CC BY
43
УДК 621.396.96
ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ДОПЛЕРОВСКАЯ ФУНКЦИЯ ОТКЛИКА СОСТАВНОГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБЪЕКТА В ЗАДАЧЕ ОБНАРУЖЕНИЯ
А.И. КОЗЛОВ, В.Н. ТАТАРИНОВ, С.В. ТАТАРИНОВ, Н.Н. КРИВИН
В настоящей работе рассмотрены поляризационно-доплеровская функция отклика (ПДФО), составной радиолокационный объект и вопрос об обнаружении слабо отражающих малоразмерных объектов.
Ключевые слова: поляризационно-доплеровская функция, составной радиолокационный объект.
1. Определение поляризационно-доплеровской функции отклика составного радиолокационного объекта
Предположим, что составной радиолокационный объект (СРО) включает в себя рассеивающую (подстилающую) поверхность и малоразмерный (точечный) искусственный объект. Каждый из указанных объектов характеризуется его матрицей рассеяния (МР). Предположим также, что собственные векторы этих матриц совпадают. Тогда МР составного объекта (подстилающая поверхность и движущийся точечный объект) в круговом поляризационном базисе [1] может быть записана как
стилающей поверхности. Для случая круговой поляризации излучения круговое поляризационное отношение для волны, рассеянной СРО, имеет вид
Нетрудно видеть, что круговое поляризационное отношение (2) представляет собой средневзвешенную величину
рассеянных подстилающей поверхностью и объектом соответственно. Эта величина подлежит анализу с целью её использования в задаче обнаружения слабо отражающего объекта.
. . . (!)
1 [^О)-120)]+[41 Ч 2 ]ехр{)^} +120)ЫХ1 +Х 2 ]ехр{)^})
2 -)([11(1) + 120)]+[41 +42]ехр{)^}) -([110)-120)]+[41 Ч2]ехр{)^})
Здесь величины Х1, 42 есть собственные числа точечного движущегося объекта, О есть до-плеровская частота, а величины 1 ¡(1) (1=1,2) есть флуктуирующие собственные числа МР под-
. [11(1)-12(1)]+ [41 Ч2]• ехр{)Ш}
(2)
11(1) + 12(1)
41 +4 2
1(1) + 12(1) 41 + 42
2. Определение различия между элементами составного объекта
Преобразуем выражение (2а) к виду
сигналов, рассеянных малоразмерным объектом и подстилающей поверхностью. Перепишем
Таким образом, имеет место наиболее интересный случай для обнаружения малоразмерного объекта на фоне подстилающей поверхности: анализируемый метод разложения поляризаци-онно-доплеровской функции отклика (ПДФО) СРО является корректным только для случая, когда сигнал, рассеянный подстилающей поверхностью, значительно превышает сигнал, рассе-
3. Эффект поляризационно-доплеровского «следа» как способ обнаружения слабо отражающих объектов на фоне подстилающей поверхности. Результаты эксперимента
Полученные результаты позволяют предложить способ обнаружения слабо отражающих объектов на фоне подстилающей поверхности. Нетрудно показать, что главный член разложения ПДФО СРО имеет форму узкополосного случайного процесса
Принимая во внимание, что малоразмерные объекты чаще всего имеют простую форму и изготовлены из металла, можно предположить, что эти объекты относятся к классу поляризационно-изотропных и степень их поляризационной анизотропии равна нулю (|1 х = 0) . Отсюда следует, что выражение (7) может быть переписано в виде
Выражение (8) отображает изменения, которые слабо отражающий объект внёс в сигнал, рассеянный подстилающей поверхностью. Эти изменения определяются доплеровским сдвигом частоты, содержащимся в ПДФО СРО и обуславливающим её форму в виде узкополосного случайного процесса. Таким образом, слабо отражающий движущийся объект не наблюдается традиционным способом, но его наличие обуславливает «след» этого объекта в ПДФО СРО. Наличие отклика типа (8), имеющего вид узкополосного процесса, подтверждается экспериментально. Тогда, реализуя спектральный анализ как энергетической функции отклика ЭПР(1), так и ПДФО СРО 81(1), можно убедиться в предполагаемой повышенной эффективности использования ПДФО в задаче обнаружения слабо отражающих объектов.
Экспериментальные исследования проводились с использованием моноимпульсного поляризационного радара [х], выходные параметры которого представляли собой полную мощность рассея-
функцию [1+а^^ехр-^О^]-1 комплексного аргумента а (1;)-ехр{)О1;}= 2
[1+а (О-ехр^}]-1 = [1+21"1
=ъ как
(4)
и разложим выражение (4) в степенной ряд
при условии [¿| <1. Поскольку 2=а (1;)-ех р[)° ¿| определяется только модулем от-
ношения |а (1).
(5)
янный точечным объектом. Используя первый член разложения (5) при условии [¿| <1, перепи шем ПДФО СРО в виде
(6)
(7)
Для слабо отражающих объектов модуль отношения |а(1) удовлетворяет условию |а| <<1.
(8)
ния составным объектом (ЭПР(1)) и коэффициент эллиптичности рассеянной волны К(Ч), связанный
с модулем кругового поляризационного отношения д
K(t)=(р
-1
зобно-линейным преобразованием вида +l).
Prl
В ходе эксперимента исследовался составной объект в виде участка подстилающей поверхности и движущегося по ней в направлении на радар человека, скорость перемещения которого составляла V »0,1+0,25 м/с. Доплеровский сдвиг частоты для данного интервала скоростей при длине волны радара 1=0,03 м составляет
І^І=2У/1» 7+17 Гц.
На рис. 1 изображены экспериментальные реализации флуктуаций ЭПР (і) составного объекта и поляризационно-доплеровской функции отклика К (і) на двухсекундном интервале.
Рис. 1. Экспериментальные реализации ЭПР (?) и К (?)
Для удобства интерпретации в дальнейшем коэффициент эллиптичности преобразовывался в третий нормированный параметр Стокса как 8^(1;)=2К(1)/[_1+К2(1;)], а затем вычислялись автокорреляционные функции флуктуаций ЭПР(1) и К(Ч). После этого с использованием теоремы Винера-Хинчина определялся усреднённый спектр мощности упомянутых функций. На рис. 2 представлены результаты вычислений.
Рис. 2. Энергетические спектры функций ЭПР(1) (сплошная линия) и К(Ч) (пунктир)
Нетрудно видеть, что в области частот 12+16 Гц спектральная плотность мощности поляризационно-доплеровской функции отклика (пунктирная линия) имеет ярко выраженный максимум, превосходящий соответствующий максимум спектральной плотности мощности ЭПР (сплошная линия) в 10+12 раз. Таким образом, результаты эксперимента убедительно подтверждают данные анализа и свидетельствуют о высокой эффективности обнаружения слабо отражающих объектов при использовании поляризационно-доплеровской функции отклика.
ЛИТЕРАТУРА
1. Татаринов В.Н., Татаринов С.В., Лигтхарт Л.П. Введение в современную теорию поляризации радиолокационных сигналов. - Томск: Томский государственный университет, 2006.
POLARIZATION-DOPPLER RESPONSE FUNCTION OF A COMPOUND RADAR OBJECT IN THE DETECTION PROBLEM
Kozlov A.I., Tatarinov V.N., Tatarinov S.V., Krivin N.N.
Polarization-Doppler response function of a compound radar object is considered in this paper for small-scale object détection problem decision.
Key words: polarization-doppler function, composed radar object.
Сведения об авторах
Козлов Анатолий Иванович, 1939 г.р., окончил МФТИ (1962), заслуженный деятель науки и техники РФ, академик Академии транспорта РФ и Международной академии информатизации, профессор, доктор физико-математических наук, Соросовский профессор, заведующий кафедрой технической эксплуатации радиоэлектронных систем воздушного транспорта МГТУ ГА, автор более 300 научных работ, область научных интересов - радиофизика, радиополяриметрия, радиолокация.
Татаринов Виктор Николаевич, 1941 г.р., окончил ТУСУР (1964), доктор технических наук, профессор, действительный член Академии электромагнетизма (Массачусетс, США), заведующий кафедрой конструирования и производства радиоаппаратуры, автор около 200 научных работ, область научных интересов - теория когерентности и поляризации электромагнитного поля, статистическая радиофизика, рассеяние волн сложными объектами, поляризационная радиолокация.
Татаринов Сергей Викторович, 1969 г.р., окончил ТУСУР (1994), кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и производства РЭА, автор около 70 научных работ, область научных интересов - статистическая теория поляризации при рассеянии волн сложными объектами.
Кривин Николай Николаевич, 1985 г.р., окончил ТУСУР (2007), аспирант кафедры конструирования и производства РЭА, автор 7 научных работ, область научных интересов - теория поляризационного контраста малоразмерных объектов на подстилающей поверхности.
