Индикация движущихся целей ( MTI ) — это режим работы радара для выделения цели на фоне помех . [1] Он описывает множество методов, используемых для обнаружения движущихся объектов, таких как самолет, и отфильтровывания неподвижных, таких как холмы или деревья. Он контрастирует с современной техникой индикации неподвижных целей (STI), которая использует детали сигнала для непосредственного определения механических свойств отражающих объектов и, таким образом, находит цели независимо от того, движутся они или нет.
Ранние системы MTI обычно использовали акустическую линию задержки для хранения одного импульса принятого сигнала в течение точного времени между передачами ( частота повторения импульсов ). Этот сохраненный импульс будет отправлен на дисплей вместе со следующим полученным импульсом. Результатом было то, что сигнал от любых объектов, которые не двигались, смешивался с сохраненным сигналом и становился приглушенным. Только сигналы, которые изменялись, поскольку они двигались, оставались на дисплее. Они были подвержены широкому спектру шумовых эффектов, что делало их полезными только для сильных сигналов, как правило, для обнаружения самолетов или кораблей.
Внедрение фазово-когерентных клистронных передатчиков, в отличие от некогерентного резонаторного магнетрона, использовавшегося в более ранних радарах, привело к внедрению новой техники MTI. В этих системах сигнал не подавался напрямую на дисплей, а сначала подавался на фазовый детектор . Неподвижные объекты не меняли фазу от импульса к импульсу, а движущиеся объекты меняли. Сохраняя фазовый сигнал вместо исходного аналогового сигнала или видео и сравнивая сохраненный и текущий сигнал на предмет изменений фазы, можно обнаружить движущиеся цели. Эта техника гораздо более устойчива к шуму и может быть легко настроена для выбора различных порогов скорости для фильтрации различных типов движения. [1]
Фазовые когерентные сигналы также позволили напрямую измерить скорость через доплеровский сдвиг одного принятого сигнала. Это может быть подано в полосовой фильтр для фильтрации любой части обратного сигнала, которая не показывает частотный сдвиг, тем самым напрямую извлекая движущиеся цели. Это стало обычным явлением в 1970-х и особенно в 1980-х годах. Современные радары обычно выполняют все эти методы MTI как часть более широкого набора обработки сигналов, выполняемой цифровыми сигнальными процессорами . MTI может быть специализированным с точки зрения типа помех и окружающей среды: воздушный MTI ( AMTI ), наземный MTI ( GMTI ) и т. д., или может быть комбинированным режимом: индикация неподвижных и движущихся целей ( SMTI ).
Радар MTI использует низкую частоту повторения импульсов (PRF), чтобы избежать неоднозначности определения дальности.
Индикатор движущейся 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, а выборка, взятая (на том же расстоянии) с первым импульсом, поворачивается на 180 градусов и добавляется ко второй выборке. Это называется деструктивной интерференцией .
Если объект движется в месте, соответствующем обоим образцам, то сигнал, отраженный от объекта, переживет этот процесс из-за конструктивной интерференции. Если все объекты неподвижны, два образца будут нейтрализованы, и останется очень мало сигнала.
Мощные микроволновые устройства, такие как усилитель с перекрестными полями , не являются фазово-стабильными. Фаза каждого передаваемого импульса отличается от предыдущего и будущего передаваемых импульсов. Это явление называется фазовым дрожанием .
Для того чтобы MTI работала, необходимо проанализировать начальную фазу обоих передаваемых импульсов и отрегулировать поворот фазы на 180 градусов, чтобы добиться подавления сигнала на неподвижных объектах.
Вторичное влияние заключается в том, что вращение фазы вызывается эффектом Доплера, и это создает слепые скорости. Например, объект, движущийся со скоростью 75 м/с (170 миль/час), будет производить сдвиг фазы на 180 градусов каждую миллисекунду в диапазоне L.
Если интервал повторения импульсов составляет 0,002 с между передаваемыми импульсами, то процесс MTI произведет фазовое вращение. Это то же самое, что и неподвижный объект, который делает систему слепой к объектам, движущимся с этой радиальной скоростью.
MTI требует 3 или 4 импульса для снижения эффекта слепых скоростей. Стратегии с несколькими импульсами используют смещенные импульсы с нерегулярными интервалами повторения импульсов для предотвращения подавления сигнала на движущихся объектах. Процесс суммирования немного отличается, чтобы учесть дополнительные выборки.
Фазовый джиттер, эффекты Доплера и влияние окружающей среды ограничивают показатель видимости суб-помех MTI до улучшения примерно на 25 дБ. Это позволяет обнаруживать движущиеся объекты примерно в 300 раз меньше в непосредственной близости от более крупных неподвижных объектов.
Для достижения лучшей видимости субпомех требуется обработка импульсно-доплеровского сигнала .
Цель движется со скоростью на максимальной дальности с углом места и азимутом относительно бистатического радара MTI.
Вероятность обнаружения данной цели на заданном расстоянии в любое время, когда луч радара сканирует ее, Pd определяется факторами, которые включают размер антенны и количество излучаемой ею мощности. Большая антенна, излучающая с высокой мощностью, обеспечивает наилучшую производительность. Для получения высококачественной информации о движущихся целях Pd должна быть очень высокой.
Точность определения местоположения зависит от уверенности в положении радара, точности наведения радара, разрешения по азимуту и разрешения по дальности. Длинная антенна или очень короткая длина волны могут обеспечить хорошее разрешение по азимуту. Короткие антенны, как правило, имеют большую ошибку азимута, ошибку, которая увеличивается с расстоянием до цели, поскольку отношение сигнал/шум изменяется обратно пропорционально расстоянию. Точность определения местоположения имеет решающее значение для эффективности отслеживания, поскольку она предотвращает искажение трека при наличии нескольких целей и позволяет определить, по какой дороге находится транспортное средство, если оно движется в районе со множеством дорог.
Точность определения местоположения цели пропорциональна наклонной дальности, частоте и длине апертуры.
Разрешение по дальности цели определяет, будут ли две или более целей, движущихся в непосредственной близости, обнаружены как отдельные цели. С более производительными радарами разрешение по дальности цели, известное как высокое разрешение по дальности (HRR), может быть настолько точным, что может быть возможным 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 конкретные транспортные средства или группы транспортных средств, даже если они движутся в плотном потоке или исчезают на некоторое время из-за экранирования.
MDV получается из частотного разброса помех главного лепестка. MDV определяет, будет ли обнаружен трафик. Радар GMTI должен отличать движущуюся цель от помех от земли, используя доплеровскую сигнатуру цели для обнаружения радиальной составляющей вектора скорости цели (т. е. измеряя компонент движения цели непосредственно вдоль линии радар-цель). Чтобы захватить большую часть этого трафика, даже когда он движется почти по касательной через радар (т. е. перпендикулярно линии радар-цель), система должна иметь возможность обнаруживать очень медленные радиальные скорости. Когда радиальная составляющая скорости цели приближается к нулю, цель попадет в помеху или слепую зону . Это рассчитывается как: [ необходима цитата ]
Любая цель со скоростью меньше этого минимума (MDV) не может быть обнаружена, поскольку доплеровский сдвиг в ее эхосигнале недостаточен для того, чтобы отделить ее от отраженного помехового сигнала главного лепестка.
Скорость покрытия площади (измеряемая в площади за 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 потери системы.
Расстояние обнаружения — это расстояние, отделяющее радиолокационную систему от зоны ее покрытия.
Размер зоны покрытия — это область, которую система может держать под постоянным наблюдением с определенной орбиты. Хорошо известные принципы проектирования приводят к тому, что максимальная дальность обнаружения радара зависит от размера его антенны (апертуры радара), количества излучаемой антенной мощности и эффективности его механизма подавления помех. Кривизна Земли и экранирование рельефом, листвой и зданиями делают высоту системы еще одним ключевым фактором, определяющим глубину покрытия. Способность покрывать область размером с зону интереса командира армейского корпуса с безопасного расстояния является отличительной чертой эффективной, передовой системы GMTI.
Это соответствует частоте, с которой луч радара проходит по заданной области. Частые повторные посещения очень важны для способности радара достигать непрерывности траектории и способствуют повышению вероятности обнаружения цели за счет уменьшения вероятности затенения от экранирования деревьями, зданиями или другими объектами. Высокая частота повторных посещений становится критически важной для обеспечения неискаженной траектории, когда цель движется в плотном транспортном потоке или временно затенена, хотя бы деревьями вдоль дороги.
