Индикация движущейся цели - Moving target indication

Индикация движущейся цели (MTI) - режим работы радар отличить цель от беспорядок.^[1] В нем описываются различные методы, используемые для поиска движущихся объектов, таких как самолет, и фильтрации неподвижных, таких как холмы или деревья. Это контрастирует с современным стационарная индикация цели (STI), который использует детали сигнала для непосредственного определения механических свойств отражающих объектов и, таким образом, обнаружения целей независимо от того, движутся они или нет.

Ранние системы MTI обычно использовали акустическая линия задержки сохранить единичный импульс принятого сигнала точно за время между трансляциями ( частота следования импульсов ). Этот сохраненный импульс будет отправлен на дисплей вместе со следующим полученным импульсом. В результате сигнал от любых объектов, которые не двигались, смешивался с сохраненным сигналом и заглушался. На дисплее остались только сигналы, которые изменились из-за перемещения. Они подвергались широкому спектру шумовых эффектов, что делало их полезными только для сильных сигналов, как правило, для обнаружения самолетов или кораблей.

Введение фазово-когерентных клистрон передатчики, в отличие от бессвязных резонаторный магнетрон использованный на более ранних радарах, привел к внедрению новой техники MTI. В этих системах сигнал не подавался непосредственно на дисплей, а сначала подавался в фазовый детектор. Стационарные объекты не меняли фазу от импульса к импульсу, в отличие от движущихся объектов. Сохраняя фазовый сигнал вместо исходного аналогового сигнала, или видео, и сравнивая сохраненный и текущий сигнал на предмет изменения фазы, обнаруживаются движущиеся цели. Этот метод гораздо более устойчив к шуму и может быть легко настроен для выбора различных пороговых значений скорости для фильтрации различных типов движения.^[1]

Фазово-когерентные сигналы также позволяли прямое измерение скорости через Доплеровский сдвиг одного принятого сигнала. Это можно передать в полосовой фильтр чтобы отфильтровать любую часть обратного сигнала, которая не показывает сдвига частоты, тем самым напрямую выделяя движущиеся цели. Это стало обычным явлением в 1970-х и особенно в 1980-х. Современные радары обычно выполняют все эти методы MTI как часть более широкого набора обработки сигналов, выполняемого цифровые сигнальные процессоры. MTI может быть специализированным с точки зрения типа препятствия и окружающей среды: бортовой MTI (AMTI), наземный МТИ (GMTI) и др., либо может быть комбинированным: индикация неподвижной и движущейся цели (SMTI).

Операция

Процесс выборки сигнала индикатора движущейся цели.

РЛС MTI использует низкий частота следования импульсов (PRF), чтобы избежать неоднозначности диапазона.

Индикатор подвижной цели (MTI) начинается с выборки двух последовательных импульсов. Выборка начинается сразу после окончания импульса передачи радара. Выборка продолжается до начала следующего импульса передачи.

Выборка повторяется в том же месте для следующего импульса передачи, и выборка, взятая (на том же расстоянии) с первым импульсом, поворачивается на 180 градусов и добавляется ко второй выборке. Это называется деструктивное вмешательство.

Если объект движется в месте, соответствующем обоим отсчетам, то отраженный от объекта сигнал переживет этот процесс из-за конструктивной интерференции. Если все объекты неподвижны, два отсчета погаснут, и останется очень слабый сигнал.

Мощные микроволновые устройства, например усилитель со скрещенным полем, не являются фазостабильными. Фаза каждого импульса передачи отличается от предыдущего и будущего импульсов передачи. Это явление называется фазовый джиттер.

Чтобы MTI работал, необходимо выполнить выборку начальной фазы обоих импульсов передачи и настроить поворот фазы на 180 градусов, чтобы добиться подавления сигнала на неподвижных объектах.

Второстепенное влияние заключается в том, что вращение фаз индуцируется доплеровским сдвигом и создает слепые скорости. Например, объект, движущийся со скоростью 75 м / с (170 миль / час), будет производить сдвиг фазы на 180 градусов каждые 1 миллисекунду при L группа.

{ displaystyle { text {Doppler}} = 180 000 ^ { circ} / { text {s}} = 720 left ({ frac {75 times 10 ^ {9}} {3 times 10 ^ { 8}}} right) = 720 left ({ frac {{ text {Velocity}} times { text {Transmit Frequency}}} {C}} right)}

Если интервал повторения импульсов 0,002 s между импульсами передачи, тогда процесс MTI будет производить ${ displaystyle 360 ^ { circ}}$ чередование фаз. Это то же самое, что и стационарный объект, который делает систему слепой к объектам, движущимся с этой радиальной скоростью.

MTI требует 3 или 4 импульса, чтобы уменьшить влияние слепых скоростей. В многоимпульсных стратегиях используются смещенные импульсы с нерегулярными интервалами повторения импульсов для предотвращения отмены сигнала на движущихся объектах. Процесс суммирования немного отличается, чтобы учесть дополнительные выборки.

Фазовый джиттер, эффекты Доплера и влияние окружающей среды ограничивают видимость суб-помех MTI Измерение производительности до улучшения примерно на 25 дБ. Это позволяет обнаруживать движущиеся объекты примерно в 300 раз меньшего размера в непосредственной близости от более крупных неподвижных объектов.

Обработка импульсно-доплеровского сигнала требуется для большей видимости суб-помех.

Характеристики

Цель движется со скоростью ${ displaystyle v_ {p}}$ на максимальной дальности ${ displaystyle R _ { text {max}}}$ с углом места ${ displaystyle EL}$ и азимут ${ displaystyle AZ}$ в отношении бистатического радара MTI.

Вероятность обнаружения (Pd)

Вероятность обнаружения данной цели на заданном расстоянии в любое время, когда луч радара пересекает ее, Pd определяется факторами, которые включают размер антенны и количество излучаемой ею мощности. Большая антенна, излучающая большую мощность, обеспечивает наилучшие характеристики. Для получения качественной информации о движущихся целях Pd должен быть очень высоким.

Точность определения местоположения цели

Точность определения местоположения зависит от достоверности местоположения радара, точности наведения радара, разрешения по азимуту и разрешения по дальности. Длинная антенна или очень короткая длина волны могут обеспечить точное азимутальное разрешение. Короткие антенны, как правило, имеют большую ошибку азимута, ошибка, которая увеличивается с увеличением дальности до цели, потому что отношение сигнал / шум изменяется обратно пропорционально дальности. Точность определения местоположения жизненно важна для отслеживания производительности, поскольку она предотвращает повреждение дорожек при наличии нескольких целей и дает возможность определить, по какой дороге находится транспортное средство, если оно движется по территории с большим количеством дорог.

Точность определения местоположения цели пропорциональна наклонной дальности, частоте и длине апертуры.

Разрешение целевого диапазона (высокое разрешение диапазона; HRR)

Разрешение диапазона цели определяет, будут ли две или более цели, движущиеся в непосредственной близости, обнаруживаться как отдельные цели. В радарах с более высокими характеристиками разрешение по дальности цели, известное как разрешение высокой дальности (HRR), может быть настолько точным, что можно будет распознать конкретную цель (т. Е. Ту, которая была замечена ранее) и отнести ее к определенному классу. (например, танк Т-80). Это позволит более надежно отслеживать определенные транспортные средства или группы транспортных средств, даже если они движутся в плотном потоке или исчезают на время из-за досмотра.

Минимальная обнаруживаемая скорость (MDV)

MDV возникает из-за частотного разброса помех в главном лепестке. MDV определяет, будет ли обнаружен трафик. Радиолокатор GMTI должен отличать движущуюся цель от наземных помех, используя доплеровскую сигнатуру цели для обнаружения радиальной составляющей вектора скорости цели (т. Е. Путем измерения составляющей движения цели непосредственно вдоль линии радиолокационной цели). Чтобы захватить большую часть этого трафика, даже когда он движется почти по касательной к радару (т. Е. Перпендикулярно линии радиолокационной цели), система должна обладать способностью обнаруживать очень низкие радиальные скорости. Когда радиальная составляющая скорости цели приближается к нулю, цель попадет в помехи или слепая зона. Это рассчитывается как:^{[нужна цитата ]}

{ displaystyle { text {MDV}} = { frac { lambda} {2}} { frac {4v_ {p}} {B}} { sqrt { sin ^ {2} (AZ) sin ^ {2} (EL) ^ {2} + cos ^ {2} (AZ) cos ^ {2} (EL)}}}

Любая цель со скоростью меньше этого минимума (MDV) не может быть обнаружена, потому что в ее эхо-сигнале отсутствует достаточный доплеровский сдвиг, чтобы отделить его от отраженного отраженного отражения основного лепестка.

Скорость поиска области

Степень охвата зоны (измеряется в площади в единицу времени) пропорциональна мощности системы и размеру апертуры. Другие факторы, которые могут иметь значение, включают шаг сетки, размер усилителя мощности, квантование модуля, количество обработанных лучей и системные потери.

Расстояние отрыва

Удаленное расстояние - это расстояние, отделяющее радиолокационную систему от области, которую она покрывает.

Размер зоны покрытия (ширина и глубина)

Размер зоны покрытия - это зона, за которой система может постоянно наблюдать с определенной орбиты. Хорошо известные принципы конструкции приводят к тому, что максимальная дальность обнаружения радара зависит от размера его антенны (апертуры радара), количества энергии, излучаемой антенной, и эффективности его механизма подавления помех. Кривизна земли и экранирование от местности, листвы и зданий делают высоту системы еще одним ключевым фактором, определяющим глубину покрытия. Способность прикрывать территорию размером с зону интереса командира армейского корпуса с безопасного расстояния является отличительной чертой эффективной передовой системы GMTI.

Скорость повторного посещения зоны покрытия

Это соответствует частоте, с которой луч радара проходит над заданной областью. Частые повторные посещения очень важны для способности радара обеспечивать непрерывность пути и способствовать увеличению вероятности обнаружения цели за счет уменьшения вероятности затемнения из-за засветки деревьями, зданиями или другими объектами. Высокая скорость повторного посещения становится критически важной для обеспечения неповрежденного пути, когда цель движется в плотном потоке транспорта или временно не видна, хотя бы деревьями вдоль дороги.