Основы построения и принципы систем радиолокации

Основы построения и принципы систем радиолокации

Содержание

1.Общие сведения о системах радиолокации

2. Классификация систем радиолокации

3. Сигналы и цели в радиолокации

4. Методы измерения координат целей

5. Радиолокационные станции следящего типа

6. Фазовый детектор

7. Смеситель

8.Особенности развития и примеры современных РЛС

Список литературы

В активной радиолокации передатчик РЛС излучает в направлении на цель мощный зондирующий сигнал. При облучении цели электромагнитной волной часть энергии волны поглощается, а остальная - отражается. Приемник радиолокатора улавливает слабый отраженный сигнал. Обнаружение отраженного сигнала свидетельствует о наличии цели. Анализ принятого сигнала и сравнение его с излученным позволяет получить информацию о пространственном положении и движении цели относительно РЛС.

В активной радиолокации с активным ответом радиолокационный сигнал создается путем переизлучения зондирующего сигнала специальным радиоответчиком, установленным на цели. Системы, использующие такой метод, применяются для наблюдения самолетов, космических аппаратов, имеющих ретранслятор сигналов на борту.

Системы активной радиолокации могут быть совмещенными и разделенными. В первом случае приемная и передающая части РЛС совмещаются в едином устройстве; во втором -- приемное и передающее устройства размещаются в различных точках пространства, на удалении друг от друга.

В пассивной радиолокации в качестве сигналов используется самопроизвольное электромагнитное излучение целей: собственное тепловое радиоизлучение физических тел или излучение радиотехнических устройств, установленных на цели. Пассивная РЛС имеет только приемное устройство, с помощью которого производится обнаружение целей и измерение их угловых координат.

На современном этапе развития техники часто оказывается затруднительным построение пассивных РЛС с высокими техническими характеристиками, использующими тепловое радиоизлучение, вследствие малой его интенсивности. Поэтому такие РЛС нашли ограниченное применение. Большое значение имеют специальные пассивные РЛС, предназначенные для радиоразведки.

2. Классификация систем радиолокации

В основу классификации систем радиолокации могут быть положены различные признаки. Для систем радиолокации, осуществляющих выделение, обработку и накопление информации о радиолокационных целях, наиболее существенными являются информационные признаки, а именно: назначение и характер получаемой информации. Однако для практики такая классификация часто оказывается недостаточной. Поэтому дополнительно вводят классификацию по способу формирования и обработки сигналов, по месту (объекту) размещения аппаратуры, по диапазону используемых радиоволн.

Элементом системы радиолокации, определяющим ее назначение, основные свойства, возможности практического использования, являются РЛС. В зависимости от назначения и характера получаемой информации можно выделить три класса РЛС.

1. РЛС обзорного типа. Назначение этих радиолокаторов-- поиск, обнаружение целей и относительно грубое измерение их координат. Такие РЛС обеспечивают получение информации о многих целях одновременно. Отличительный признак этих РЛС -- работа в режиме периодического обзора некоторой зоны пространства. Обзорные РЛС используются для наблюдения воздушного пространства, земной или водной поверхности.

2. РЛС следящего типа. Назначение таких РЛС -- точное измерение и непрерывная выдача информации о значениях координат целей. РЛС следящего типа осуществляют слежение за одной или несколькими целями. В частности, РЛС следящего типа применяются для управления оружием, слежения за самолетами в системах УВД.

3. Специализированные измерители и РЛС ближнего действия. К этому типу отнесем устройства, выполняющие некоторую частную задачу. Как правило, такие устройства измеряют один параметр положения или движения цели (объекта) и работают по заведомо одной цели. По назначению рассматриваемые устройства обладают большим разнообразием. В качестве примера укажем на РЛС, используемые как навигационные измерители -- самолетный радиовысотомер, доплеровский измеритель вектора скорости самолета.

Существуют также комбинированные и многофункциональные РЛС. В комбинированной системе совмещаются обзорная и следящая РЛС. Наиболее совершенными являются многофункциональные РЛС. Такие РЛС могут одновременно совершать обзор пространства и слежение за целями.

Схемно-техническое построение и конструкция РЛС в существенной мере зависят от места (объекта) размещения, от способа формирования и обработки сигналов. По месту установки РЛС подразделяются на наземные (стационарные и передвижные) и бортовые: самолетные, космические, корабельные.

По способу формирования и обработки сигналов различают РЛС импульсные и с непрерывным излучением, когерентные и некогерентные, одноканальные и многоканальные.

Характеристики и параметры систем радиолокации принято подразделять на тактические и технические. Первые из них определяют возможности практического использования системы.

Перечислим основные тактические характеристики и параметры.

1. Зона действия (рабочая зона) -- область пространства, в которой РЛС выполняет свои функции, определенные ее назначением.

2. Измеряемые координаты и точности их измерения. Измеряемые координаты определяются назначением РЛС. Существуют одно-, двух- и трехкоординатные РЛС. Измерение координат сопровождается погрешностями, которые ограничивают возможности тактического использования РЛС. Чрезмерное увеличение точности приводит к усложнению конструкции и к неоправданному повышению стоимости системы.

3. Разрешающая способность РЛС характеризует возможность раздельного наблюдения целей и измерения их параметров при малом отличии этих параметров. Различают разрешение по дальности, по направлению и по скорости. Цели, не разрешаемые ни по дальности, ни по направлению, ни по скорости, воспринимаются радиолокатором как одна цель. Во многих случаях тактического применения РЛС разрешающая способность является характеристикой первостепенной важности, определяющей саму возможность практического использования РЛС.

4. Помехозащищенность характеризуется способностью РЛС выполнять свои функции в условиях воздействия различного рода помех, естественных и организованных.

5. Пропускная способность определяется плотностью случайного потока целей, информация о которых обрабатывается радиолокатором и выдается с заданной точностью.

6. Время развертывания (приведения в рабочее состояние). Этот параметр характеризует возможность использования РЛС в условиях скоротечно изменяющейся обстановки.

7. Надежность. Понятие надежности является общим для РТС различного назначения. Сущность надежности определена выше.

Значения тактических характеристик обеспечиваются техническими параметрами РЛС. К основным техническим параметрам относятся:

· способ обзора рабочей зоны;

· вид модуляции зондирующих колебаний и способ обработки сигналов в приемнике;

· способы измерения координат;

· несущая частота излучаемых колебаний;

· мощность передатчика, чувствительность приемника;

· форма и ширина ДН антенны;

· габариты, масса аппаратуры;

· энергия, потребляемая от первичного источника.

В определенных условиях некоторые технические параметры могут переходить в разряд тактических и наоборот. Например, при размещении РЛС на КА масса, габариты, потребление энергии определяют возможность использования системы и поэтому должны рассматриваться как тактические параметры.

Исключительно важной характеристикой систем радиолокации являются экономические затраты на их производство и эксплуатацию. Аппаратура РТС, в которых существенный удельный вес имеют системы радиолокации, обладают большой стоимостью. Трудоемкость изготовления, экономические затраты часто определяют возможность и целесообразность производства аппаратуры.

3. Сигналы и цели в радиолокации

Общая характеристика радиолокационных сигналов. В активной радиолокации информация о целях образуется в результате взаимодействия зондирующего сигнала с целью и заключена в самом факте наличия отраженного сигнала и в его параметрах. Цель «модулирует» отраженный сигнал. Эта модуляция имеет разносторонний характер. С одной стороны, параметры сигнала приобретают регулярную зависимость от параметров положения и движения цели. Это, прежде всего, направление распространения фронта отраженной волны, характеризующее пространственное положение (угловые координаты) цели; запаздывание отраженного сигнала, возникающее при распространении электромагнитной волны от РЛС до цели и обратно и определяющее дальность до цели; доплеровское смещение частоты отраженного сигнала, характеризующее радиальную составляющую скорости движения цели относительно РЛС. Очевидно, что время запаздывания сигнала ф пропорционально дальности:

ф =2д/с (1)

В свою очередь, доплеровское смещение частоты связано с радиальной скоростью цели соотношением:

f=2fv/c (2)

С другой стороны, на структуру отраженного сигнала влияют случайный характер отражения электромагнитных волн от реальных целей, а также случайные изменения условий распространения электромагнитных волн, нестабильность параметров аппаратуры. Поэтому параметры отраженного (принимаемого) сигнала флуктуируют случайным образом относительно своих средних значений. Эти флуктуации, как правило, понижают эффективность устройств обнаружения целей и измерения их координат.

Существенно, что возмущающие факторы являются медленно изменяющимися процессами. На отрезке времени, меньшем интервала корреляции флуктуации, помеховая модуляция слабо влияет на характер связей, имеющихся в сигнале. Например, при когерентном зондирующем сигнале в отраженном сигнале на этом интервале также сохраняется когерентность. (Напомним, что под когерентностью понимают наличие жесткой связи между фазами сигнала в различные моменты времени). На больших интервалах времени такие связи в сигнале разрушаются.

Извлечение полезной информации о целях состоит в обнаружении отраженного сигнала и измерении средних значений его случайных параметров. Иногда удается извлечь также информацию из средних статистических характеристик флуктуации. Например, известны системы, в которых спектральные характеристики флуктуации используются для идентификации (классификации) воздушных целей--самолетов.

Общая характеристика зондирующих сигналов.

Зондирующие сигналы, естественно, не несут какой-либо информации о радиолокационных целях. Эти сигналы играют подчиненную роль. Однако, как показано ниже, структура зондирующего сигнала, способ его модуляции имеют важное значение. Выделение принятого сигнала из шума и измерение его параметров предполагает наличие некоторой зависимости между отраженным и зондирующим сигналами. Обнаружение и измерение осуществляется путем сопоставления принятого сигнала с ожидаемым, который формируется из зондирующего сигнала или «фиксируется» в согласованном фильтре приемника путем соответствующего выбора его характеристик.

К зондирующим сигналам предъявляются различные требования. Они должны обладать энергией, достаточной для обнаружения целей в шумах; обеспечивать возможность измерения координат, разрешения целей, подавления пассивных помех (сигналов, отраженных объектами, не являющимися целями); иметь «хорошую» практическую реализуемость.

При выборе зондирующего сигнала в радиолокации особое внимание уделяется обеспечению разрешающей способности по времени (дальности) и по частоте (радиальной скорости). (Разрешающая способность по угловым координатам в основном зависит от направленных свойств антенны.) Заметим, что под разрешающей способностью по времени понимают минимальный сдвиг сигналов во времени, при котором их запаздывание может быть измерено раздельно. Аналогично разрешающая способность по частоте равна минимальному частотному сдвигу, при котором воз можно раздельное измерение частоты сигналов.

В большинстве практических случаев в пределах рабочей зоны РЛС находятся большое количество целей или цели и объекты, создающие пассивную помеху. Благодаря разрешению возникает возможность выделения полезных сигналов и ослабления воздействия помех. Некоторые РЛС предназначены для получения изображения (например, радиолокационной карты местности), качество которого полностью зависит от разрешающей способности РЛС. Кроме того, высокое разрешение всегда сочетается с высокой точностью измерения соответствующей координаты (обратное утверждение, в общем случае, не справедливо: существуют точные методы измерения параметров сигналов, при которых разрешение не обеспечивается). Поэтому разрешающая способность является од ним из важнейших параметров РЛС.

Определим параметры сигналов, влияющие на разрешение. В теории сигналов доказывается, что разрешающая способность по времени обратно пропорциональна ширине спектра сигнала.

Страницы: 1, 2