быть обеспечены при изменениях его модульного значения или направления, если выполняется условие:     = ΔΘ = Δϕsin Θ0 , k0

где Θ₀ – значение ракурсного угла в точке k ₀. Из этого выражения и равенства k ₀= 4 π f ₀/ с следует соотношение эквивалентности

∆F/f0 = ∆Θ , определяющее условие равного разрешения в продольном и поперечном направлениях, выполнение которого целесообразно при синтезе двумерных изображений. Это условие обычно реализуется при снятии радиально-доплеровских портретов (РДП), т.е. при когерентной пространственной обработке широкополосного сигнала, что обеспечивает получение двумерных изображений в координатах «кросс-дальность (частота Доплера) – дальность». Область в угло-частотном пространстве, соответствующая таким измерениям, показана на рис. 1.4.

1 - широкополосные изменения,

2 - доплеровские,

3 - радиально-доплеровские

Рис. 1.4. Области в угло-частотном пространстве, соответствующие режимам когерентных измерений

Особенности наблюдения ВОКО, находящихся на геостационарных орбитах, заключаются в том, что ракурсность измерений меньше, чем при наблюдении НОКО. Это может привести к практической невозможности достижения требуемой разрешающей способности в поперечном направлении.

Таким образом, любые виды измерений, проводимые РИС-И, могут быть представлены в угло-частотном пространстве значениями ККР или ЭПР. В общем случае вид области наблюдения представляет собой сферический сегмент и определяется параметрами движения и собственного вращения ИСЗ; видом используемого сигнала и когерентностью проводимой обработки или режимом функционирования РИС-И.