Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 1 - Исимару А.
Скачать (прямая ссылка):
неопределенности входного импульса и двухчастотной функции
когерентности Г.
130
Глава 5
5.10. Импульсно-доплеровский радиолокатор')
В предыдущих разделах мы исследовали среднее значение рассеянной
мощности, а также корреляционные свойства и спектр рассеянного поля.
Среднюю рассеянную мощность / (t) можно регистрировать при помощи
традиционного, или некогерентного радиолокатора. Но функцию
когерентности и спектр можно измерить только в системе, которая
осуществляет регистрацию фазы рассеянного поля по отношению к фазе
зондирую-
Переключатель
Рис. 5.10. Блок-схема импульсно-доплеровской системы.
щего сигнала. Такая система называется когерентным радиолокатором.
Радиолокатор, измеряющий сдвиг частоты, обусловленный движением
рассеивателей, называется доплеровскич. Доплеровский радиолокатор с
непрерывным сигналом может быть использован для измерения
доплеровского сдвига частоты, но он не дает информации о дальности.
Импульсно-доплеровский радиолокатор позволяет получать информацию
как о скорости, так и о дальности рассеивателей. В этом разделе мы даем
краткое описание импульсно-доплеровской системы.
В импульсном радиолокаторе передатчик генерирует после-
довательность коротких импульсов. Пусть /о - несущая частота, Го -
длительность импульса и PRF - частота повторения импульсов
(например, /о = 3 ГГц, Го = Ю мкс и PRF =* 1000).
') Применение импульсно-Доплеровских систем в медицине рассматривается в
работе [6]. См. также прекрасный обзор по использованию ультразвука в медицине
[52].
Рассеяние импульсных волн в случайном облаке частиц
131
Этот сигнал излучается, а рассеянная в обратном направлении волна
принимается антенной. Принятый сигнал смешивается с сигналом
стабильного гетеродина и получается сигнал промежуточной частоты
(например, 30 МГц), который имеет те же фазовые характеристики, что и
рассеянное поле. Этот сигнал
_ II То
а
1 I I I . г
/0 A U prf
Неподвижные
рассеиватели / Движущиеся
рассеиватели
f \
/ \ /
\
/0 - PRF /0 /0+ PRF
Набор фильтров
¦
в
_ f
/о
! ¦ 1
1 1 ! 1
t !
/0+ PRF
///
Рис. 5.11. Частотный спектр излучаемого импульса при длительности импульса TQ и
частоте повторения PRF (а); частотный спектр импульса, рассеянного на неподвижных
частицах (б); частотная характеристика набора фильтров, каждый из которых имеет
узкую полосу Д/ (в).
сравнивается с сигналом когерентного генератора, который работает на
промежуточной частоте, получаемой путем смешения зондирующего
сигнала с сигналом стабильного гетеродина, так что его сигнал имеет ту
же фазу, что и зондирующий сигнал (рис. 5.10) [7].
Спектр зондирующего импульса имеет вид отдельных линий,
смещенных на величину PRF, и его полная ширина равна 1 /7'о (рис. 5.11,
а) . Волна, рассеянная движущимися рассеивателями,
132
Глава 5
имеет частотный спектр, сдвинутый на доплеровскую частоту и
уширенный (рис. 5.11,6).
Чтобы измерить спектр сигнала от движущихся рассеивате* лей, в
импульсно-доплеровской системе используется набор фильтров, каждый
из которых имеет узкую полосу (например, 100 Гц) (рис. 5.11,s).
Измерение скорости осуществляется по
Стробы
Рис. 5.12. Импульсно-доплеровская система со стробированием по дальности
и набором фильтров.
фильтру, на выходе которого сигнал имеет максимальную величину.
Доплеровский спектр может быть получен также путем цифровой
обработки. Для получения информации о дальности осуществляется
стробирование сигнала (рис. 5.12).
Из рис. 5.11,8 видно, что если доплеровская частота становится
равной частоте повторения импульсов PRF, то доплерои* ская линия
совпадает со спектральной линией неподвижных рассеивателей, и они
становятся неразличимыми. Скорость рассеивателей V, отвечающая
этому условию, называется "слепой" скоростью. Поскольку доплеровская
частота волны, рассеянной
Рассеяние импульсных волн в случайном облаке частиц
133
в обратном направлении рассеивателем, движущимся со скоростью V,
есть 2V/%, то "слепая" скорость равна
V - (PRF) Я/2. (5.69)
Вторая "слепая" скорость равна удвоенному значению, определяемому
формулой (5.69).
Импульсно-доплеровская система используется для наблюдения
движений снега, дождя, града и т. п. [7]. Упомянем здесь также систему,
называемую индикатором движущихся целей (ИДЦ), которая аналогична
импульсно-доплеровской. Эта система обнаруживает движущуюся цель
путем сравнения рассеянных волн для различных импульсов и подавления
сигналов от неподвижных целей. Это может быть сделано с использова-
нием линий задержки или цифровой обработки. ИДЦ обычно приводит к
неопределенности по дальности, тогда как информация по доплеровскому
сдвигу однозначна (подробно об ИДЦ и импульсно-доплеровской системе
см. в книге [146]).
Глава 6
Распространение в пределах прямой видимости
через разреженное облако частиц
В гл. 4 и 5 мы рассмотрели характеристики непрерывных и
импульсных волн, рассеянных на облаке случайно распределенных
