Радиолокационный контраст  есть произведение двух сомножителей, первый их которых не зависит от вида поляризации падающей волны (отношение полных ЭПР целей), а второй, учитывающий их поляризационную анизотропию, зависит от поляризации облучающей волны  :
 , (2)
где  и  ,  и  – полные ЭПР и степени анизотропии первой и второй целей соответственно,  – центральный угол на сфере Пуанкаре между изображениями собственных базисов целей. Используя различия поляризационных параметров отраженных от подстилающих покровов и объектов наблюдения сигналов, можно добиться существенного повышения радиолокационного контраста.
Расчеты показывают, что значение  с высокой степенью точности может быть принято равным нулю. Это означает, что в рамках такого допущения собственной поляризацией для различных элементов подстилающей поверхности будет являться линейная поляризация, хотя для каждого элемента – своя. Следовательно, если собственной поляризацией какого-либо элемента разрешения окажется эллиптическая поляризация, то это будет свидетельствовать о наличии в этом элементе какой-либо цели, под которой вовсе не следует понимать обязательно некий новый объект, это может быть та же поверхность, но с резко выраженными иными отражательными характеристиками.
Устойчивость координат собственного поляризационного базиса различных элементов исследуемых покровов позволяет путем использования режима поляризационного сканирования свести задачу обнаружения цели к задаче определения индекса амплитудной модуляции  отраженного сигнала. Например, при  с вероятностью не ниже 0,95 можно говорить о наличии цели в исследуемом элементе разрешения. Вероятность ложной тревоги при этом составляет величину 0,01.
Как показывает анализ экспериментальных исследований фазовых характеристик сигналов, отраженных от подстилающих покровов в миллиметровом диапазоне волн, распределение разности фаз  для подстилающей поверхности является Гауссовским с нулевым средним значением. С другой стороны, разность фаз линейной и кроссовой компоненты сигнала  , отраженного от неровной поляризационно-изотропной поверхности, имеет равномерное распределение на интервале  , и не зависит от характеристик поверхности и условий измерения. Для радиолокационных целей средние значения разности фаз ортогонально поляризованных компонент рассеянного сигнала далеки от нулевых, а значения разности фаз распределены неравномерно и имеют некоторое ненулевое среднее значение и небольшое среднеквадратическое отклонение (10…20°). Отличия параметров , для подстилающей поверхности и радиолокационных целей позволяет производить идентификацию целей на фоне подстилающих покровов по данным признакам.
Энергетические поляризационные признаки наиболее устойчивы к изменению ракурса цели, но сильно зависят от состояния подстилающей поверхности (наличия или отсутствия ветра) и величины разрешаемой площадки. К энергетическим поляризационным признакам относятся: полная ЭПР объекта  , где  – комплексные коэффициенты поляризационной матрицы рассеяния; и параметр  .
В то же время комплексные признаки устойчивы к влиянию подстилающей поверхности и позволяют выделить объект в условиях мешающих отражений от подстилающей поверхности. Комплексными поляризационными признаками являются  и  , где  ,  ,  – характеристический угол между собственными поляризациями.
Анализ экспериментальных данных показал, что комплексные поляризационные признаки являются более информативными по сравнению с энергетическими признаками, связанными с ЭПР целей. Вероятность обнаружения наземных объектов может быть существенно увеличена при накоплении поляризационной информации.
Установлено, что наиболее информативным и устойчивым признаком является  . Выделение данного признака позволяет значительно повысить контраст малоразмерных объектов на фоне подстилающей поверхности. Это связано с тем, что сигнал формируется при отражении m групп его блестящих точек, а сигнал от подстилающее поверхности формируется большим количеством деполяризующих отражателей при отсутствии доминирующих центров отражения, что обуславливает гораздо большие пределы изменения разности фаз между согласованными поляризациями.
Поляризационно-спектральные особенности обратного рассеяния от местности (участков суши, покрытых растительностью, гидрометеоров) и целей, состоящие в существенно более сильной корреляции отражений от целей, чем от местности, на ортогональных поляризациях могут использоваться для улучшения радиолокационной наблюдаемости малоразмерных объектов на их фоне. Физической предпосылкой их появления является существенно большая жесткость взаимного положения рассеивающих точек цели, чем помех. Для движущегося объекта, который является достаточно жесткой конструкцией, перемещения фазовых центров рассеяния на ортогональных поляризациях для «блестящих точек» также сильно коррелированны. Применение поляризационно-спектрального метода селекции позволяет улучшить наблюдаемость наземных объектов на фоне местности, покрытой растительностью на 4-10 дБ.
Круговая поляризация оказывается эффективным средством для подавления мешающих отражений от гидрометеоров только в условиях тумана и слабого дождя (не более 8…10 мм/час). При сильном дожде и снегопаде ее использование оказывается нецелесообразным, так, например, для обеспечения вероятности правильного обнаружения цели в этих условиях на уровне 0,9, ЭПР цели должна быть увеличена не менее чем в 2 раза. При уровне вероятности 0,95 соответствующая величина ЭПР возрастает в 3,5 раза.
Прием на кроссовую поляризацию может оказаться более эффективным, чем прием на КП в условиях сильного дождя, однако ЭПР на кроссовой поляризации для реальных целей оказывается, как правило, на порядок ниже, поэтому кроссовый прием целесообразен при наблюдении целей, располагаемых достаточно близко от РЛС (район аэропорта). Характеристики обнаружения при кроссовом приеме слабо зависят от метеоосадков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целью настоящей работы являлось расширение диапазона применения РЛС ОЛП при селекции малоподвижных и неподвижных наземных объектов на фоне естественных и искусственных покровов, характерных для зоны аэропорта, а также в условиях сложной метеообстановки.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
Произведен анализ влияния мешающих отражений и метеообразований на эксплуатационные возможности РЛС ОЛП.
Произведен анализ отражательных характеристик естественных и искусственных покровов на территории аэропортов и объектов наблюдения РЛС ОЛП. Выявлены различия в поляризационной структуре отраженных от подстилающих покровов и объектов наблюдения сигналов.
Произведен анализ отражательных характеристик метеообразований, влияющих на функционирование РЛС ОЛП, и сигналов, отраженных от объектов наблюдения РЛС ОЛП в сложной метеообстановке.
Разработаны рекомендации по расширению диапазона применения РЛС ОЛП путем использования методов радиополяриметрии.
В ходе работы были получены следующие новые научные результаты:
Определены статистические характеристики элементов матрицы рассеяния естественных и искусственных покровов, характерных для зоны аэропорта, а также объектов наблюдения в миллиметровом диапазоне волн, подтвержденные экспериментальными данными.
Определены статистические характеристики элементов матрицы рассеяния метеообразований, а также объектов наблюдения в сложных метеоусловиях в миллиметровом диапазоне волн, подтвержденные экспериментальными данными.
На основе экспериментальных данных определено влияние вида поляризации на дальность действия РЛС ОЛП при их эксплуатации в сложных метеоусловиях.
Разработаны рекомендации по расширению диапазона применения РЛС ОЛП методами радиополяриметрии.
Полученные результаты дают возможность:
Повысить вероятность правильного обнаружения малоподвижных и неподвижных наземных объектов при наличии мешающих отражений от подстилающей поверхности и метеообразований.
Повысить контраст наблюдаемых малоподвижных и неподвижных объектов в зоне аэропорта на индикаторе РЛС ОЛП, и тем самым обеспечить работоспособность РЛС ОЛП в неблагоприятных погодных условиях.
Повысить уровень безопасности полетов (взлет, посадка) и предупреждения столкновения на земле.
Повысить интенсивность движения транспортных средств в районе аэродрома, а, следовательно, и интенсивность полетов воздушных судов.
По содержанию диссертационной работы опубликованы следующие работы:
В изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций:
Яманов А.Д. Прохождение радиолокационного сигнала через осадки и его отражение от наземных объектов // Научный Вестник МГТУ ГА, №117, 2007.
Яманов А.Д. Статистические характеристики матрицы прохождения, обусловленной наличием метеообразований в миллиметровом диапазоне волн // Научный Вестник МГТУ ГА, №117, 2007.
Яманов А.Д. Поляризационные характеристики подстилающих покровов в миллиметровом диапазоне волн // Научный Вестник МГТУ ГА, №126, 2008.
Яманов А.Д. Отражающие свойства и возможности поляризационной селекции наземных радиолокационных объектов в мм и см диапазоне // Научный Вестник МГТУ ГА, №133, 2008.
Яманов А.Д. О фазовых характеристиках сигнала отраженного от подстилающих покровов, относящихся к классу поляризационно-изотропных // Научный Вестник МГТУ ГА, №133, 2008.
Яманов А.Д. Применение поляризационной селекции для улучшения эксплуатационных характеристик РЛС ОЛП // Научный Вестник МГТУ ГА, №152, 2009.
Яманов А.Д. Методы и средства борьбы с мешающими отражениями в РЛС ОЛП // Научный Вестник МГТУ ГА, №152, 2009.
Яманов А.Д. Возможности расширения диапазона применения радиолокационных станций обзора летного поля в сложных метеооусловиях методами радиополяриметрии // Научный Вестник МГТУ ГА, №158, 2010.
В прочих изданиях:
Яманов А.Д. Дополнительные возможности повышения точности измерения дальности при нелинейной радиолокации. В кн.: Авиация и космонавтика 2007. Тезисы докладов 6-й Международной научно-технической конференции. – М., МАИ, 2007г., с. 84.
Яманов А.Д. Особенности распределения разности фаз ортогональных компонент отраженного от подстилающих покровов сигнала в миллиметровом диапазоне волн. В кн.: Авиация и космонавтика 2008. Тезисы докладов 7-й Международной научно-технической конференции. – М., МАИ, 2008г., с. 143.
Яманов А.Д. Координаты собственного поляризационного базиса подстилающих покровов в миллиметровом диапазоне волн. В кн.: Гражданская авиации на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. – М., МГТУ ГА, 2008г., с.143.
Яманов А.Д. Особенности матрицы рассеяния подстилающих покровов в миллиметровом диапазоне волн. В кн.: XXXIV Гагаринские чтения. Труды Международной молодежной научной конференции. – М., МАТИ, 2008г., с. 159-160.
Яманов А.Д. Отражающие свойства наземных радиолокационных объектов в мм и см диапазоне. В кн.: Авиация и космонавтика 2009. Тезисы докладов 8-й Международной научно-технической конференции. – М., МАИ, 2009г., с. 109-110.
Яманов А.Д. Фазовые характеристики сигналов, отраженных от подстилающих покровов в мм и см диапазоне волн. В кн.: XXXV Гагаринские чтения. Труды Международной молодежной научной конференции. – М., МАТИ, 2009г.
Яманов А.Д. Возможности поляризационной селекции наземных радиолокационных объектов в мм и см диапазоне. В кн.: XXXV Гагаринские чтения. Труды Международной молодежной научной конференции. – М., МАТИ, 2009г.
Яманов А.Д., Колядов Д.В. Анализ отражающих характеристик наземных радиолокационных объектов в ММ и СМ диапазоне волн. Труды XV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь (RLNC-2009)», Воронеж, 2009, том 2, с. 1802-1810.
Яманов А.Д., Колядов Д.В. Анализ отражающих характеристик подстилающих покровов в миллиметровом диапазоне волн. Труды XV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь (RLNC-2009)», Воронеж, 2009, том 2, с. 1811-1819.
Yamanov A. Polarization Characteristics of Underlying Covers in Millimeter-Wave. “Signal processing symposium SPS 2009”, Jachranka Village, May 28-30, 2009. Warsaw University of Technology – Institute of Electronic Systems, 2009, p. 420-425.
Соискатель Яманов А.Д.
|
