Контрольная работа: Теоретические основы радиоэлектронной разведки

Нормированная автокорреляционная функция

называется также коэффициентом корреляции или взаимно корреляционной функцией (ВКФ), для нее .

Итак, полагаем, что сигнал и(t) распространяется по различным путям и принимается в двух пространственно разнесенных точках. ВКФ принятых сигналов и1(t) и и2(t) и, в частности, сигналов на выходах антенны равна

, (6)

где τ - сдвиг по времени; черта означает усреднение по времени.

В соответствии с алгоритмом (6) система взаимно корреляционной обработки [4] включает в свой состав устройство перемножения входных сигналов и1(t) и и2(t) и интегратор, производящий интегрирование результата перемножения. При наличии статистической взаимно корреляционной связи между сигналами и1(t) и и2(t) на выходе перемножителя действует постоянная составляющая. Постоянная составляющая проходит через интегрирующее устройство, уменьшающее флюктуации отклика на выходе.

Упрощенная структурная схема разностно-дальномерной КБС представлена на рис. 16.

Рассмотрим функционирование КБС при приеме сигнала одного источника. Сигналы и1(t) и и2(t), принятые антеннами А1 и А2, усиливаются в УРЧ, преобразуются на промежуточную частоту ωпр и усиливаются в УПЧ. Тракты усиления и преобразования независимых приемных устройств должны быть идентичными. Сигналы на выходах УПЧ коррелированы, так как порождены одним источником. Нарушение взаимной корреляции сигналов на выходах приемников может вызываться различием параметров сред распространения сигнала от источника к приемным пунктам и неидентичностью амплитудно- и фазочастотных характеристик приемных устройств.

Выходные сигналы одного из приемных устройств (сигналы с выхода ) ретранслируются в другую приемную точку. Сигналы с выхода  задерживаются на τd для компенсации времени распространения сигнала и2(t) в линии связи.

Рис. 16. Структурная схема корреляционного измерителя разности дальностей

Задержанный на τd сигнал подается затем на устройство регулируемой задержки и с его выхода - на перемножитель устройства взаимно корреляционной обработки.

Таким образом, на выходе перемножителя действуют смеси сигналов и шумов двух независимых приемных трактов. Перемножение напряжений внутренних шумов приемников создает на выходе устройства взаимно корреляционной обработки только флюктуационную составляющую напряжения (внутренние шумы независимы), а перемножение сигналов источника наряду с флюктуационной составляющей и регулярную (постоянную) составляющую. Последняя пропорциональна значению ВКФ принимаемых сигналов и1(t) и и2(t). Изменяя величину τз регулируемой линии задержки, можно установить значение выходного напряжения, пропорциональное максимальному значению ВКФ. Значение τз в этом случае будет соответствовать разности времен распространения сигнала τ12 от источника до антенн  и .

.6 Ошибки определения линии положения

Местоположение источника ЭМИ (без учета ошибок измерения геометрических величин) определяется [4] как точка пересечения линий положения. Так как точность измерения геометрических величин ограничена, то линии положения определяются с ошибками. Вместо линий положения имеют дело с областями возможных положений источника ЭМИ. Следовательно, и местоположение источника определяется не точкой, а областью, в пределах которой он может находиться. Размеры области зависят от ошибок измерения геометрических величин.

В зависимости от причин, порождающих ошибки, их подразделяют на методические, аппаратурные (инструментальные) и ошибки за счет влияния внешних условий, в которых проводятся измерения.

Методические ошибки обусловлены несовершенством выбранного метода измерений геометрического параметра. Так, например, ошибки измерения пеленга при использовании метода максимума в амплитудных радиопеленгаторах будут больше, чем при использовании метода минимума или метода сравнения.

Причины аппаратурных ошибок - схемные и конструктивные недостатки технических средств, реализующих метод измерений: недостаточная чувствительность выходных устройств (индикаторов) к изменению измеряемого параметра, погрешности градуировки шкал приборов, используемых для отсчета величины измеряемого параметра, и т.п.

К ошибкам, обусловленным влиянием внешних условий, относят ошибки за счет изменения условий распространения электромагнитных излучений от источника к приемным пунктам в реальной среде, а также за счет воздействия помех от внешних источников ЭМИ.

Каждая из указанных причин может приводить к появлению систематических и случайных ошибок измерения.

Систематические ошибки независимо от числа измерений имеют постоянные величину и знак. К таким ошибкам можно отнести, например, ошибки, возникающие из-за асимметрии диаграммы направленности антенны относительно максимума, минимума или равносигнального направления (при применении амплитудного метода пеленгации), ошибки из-за неидентичности параметров приемных устройств (при применении временного и корреляционного методов определения разности дальностей) и т.д.

Величину и знак систематических ошибок в принципе можно установить заранее и учесть при определении истинного значения измеряемой величины. Поэтому в дальнейшем они рассматриваться не будут.

Случайные ошибки обусловливаются множеством причин, действующих различным образом при каждом отдельном измерении одной и той же геометрической величины. Величина и знак этих ошибок от измерения к измерению различны.

Зависимость линейной ошибки определения линии положения от ошибки измерения геометрической величины может быть установлена с использованием элементов теории скалярного поля.

Геометрической характеристикой скалярного поля являются поверхности уровня, представляющие собой геометрическое место точек И рассматриваемой области пространства, в которых значение поля и(И) равно постоянной величине:

и(И) =и(х, у, z) = const.

Применительно к скалярным полям измеряемых геометрических величин (пеленг, разность дальностей, рис. 17) поверхность уровня представляет собой поверхность положения - плоскость, гиперболоид вращения.

Поверхности уровня позволяют качественно судить о скорости изменения скалярного поля по тому или иному направлению. Количественной характеристикой скорости изменения поля и(x,y,z) по некоторому направлению l является его производная ди/дl в данной точке И по этому направлению.

а б

Рис. 17. К ошибкам определения линии положения

Максимум производной скалярного поля в точке И будет в направлении градиента поля и. Градиент поля направлен по нормали к поверхности уровня, т. е. в сторону максимального изменения скалярной величины:

. (7)

где п - направление градиента поля. Модуль градиента поля на плоскости равен

, . (8)

Уравнение линии постоянного пеленга (рис. 17,а) в прямоугольной системе координат имеет вид

.

Модуль градиента поля и определим, исходя из выражений:

, ,

,

.

где D - дальность между источником ЭМИ и пунктом приема.

Заменяя частные производные конечными приращениями, получим ошибку Δn определения линии положения источника ЭМИ в зависимости от ошибки измерения Δu геометрической величины:

 . (9)

Из выражения (9) следует, что ошибка определения линии положения прямо пропорциональна ошибке измерения геометрической величины.

Найдем ошибки определения линий положения при пеленгации источника ЭМИ и при измерении разности дальностей от него.

Подставляя значение |grad u| в выражение (9), найдем ошибку определения линии положения при пеленгации источника излучения:

, (10)

где φ - ошибка измерения пеленга в радианах, или

, (11)

где  - ошибка измерения пеленга в градусах.

Среднеквадратическая ошибка определения линии равных пеленгов

. (12)

Из выражений (11) и (12) следует, что ошибка определения линии равных пеленгов пропорциональна дальности от приемного пункта до источника излучения: чем больше дальность до источника, тем ниже точность определения направления на источник. На больших дальностях величина ошибок может быть существенной. Так, например, при ошибке измерения пеленга, равной 2°, и дальностях до источников излучения 10 и 100 км ошибка определения линий положения составляет соответственно 3,5 и 35 км. Отметим также то, что для пеленгационных систем коэффициент пропорциональности между ошибками измерения геометрической величины и ошибками определения линий положения не зависит от направления на источник. Иными словами, эти системы по величине ошибки являются всенаправленными.

Найдем градиент для линии постоянной разности дальностей (рис. 17,б):

,

,

,

 (13)

В этом выражении α - внутренний угол между радиусами-векторами D1 и D2, соединяющими приемные пункты с источником ЭМИ. Ошибка определения линии положения при пеленгации источника излучения:

.

.7 Методы определения местоположения источников ЭМИ

По совокупности измеряемых геометрических параметров системы определения местоположения источников ЭМИ подразделяются [4]:

·        на триангуляционные (угломерные, пеленгационные);

·        разностно-дальномерные;

·        угломерно-разностно-дальномерные.

Вид и количество измеряемых геометрических величин определяют пространственную структуру системы определения местоположения источника ЭМИ: количество пространственно разнесенных приемных пунктов сигналов источника ЭМИ и геометрию их расположения.

Триангуляционный (угломерный, пеленгационный) метод основан на определении направлений (пеленгов) на источник ЭМИ в двух точках пространства с помощью радиопеленгаторов, разнесенных на базу d (рис. 18,а).

а б

Рис. 18. Пояснение триангуляционного метода определения местоположения источника ЭМИ на плоскости (а) и в пространстве (б)

Если источник ЭМИ располагается в горизонтальной или вертикальной плоскости, то для определения его местоположения достаточно измерить два угла азимута φ1 и φ2 (или два угла места). Местоположение источника ЭМИ определяется точкой пересечения прямых О1И и О2И - двух линий положения.

Для определения местоположения источника в пространстве измеряют углы азимута φ а1 и φ а2 в двух разнесенных точках О1 и О2 и угол места φм1 в одной из этих точек или, наоборот, углы места φм1 и φм2 в двух точках приема и угол азимута φ а1 в одной из них (рис. 18,б).

Расчетным путем может быть определена дальность от одной из приемных точек до источника по измеренным углам и известной величине базы d:

, , ,

отсюда приравняем два выражения для h:

,

.

Таким образом, дальность до источника

.

Триангуляционный метод прост в технической реализации. Поэтому широко применяется в системах радио- и РТР, в пассивных радиолокационных разнесенных системах при обнаружении и определении координат излучающих объектов.

Существенным недостатком триангуляционного метода является то, что при увеличении количества источников ЭМИ, находящихся в зоне действия радиопеленгаторов, могут происходить ложные обнаружения несуществующих источников (рис. 19). Как видно из рис.19, наряду с определением координат трех истинных источников И1, И2 и И3 обнаруживаются и шесть ложных источников ЛИ1, …, ЛИ6. Исключить ложные обнаружения при применении триангуляционного метода можно путем получения избыточной информации о пеленгуемых источниках - увеличением количества разнесенных радиопеленгаторов или опознаванием принадлежности получаемой информации к определенному источнику. Опознавание может быть проведено при сравнении сигналов, принимаемых радиопеленгаторами, по несущей частоте, периоду следования и длительности импульсов

Рис. 19. Пояснение ложных обнаружений несуществующих источников ЭМИ

Дополнительную информацию об источниках получают и за счет взаимно корреляционной обработки сигналов, принимаемых в разнесенных точках пространства.

Устранение ложных обнаружений при применении триангуляционного метода возможно также за счет получения данных о разности дальностей от источника излучения до пунктов приема (пунктов расположения радиопеленгаторов). Если точка пересечения линий пеленгов не лежит на гиперболе, соответствующей разности дальностей, то она является ложной.

Разностно-дальномерный метод определения местоположения основан на измерении с помощью РЭС разности дальностей от источника ЭМИ до пунктов приема, разнесенных в пространстве на расстояние d. Местоположение источника на плоскости находится как точка пересечения двух гипербол (две разности дальностей, измеренные в трех приемных пунктах), принадлежащих различным базам А1А2, A2A3 (рис. 20). Фокусы гипербол совпадают с точками расположения пунктов приема.

Рис. 20. Пояснение разностно-дальномерного метода определения источников ЭМИ