Анализ атмосферных искажений сигнала радиолокационной станции

Для формирования временной формы сигнала можно воспользоваться условной функцией вида:

(39)

Где с1,с2 - значения переменной х, определяющие границу условия, d1- значение, принимаемое функцией при выполнении условия, d2 - значение, принимаемое функцией при не выполнении условия.

Введя выражение для скорости изменения частоты внутри импульса, можем записать формулу для расчета массива отсчетов ЛЧМ-радиоимпульсов.

(40)

 (41)

Где S амплитуда радиоимпульса, щ0 - круговая несущая частота, - девиация частоты.

Рис 3.3.1 - временное представление ЛЧМ - радиоимпульса

Для расчета энергетического спектра воспользуемся функцией быстрого преобразования Фурье, передав ей в качестве входного параметра массив отсчетов сигнала. И возведем в квадрат модуль, возвращаемого этой функцией результата.

Рис 3.3.2 - энергетический спектр ЛЧМ - радиоимпульса

Для расчета массива отсчетов автокорреляционной функции ЛЧМ - радиосигнала воспользуемся формулой:

(42)

Где ICCFT() - обратное альтернативное быстрое преобразование Фурье, W(f)- энергетический спектр сигнала, Т - длительность импульса.

Выделим реальную часть полученного комплексного массива с помощью функции Re().

Рис. 3.3.3 - Автокорреляционная функция ЛЧМ - радиоимпульса

Из АКФ видно, что главный лепесток получился весьма узким, а высота двух первых симметричных боковых лепестков достаточно велика и составляет 0.12 от высоты основного лепестка. Что соответствует теории.

4 Моделирование параметров сигнала РЛС после прохождения атмосферы

При зондировании пространства сигналами РЛС возможно отличие принимаемого сигнала от ожидаемого. Это возможно из-за неоднородности среды, угла зондирования и флуктуационых ошибок. Данное отличие принимаемого сигнала от ожидаемого возникает за счет фазового сдвига зондирующего сигнала, что ведет к разным траекториям прохождения среды, а значит и к разному времени запаздывания. Фазовые сдвиги принимаемого сигнала приводят к смещению его АКФ на время запаздывания, что ведет к уменьшению уровня АКФ.

В ионосфере показатель преломления зависит от частоты и концентрации электронов. Поскольку в диспергирующей среде скорость распространения гармонических составляющих сложного сигнала различна, их фазовые соотношения в процессе распространения меняются. При прохождении через ионосферу высокочастотное заполнение сигнала как бы смещается в пределах своей огибающей, которая распространяется медленнее, чем в вакууме. Фазовые сдвиги на элементарных отрезках накапливаются вдоль пути распространения и приводят к фазовому набегу.

4.1 Оценка влияния сезонных изменений

В тропосфере давление и влажность в среднем убывают с высотой по экспоненциальному, а температура по линейному закону, поэтому средний высотный профиль приведенного коэффициента преломления можно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью [2]

, (3)

где - приповерхностное значение приведенного коэффициента преломления. радиосигнал атмосфера модуляция

Величины и зависят от сезона. Так в средних широтах зимой в среднем равно , а летом эта величина близка к . Параметр в среднем равен b подвержен изменениям в пределах от до .

Влияние сезонных вариаций коэффициента преломления на изменение фазы входного ШПС РЛС при приповерхностном зондировании можно оценить по формуле

, (4)

где - различие во времени прохождения радиоволн расстояния в разных сезонных условиях: ; и - скорости распространения радиоволн в летний и зимний сезон; - максимальная дальность действия РЛС.

Изменение фазы входного сигнала в результате влияния сезонных вариаций можно рассмотреть на рисунке 4.1.1 б.

аб

Рис. 4.1.1 а) сигнал на выходе передатчика; б) сигнал после влияния сезонных вариаций

Сезонные вариации также влияют на время задержки прихода двух импульсов. Данную зависимость можно рассмотреть на рисунке 4.1.2

Рис. 4.1.2 Изменение время задержки сигнала от сезонных вариаций

Из данной зависимости видно, что время задержки не изменяется как при прохождении сигнала летом, так и зимой.

Влияние сезонных вариаций на АКФ ЛЧМ сигнала можно рассмотреть на графике 4.1.3

Рис. 4.1.3 АКФ функция ЛЧМ сигнала при воздействии сезонных вариаций

Из данного графика видно что АКФ сигнала не изменяется, значит сильного влияния на точность приема сезонные вариации не оказывают.

4.2 Оценка влияния высотного изменения коэффициента преломления

Сканирование РЛС пространства в вертикальной плоскости в секторе от 0° до 90° будет приводить к изменению коэффициента преломления в связи с его профильной зависимостью от высоты подъема линии зондирования согласно (3). При изменении высоты от 0 до 50 км коэффициент преломления изменяется в диапазоне от 1.0003 до 1.

Изменение коэффициента преломления с высотой подъема линии зондирования эквивалентно линейному изменению фазы сигнала, которое можно проанализировать на рисунке 4.2.1 б.

аб

Рис. 4.2.1 а) сигнал до прохождении атмосферы; б) сигнал после прохождении атмосферы при влиянии высотного изменения коэффициента преломления

При зондировании пространства в плоскости от 0 до 90° наблюдается зависимость времени задержки от высоты подъема. Данную зависимость можно проанализировать на рисунке 4.2.2

Рис 4.2.2 график зависимости времени задержки от угла подъема

Из графика видно, что данная зависимость линейно возрастает и при угле подъема 90° время задержки равно 0,0005.

Рассмотрим на рисунке 4.2.3 влияния угла зондирования на АКФ функцию сигнала РЛС. Из данного графика видно, что амплитуда АКФ функции сигнала РЛС затухает при угле меньше 0.08°. Это значит что при зондировании пространства в плоскости от 0 до 90° необходимо учитывать угол подъема зондирующего сигнала во избежание полного пропадания сигнала на радаре. Так как при незначительном изменении угла подъема зондирующего сигнала наблюдается сильное затухание АКФ.

Рис 4.2.3 АКФ функция ЛЧМ сигнала при влиянии высотного изменения коэффициента преломления

4.3 Оценка влияния флуктуаций фазы сигнала на неоднородностях атмосферы

В среде с показателем преломления n радиолуч проходит расстояние l0 за время nl0/c. Если трасса распространения радиоволн L, а среда имеет зернистую структуру с размером неоднородностей l0, то общее число таких неоднородностей на пути распространения равно L/l0. При этом результирующая среднеквадратичная ошибка, пропорциональная корню квадратному из числа неоднородностей.

Среднеквадратичная ошибка возникающая в результате неоднородности атмосферы приводит к фазовому искажению сигнала РЛС, что можно увидеть из рисунка 4.3.1 б.

аб

Рис 4.3.1 а) сигнал до воздействия неоднородностей атмосферы; б) сигнал после воздействия неоднородностей атмосферы

Далее проанализируем влияние облаков и состояние воздуха на задержку сигнала и АКФ сигнала РЛС. Все данные для данного анализа приведены в таблице 2.

Таблица 2 Зависимость задержки и АКФ от размера неоднородностей и среднеквадратичной ошибки

Из таблицы 2 видно, что неоднородности атмосферы незначительно влияют на качество приема сигнала. Так же видно, что наибольшая величина АКФ наблюдается при небольших рассеянных облаках и нормальном и сухом воздухе.

Заключение

Задачей данной дипломной работы был анализ атмосферных искажений РЛС сигнала. В результате анализа были с модулированы помехи, влияющие на фазу сигнала, ЛЧМ сигнал и сигнал после прохождения атмосферы. Затем мы проанализировали влияние помех на ЛЧМ сигнал.

В результате анализа мы определили, что на ЛЧМ сигнал наибольшее воздействие оказывает смещение фазы связанное с изменением угла подъема зондирующего луча. Так при смещении зондирующего луча на незначительный угол происходит полное затухание сигнала, что можно было увидеть на АКФ ЛЧМ сигнала на рис. 4.2.3.

Смещение фазы при распространении сигнала в разные сезоны оказывает незначительное влияние на ЛЧМ сигнал. АКФ в данном случае практически не изменяется рис. 4.1.3.

При воздействии на фазу ЛЧМ сигнала неоднородностей, наблюдается небольшое изменение амплитуды АКФ, это значит, что неоднородности больших искажений в сигнал не вносят.

Размещено на Allbest.ru