Случайный пространственный сигнал в дальней зоне источника излучения. Пространственно-временная эквивалентность и принципы пространственной обработки сигналов (стр. 1 из 2)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

«Случайный пространственный сигнал в дальней зоне источника излучения. Пространственно-временная эквивалентность и принципы пространственной обработки сигналов»

МИНСК, 2008

Случайный пространственный сигнал в дальней зоне источника излучения

Часто в плоскости излучения имеет место не регулярный, а случайный пространственный сигнал. Например, это относятся к отраженному сигналу или мешающим отражениям, когда амплитудно-фазовое распределение поля в плоскости излучения практически является пространственно-некоррелированным, корреляционная функция которого определяется двумерной дельта-функцией

,

где

- спектральная плотность пространственно-некоррелированного излучения, размерность которой - .

Корреляционная функция случайного пространственного сигнала в дальней зоне источника излучения с учетом ограниченного размера раскрыва излучателя ХУ определяется следующим образом:

где

, .

Полученный результат следует интерпретировать следующим образом. В отличие от направленного излучения при регулярном АФР на раскрыве источника, излучение пространственно-некоррелированногоисточника не является направленным. Диаграмма излучения такого источника является многолепестковой (рис. 1). Корреляционная функция сигнала в выходной плоскости

имеет форму , а ее ширина, определяющая область корреляции случайного пространственного сигнала в дальней зоне источника излучения равна:

- по пространственным частотам

, ,

- по углам

, ,

- по координатам

в дальней зоне

, .

Следует обратить внимание, что угловой размер области корреляции случайного пространственного сигнала в дальней зоне источника излучения по существу определяется шириной одного лепестка многолепестковой диаграммы направленности такого источника излучения

, .

Пространственные характеристики отраженного сигнала, шума, мешающих излучений и отражений на раскрыве приемной антенны

Отраженный сигнал. Пространственная структура отраженного от сосредоточенного объекта наблюдения сигнала определяется хаотическим или случайным распределением его блестящих точек. Благодаря этому размеры области пространственной корреляции такого сигнала следует считать значительно меньшими размеров объекта обратного вторичного излучения. Таким образом, сигнал в плоскости обратного вторичного Излучения можно считать пространственно-некоррелированным.

В таком случае размеры области пространственной корреляции отраженного сигнала на раскрыве приемной антенны определяются длиной

, геометрическими размерами объекта и расстоянием до него :

.

Рис. 1. Диаграмма излучения источника пространственно – некоррелированного сигнала

Рис. 2. Пояснение пространственной структуры мешающих отражений

Таким образом, область пространственной корреляции отраженного сигнала у раскрыва приемной антенны определяется произведением ширины лепестка диаграммы обратного вторичного излучения объекта и расстояния по него. Как правило, размеры области пространственной корреляции отраженного сигнала в зоне приема значительно превосходят геометрические размеры раскрыва приемной антенны, Такой сигнал по аналогии с соответствующим временным сигналом (

) следует называть пространственным медленно флуктуирующим случайным процессом ( ).

Шумы. Источниками внутренних пространственных шумов являются каналы многоканального приемного устройства, подключенные к соответствующим элементам многоэлементной антенны. Эти шумы являются не только некоррелированными во времени, но и пространственно-некоррелированными.

Мешающие отражения. Мешающие отражения обусловлены рассеянием излученного системой сигнала распределенными отражателями. Область пространства распределенных отражателей, облучаемая или подсвечиваемая зондирующим сигналом, хотя и является ограниченной, но может быть очень большой, т.к. ее размеры определяются направленными свойствами передающей антенны и расстоянием до подсвечиваемой области отражателей

(рис. 2).

По отношению к такому источнику вторичного рассеянного излучения приемная антенна РЛС находятся не в дальней, а в ближней зоне, поскольку

.

Поэтому по отношению к приемной антенне источник рассеянного излучения должен рассматриваться как бесконечно протяженный. Вывод о том, что размер области корреляции мешающих отражений у раскрыва приемной антенны определяется размером раскрыва передающей антенны

является неверным, поскольку концепция, положенная в основу его расчета, справедлива только для дальней зоны. Учитывая, что приемная антенна по отношению к источнику рассеянного излучения находится в ближней зоне, можно считать это обратное вторичное излучение пространственно неограниченным некоррелированным случайным процессом, а мешающие отражения у раскрыва приемной антенны пространственно некоррелированным шумом.

Пространственно-временная эквивалентность и принципы пространственной обработки сигналов

Существует подобие, аналогия, эквивалентность между временными и пространственными понятиями, представлениями, категориями и характеристиками, что ведет к аналогии Принципов пространственной и временной обработки. Систематизированный перечень основных аналогий сведен в таблицу соответствия временной и пространственной обработки.

Таблица 1. Таблица соответствия временной и пространственной обработки сигналов

Временная	Пространственная
1. Междупериодная временная обработка	1.Междупериодная пространственная обработка
2. Период повторения ( )	2. Интервал между элементами раскрыва приемной антенны ( )
3. Время наблюдения – время обработки ( )	3. Пространство наблюдения – пространство обработки ( )
4. Интервал корреляции флуктуаций (интервал когерентности) случайного процесса ( )	4. Область корреляции флуктуаций (область когерентности) случайного пространственного сигнала ( )
5.Коэффициент междупериодной корреляции флуктуаций случайного процесса ( )	5. Коэффициент междуканальной корреляции случайного пространственного сигнала ( )
6. Спектральная (скоростная) селекция	6. Спектральная (угловая) селекция
7. Радиальная скорость объекта ( )	7. Угловое отклонение объекта наблюдения от нормали к раскрыву приемной антенны ( )
8. Доплеровское смещение частоты отраженного сигнала или мешающих отражений	8. Пространственная (угловая) частота отраженного сигнала или мешающего излучения
9. Доплеровский набег фазы отраженного сигнала или мешающих отражений за период повторения	9. Поканальный набег фазы отраженного сигнала или мешающего излучения

Наличие принципиального подобия временных и пространственных характеристик сигналов и помех позволяет сформулировать основные принципы пространственной обработки на базе известных принципов временной обработки.