3. Анализ достижимых характеристик обзорных радиолокационных станций
3.1. Характеристика обзорных радиолокационных станций
Одной из важнейших задач обзорных радиолокационных станций(РЛС) является измерение угловых координат источника излучения полезного сигнала, которое основано на определении направления прихода электромагнитных волн, излученных или отраженных целью, чем и был вызван интерес, рассмотреть их подробнее.
Радиолокационные обзорные станции решают задачи поиска целей, обнаружения целей и измерения их координат. Обзорные РЛС одновременно работают по многим целям. Обзорные РЛС используют импульсные зондирующие сигналы (пачки радиоимпульсов), отличающиеся частотой следования и наличием или отсутствием когерентно. На практике используются импульсные некогерентные РЛС, когерентно-импульсные РЛС с селекцией движущихся целей (СДЦ), РЛС бокового обзора и импульсно-доплеровские РЛС.
Поиск и обнаружение целей в заданной области пространства называется обзором пространства.
Временем обзора называется продолжительность однократного просмотра области обзора. Оно зависит как от размера области обзора, так и от требуемого качества обнаружения целей и выбранного способа обзора.
Обзор пространства может быть параллельным и последовательным. При параллельном обзоре весь телесный области обзора плотно заполняется парциальными пересекающимися на уровне половинной мощности лучами с телесным углом каждого луча, равным разрешению по углу. В каждом парциальном луче осуществляется просмотр дальности вдоль оси луча за время приема пачки отраженных импульсов tn=nTm. Число импульсов в пачке выбирается исходя из параметров обнаружения, а общее время обзора 7<1Й1 = t = пТсп. Для осуществления такого обзора требуется сложная РЛС, использующая многолучевую ДН антенной системы, но время обзора всего пространства минимально.
При последовательном обзоре луч ДН перемещается по заданной области обзора, находясь в каждом направлении в течение времени т„= пТС!1. Время обзора определяется скоростью 0,)fv, движения луча. Значение Qo6, ограничено сверху условием Qo6,< 0//?7С1.
В случае кругового обзора (рис. 6.62, а) пространство обзора ограничено координатами: дальностью 0 < D < Dinax; азимутом 0< аа1 = 360°, углом места 0.
Время обзора определяется по выражению:
 (2.1)
В случае винтового (спирального) обзора пространство обзора ограничено координатами: дальностью 0< D < ?>пвх; азимутом 0 < аю = 360° и углом места 0 < рум < 90°. Время совершения одного витка равно Tmt = 360° / Ц,Г)1 = 360° п 7^/0 , общее время обзора
 (2.2)
В случае секторного (строчного) обзора (рис. 6.62, в) пространство обзора ограничено координатами: дальностью 0< D< Ц1Ш; азимутом amjnaj < апнхи углом места Р1И„ < Рум < Ртах. Время, затрачиваемое на одну строку, определяется временем Тстр = (amax - amin) / Qo6l > > («шах - amin )'гТс:,/0а,. а число строк (plls„- pmin) / 9у.„. Время, затрачиваемое на переход от строки к строке, обозначим /|1ср. Число переходов равно лпср = 2(и - 1). Общее время обзора будет определяться по формуле:
Отметим, что в случае электрического управления лучом возможен ступенчатый (поэлементный) обзор пространства. В случае применения многопозиционных РЛС по-разному формируются как зона обзора, так и варианты обзора пространства. Кроме того, дальнейшее развитие РЛС приводит к методам адаптивного обзора.
Рассмотрим нскогсрснтную РЛС. В ней возможно измерение угловых координат и дальности. Рассматривая РЛС как систему, назовем основные входящие в нее подсистемы: синхронизатор, передатчик, приемник, антенное устройство, индикаторное устройство и устройство съема цифровой информации. Заметим, что антенное устройство может быть выполнено как с механическим изменением положения антенны, так и с управлением лучом с помощью электрических сигналов - в виде фазированной антенной решетки.
Входящий в РЛС синхронизатор (Синхр.) обеспечивает согласованную работу подсистем РЛС. Период следования синхроимпульсов выбран из условия обеспечения однозначности измерения дальности - сигнал от цели, находящейся на расстоянии Dim„ должен быть принят до посылки следующею зондирующего импульса: Тсп > 2DmJC. Частота следования Fc = 1/Гсл достаточно низкая (в пределах сотен герц). Передатчик включает в себя модулятор (МОД) и генератор высокой частоты (ГВЧ). Промоделированный сигналом МОД ГВЧ генерирует мощный СВЧ-импульс, поступающий через антенный переключатель (АП) в антенну А и излучающийся в свободное пространство. В состав антенного устройства входит устройство перемещения антенны - редуктор (РД) и электродвигатель (ЭД). Информация о положении антенны снимается с датчика углового положения (ДУП). На время излучения зондирующего сигнала антенный переключатель защищает вход приемника, а затем обеспечивает благоприятные условия для приема отраженных сигналов. Приемник РЛС осуществляет усиление и селекцию входных сигналов, перенос их на промежуточную частоту смесителем и квазиоптимальную фильтрацию в усилителе промежуточной частоты (УПЧ). Предусмотрены автоматическая подстройка частоты (АПЧ) и автоматическая регулировка усиления (АРУ), с помощью которой осуществляется согласование коэффициента усиления УПЧ с динамическим диапазоном принимаемых сигналов. После детектирования в амплитудном детекторе (АД) и усиления в видеоусилителе (ВУ) сигнал поступает в индикаторное устройство. В качестве примера приведем индикатор с радиально-круговым растром и яркостной отметкой цели. При поступлении синхроимпульса схемой развертки по дальности (СРД) луч линейно перемещается по ЭЛТ от центра к периферии. Синхронно с вращением луча антенны схема развертки по азимуту осуществляет угловое смещение развертки. Накопителем энергии пачки импульсов является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). РЛС можег быть оснащена устройством съема цифровой информации, включающим в себя цифровой обнаружитель (ЦО), цифровой измеритель азимута (ЦИА) и цифровой измеритель дальности (ЦИД). С помощью цифрового вычислительного устройства (ДВУ) осуществляется вторичная обработка радиолокационной информации и слежение за целями; восстановление и запоминание их траекторий; цифровая фильтрация последовательностей отсчетов; отбрасывание аномальных результатов. Информация с РЛС может передаваться по линиям связи и воспроизводиться на мониторах компьютеров.
Основным достоинством некогерентных РЛС является сравнительная простота технических решений, а основным недостатком - отсутствие разрешения целей по скорости и, следовательно, слабая помехоустойчивость при воздействии пассивных помех.
Большими возможностями обладают когерентно-импульсные РЛС с селекцией движущихся целей.
Выделить сигнал, отраженный от цели при наличии пассивных помех, увеличением энергетики РЛС не удается, так как пропорционально растут уровни отраженных сигналов от цели и помехи (например, от пассивных отражателей). Более эффективен путь использования различий в сигналах от цели и помехи.
На практике, как правило, интересны подвижные цели. Даже если источники пассивных помех подвижны, они имеют различие с целью по скорости. Следовательно, возможно использование доплеровского сдвига частот отраженного сигнала от цели и пассивной помехи.
Использование в качестве зондирующего сигнала когерентной пачки импульсов, частота следования которых обеспечивает однозначное измерение дальности, позволяет построить РЛС с селекцией движущихся целей (СДЦ).
Учтем, что однозначное измерение скорости нс следует из однозначного измерения дальности. Однако основной задачей является не измерение, а селекция движущихся целей; доплеровское смещение частоты можно не измерять.
РЛС излучает зондирующий сигнал USo с частотой fSo. Отраженные сигналы от подвижной цели UOTp имеют частоту fs = fSo + /д . При подаче зондирующего и отраженного сигналов для сравнения частот можно сравнивать их фазы в фазовом детекторе. Если имеется сдвиг частот между сигналами, подаваемыми на фазовый детектор, появляется набег фазы и соответственно, зондирующий USf> и отраженный ?/отр сигналы периодически оказываются синфазными или противофазными друг другу. В результате на выходе фазового детектора возникает гармоническое колебание U„ с частотой, равной разности частот подававших сигналов, т.е. fR. Так как сигнал от неподвижной цели по частоте совпадает с частотой fSo, то у него отсутствует модуляция амплитуды. Движущиеся же цели дают отраженный сигнал с частотой и промоделированы по амплитуде. Такое же явления можно получить, формируя зондирующие импульсы, вырезая их из колебаний, создаваемых генератором высокой частоты передатчика. Тогда на фазовый детектор подают сигнал с генератора и отраженные радиоимпульсы, высокочастотное заполнение которых несет информацию о движении целей.
Одним из возможных вариантов реализации РЛС с СДЦ является схема с магнетроном. Для создания опорного напряжения используется внутренний когерентный гетеродин (КГ), синхронизируемый по фазе зондируемым сигналом. Так как магнетрон работает в импульсном режиме, после излучения зондирующего импульса опорное напряжение продолжает синхронные колебания с излученным импульсом на протяжении всего периода зондирования. Технически проще осуществить фазированные на промежуточной частоте.
В схеме есть два канала - приемный и фазированные. Перенос частот осуществляется с помощью местного гетеродина (МГ). Снятый с ГВЧ сигнал переносится на промежуточную частоту и фазирует когерентный гетеродин (КГ). Опорный сигнал с КГ и усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника поступает на фазовый детектор (ФД), на выходе которого имеется модулированная по амплитуде последовательность импульсов, отраженных от подвижной цели, и импульсы постоянной амплитуды от неподвижных целей. Затем сигнал поступает на схему вычитания по двум путям - напрямую и через линию задержки со временем задержки, равным периоду следования зондирующих импульсов. Сигналы от неподвижных целей имеют постоянную амплитуду одной полярности и взаимно компенсируются, а модулированные по амплитуде разнополярные импульсы от подвижной цели остаются в виде разности двух соседних отраженных сигналов.
Как уже было сказано, у когерентно-импульсных РЛС с СДЦ частота биения связана с доплеровской частотой неоднозначно. Частота биений и частота Доплера связаны однозначно в случае, если Уд cn/2. Если же >/ся!2, то можно выделить только огибающую модуляции, импульсов, частота которых^ <Уд.
Если же/д =к-/сл, к= 1,2,..., т.е. доплеровская частота кратна частоте следования зондирующих импульсов, то модуляции биений не будет. Возникает явление, аналогичное строб-эффекту, когда при кратности оборотов колеса числу кадров в кинопроекторе вращающееся колесо воспринимается как неподвижное. Такие скорости целей называют «слепыми». Для устранения этого явления осуществляют скачкообразное изменение частоты следования зондирующих импульсов.
Обратим внимание на особенность использования РЛС с СДЦ на самолетах. В этом случае подвижны все цели и более эффективно использование импульсно-доплеровских РЛС.
В импульсно-доплеровских РЛС используется когерентно-импульсный сигнал с большой частотой посылки зондирующих импульсов, достигающей величины в согни килогерц. При таком малом периоде Тся нарушается условие однозначности измерения дальности, однако доплеровская частота определяется однозначно. Зондирующий сигнал по своим свойствам подобен непрерывному и его называют «квазинепрерывным».
Антенна формирует плоский луч с меньшим углом в горизонтальной плоскости. В результате в направлении перпендикулярном вектору скорости самолета, формируется облучаемая РЛС узкая дорожка. Сама антенна неподвижна, но перемещается самолет. В РЛС бокового обзора используют когерентные импульсы с целью повышения разрешающей способности по углу. Это достигается при использовании зависимости доплеровского смещения частоты и угловых координат.
Так как общее разрешение зависит от двух координат, то для получения высокого разрешения по дальности в поперечном движению носителя РЛС используют либо зондирующие импульсы малой длительности, либо сложные сигналы, в дальнейшем подвергающиеся сжатию.
Во многих типах РЛС имеется необходимость перемещать ДН антенн. Наряду с механическими методами управления лучом антенны, достаточно простыми в реализации, но обладающими инерционностью и требующими поворота антенны, развиваются и электронные методы. В их основе лежит использование фазированных антенных решеток (ФАР).
Вначале для достижения лучших результатов опыта аппаратура настраивалась по плоским отражающим металлическим экранам в виде алюминиевых дисков разных размеров, латунной сетки (экрана), которые служили своеобразными эталонами для определения качества настройки и эффективности аппаратурного комплекса. Метод определения предельной дальности обнаружения основывался на прослушивании пульсации принимаемого сигнала, исчезающего за порогом чувствительности слуха. Момент прекращения слышимости пульсаций фиксировался довольно точно, но судить о расстоянии между радиоаппаратурой и отражающим экраном без фактического его измерения на местности, конечно, было невозможно.
После подготовительных работ были начаты опыты по обнаружению гидросамолета. Излучающая аппаратура размещалась на берегу, а приемная на льду сначала в 20 м от берега, а затем в 10 м от излучающей аппаратуры. Согласно договору с ГАУ испытания по самолету должны были закончиться в декабре 1933 г. Однако неблагоприятные погодные условия, недостаточная толщина и прочность льда у побережья Финского залива не позволяли провести опыты с гидросамолетом, установленным на лыжи.
В современном мире радиолокационную станцию можно встретить всюду: на улице, в порту, в подземном туннеле. Самое широкое применение радиолокация нашла в военном деле и научных исследованиях. Во всех этих областях «трудятся» тысячи радиолокационных станций. Среди них есть такие, которые умещаются в очках, но есть и такие, которые весят сотни тонн.
Для облегчения работы диспетчеров УВД по контролю за орнитологической обстановкой за рубежом начали создаваться специальные приставки к обзорным РЛС (на базе ЭВМ), которые автоматически выделяли эхо-сигналы от птиц, определяли скорость, высоту и удаленность мигрирующих стай и отображали орнитологическую информацию в наглядной и легко понятной диспетчеру форме. Первые электронно-вычислительные системы для оперативной оценки орнитологической обстановки были созданы в Дании 1973 г. и Бельгии 1974 г. В настоящее время экспериментальные образцы аналогичных систем применяются и в других странах (Нидерландах, Канаде, Англии и др.).
Вывод по третьему разделу:
1. Подводя итог, стоит отметить, что возможно, в будущем широкое применение для обнаружения птиц на подходах к аэродрому получат лазерные локаторы. В настоящее время такая техника уже создана, она работает в диапазоне 0,1мм — 0,6 мкм, имеет мощность в импульсе 109—1012 Вт при длительности 10—30 нc. Некоторые из лазерных локаторов дают частоту в сотни герц, что обеспечивает возможность обнаружения птиц. Лазерные по сравнению с обычными радиоимпульсными РЛС имеют значительно большую разрешающую способность, позволяющую получить от одной стаи птиц несколько эхо-сигналов, образованных отдельными птицами. По характеру изменения этих эхо-сигналов можно определить даже видовую принадлежность птиц.
|
Скачать 29.9 Kb.