С учетом разрешения его по углам и дальности

При моделировании лазерных локационных сигналов от разрешаемых по углам и дальности объектов применение аналитических методов затруднительно и требует проведения цифрового моделирования. Формирование лазерного локационного сигнала при импульсном облучении разрешаемых объектов основано на получении методом математического моделирования импульсной характеристики системы объект - ЛК (отклика на δ -импульс) и вычислении интеграла свертки полученной импульсной характеристики с импульсом заданной формы источника излучения ЛК. При этом импульсная характеристика системы "объект локации - ЛК" формируется в результате некогерентного суммирования откликов на δ -импульс от каждого элемента разбиения облучаемого участка поверхности объекта с учетом различия их времен запаздывания.

Для формирования методом математического моделирования импульсного отраженного сигнала при лазерном подсвете объекта в моностатической схеме локации, когда источник и приемник излучения совмещены в пространстве, задаются:

координаты положение источника, приемника и координаты точек участка облучаемой поверхности;

направление оптической оси ЛК;

распределение по углам мощности источника лазерного излучения;

форма импульса источника излучения;

параметры приемной оптической системы (радиус входного зрачка, угловое поле зрения, размерность матрицы изображения, время приема отраженного сигнала и т.д);

шаги дискретизации по времени и углам отраженного сигнала;

удельные ЭПР на длине волны излучения ЛК, характеризующие рассеивающие свойства локально-плоского элементарного участка облучаемой поверхности объекта. Размер участка поверхности для математического моделирования лазерного локационного сигнала выбирается таким, чтобы вариации интегральной ЭПР объекта были достаточно малы.

В алгоритме формирования сигнала можно выделить следующие этапы:

формирование геометрической модели объекта, как объекта сложной формы;

формирование импульсной характеристики системы объект - ЛК;

формирование массива значений мощности импульсного лазерного локационного сигнала от объекта.

Процедуры построения оптико-геометрических моделей объектов сложной формы описаны в литературе [1].

Формирование импульсной характеристики объект - ЛК можно разбить на следующие этапы [2]:

подготовка данных;

формирование матриц дальностей от источника (приемника) ЛК до точек поверхности элементарного участка объекта;

расчет времен запаздывания элементарных эхо-сигналов для точек поверхности объекта;

получение отклика на δ -импульс от каждого элемента разбиения облучаемого участка объекта;

некогерентное суммирование откликов на δ -импульс с учетом различия значений времени запаздывания.

Подготовка данных включает следующие шаги.

1) Дискретизация телесного угла расходимости источника на элементарные телесные углы и определение мощности источника излучения ЛК в среднем направлении внутри телесного угла. Шаг дискретизации определяется допустимой погрешностью воспроизведения формы диаграммы направленности источника излучения и условием малости элемента дискретизации на облучаемой поверхности по отношению к характерным размерам поверхностей, аппроксимирующих поверхность объекта. Такой шаг дискретизации позволяет адекватно воспроизвести в отраженном сигнале пространственную структуру формы объекта и распределение ЭПР объекта.

2) Расчет мощности излучения, падающего от лазерного источника на каждый элемент поверхности (в пределах лазерного пятна подсвета), который характеризуется своим положением и нормалью к поверхности в точке элемента.

3) Расчет мощности излучения, отраженного элементом поверхности, в направлении приемника ЛК.

Для формирования матриц дальностей от источника и приемника до точек элементарных поверхностей объекта сложной формы, освещенных источником и видимых со стороны приемника, используется геометрическая модель участка поверхности объекта сложной формы.

Алгоритм формирования матриц дальностей может быть следующим:

1) преобразование координат точек поверхности облучаемого участка в систему координат источника;

2) определение положения каждого луча диаграммы направленности в системе координат источника;

3) определение точек пересечения каждого луча диаграммы направленности источника излучения с облучаемой поверхностью;

4) определение освещенных источником точек поверхности в пределах лазерного пятна подсвета на поверхности, при этом отбирается ближайшая к источнику точка пересечения с поверхностью из всех точек пересечения луча с поверхностью;

5) аналогично п. 4 проводится определение точек поверхности, видимых со стороны приемника.

Результатом работы этого этапа являются матрицы дальностей от источника и приемника ЛК до точек поверхности объекта, освещенных источником и видимых со стороны приемника.

Матрицы дальностей от источника и приемника до точек поверхности, освещенных источником и видимых со стороны приемника, используются для расчета времен запаздывания элементарных лазерных отраженных сигналов на трассе "источник излучения - точка на поверхности (элементарный участок разбиения облучаемого участка) - приемник".

Получение отклика на δ -импульс включает:

определение длительности отраженного импульса от элемента разбиения поверхности объекта локации;

расчет распределения ЭПР в плоскости фотоприемной матрицы при облучении δ -импульсом элемента поверхности объекта.

Значения распределения ЭПР в плоскости фотоприемной матрицы (в узлах регулярной сетки, заданной в плоскости фотоприемника) от элемента поверхности объекта (в соответствии с определенной длительностью отраженного импульса и его временем запаздывания на трассе "источник излучения – элементарный участок поверхности - приемник") заносятся во временные дискреты.

Некогерентное суммирование откликов на δ -импульс предполагает следующие шаги.

1) Повторив описанную выше процедуру для всех элементарных телесных углов расходимости источника, суммируя значения ЭПР для всех элементарных телесных углов для каждого временного дискрета, получим массив значений ЭПР, который характеризует временное распределение ЭПР в плоскости изображения приемной оптической системы.

2) Расчет импульсной характеристики системы объект - ЛК.

Суммируя ЭПР по площади каждого фотодетектора приемной матрицы для каждого момента времени, получим массив значений ЭПР, который характеризует временное и пространственное распределение ЭПР, для приемной матрицы при облучении δ -импульсом объекта сложной формы.

Результатом работы блока формирования импульсной характеристики является массив значений распределения по углам импульсной характеристики системы объект - ЛК в дискретные моменты времени.

Для формирования массива значений мощности импульсного лазерного локационного сигнала от объекта при облучении его импульсом заданной формы проводится дискретная свертка массива значений импульсной характеристики системы объект - ЛК с заданной в дискретном виде формой импульса источника излучения.

Преобразование массива значений импульсной характеристики в массив значений отраженного сигнала для заданного импульса источника излучения реализуется методом скользящего суммирования.

Результатом этапа формирования массива значений мощности импульсного лазерного локационного сигнала является массив значений распределения по углам мощности отраженного сигнала (его конкретной реализации при заданной схеме локации) в дискретные моменты времени.

Таким образом, метод математического моделирования позволяет фор­мировать лазерные локационные сигналы при импульсном облучении баллистического объекта с учетом разрешения его по углам и дальности.

Дата добавления: 2014-10-17