Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Подлинной жемчужиной Приморского района является Приморский бульвар, самый красивый в городе, где хорошо видна панорама порта. Вдоль всего бульвара р...полностью>>
'Документ'
Hotel De La Ville - один из самых элегантных отелей Милана, постоянными гостями которого являются знаменитости из мира моды, шоу-бизнеса и предприним...полностью>>
'Документ'
1. Основание проведения торгов - Постановление от 18 декабря 2006 года №77/289 «О Программе управления государственным имуществом Кировской области в...полностью>>
'Документ'
Колосо́вский Никола́й Никола́евич (1891—1954), советский экономист и экономикогеограф, один из создателей советской районной школы экономической геог...полностью>>

Тема: Основы радиолокации Учебные вопросы

Главная > Закон
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Тема: Основы радиолокации

Учебные вопросы:

  1. Общие сведения о радиолокации;

  2. Принципы радиолокационного обнаружения целей;

  3. Методы измерения координат и скорости движения целей;

  4. Основные тактико-технические данные радиолокационных станций (РЛС);

  5. Типы бортовых РЛС, их назначение и краткая характеристика.

Литература:

  1. П.И. Дудник, Ю.И. Чересов. Авиационные радиолокационные устройства, – ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1986 г., 538 стр.;

  2. В.В. Васин и др. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения), М.: Сов. Радио, 1970 г., 680 стр.;

  3. Г.С. Кондратенков, А.Ю. Фролов. Радиовидение. РЛС дистанционного зондирования земли, М.: Радиотехника, 2005 г., 370 стр.

Вопрос 1.

Радиолокация – область радиоэлектроники, занимающаяся применением радиоволн для обнаружения, определения координат и измерения параметров движения различных объектов. Все объекты наблюдения в радиолокации называются целями. К ним относятся, например, корабли, самолёты, танки и др. Операции, выполняемые в радиолокации для обнаружения целей, измерения их координат и параметров движения, называются радиолокационным наблюдением.

Радиолокация как наука основана на использовании ряда физических законов, связанных с распространением и рассеянием электромагнитных волн (ЭМВ). Важнейшим для радиолокации свойством электромагнитных волн является их рассеяние при падении на объекты. Это позволяет, принимая рассеянные объектом волны и измеряя их параметры, судить о наличии и свойствах объекта. В общем случае объект рассеивает волны во все стороны, в том числе и в сторону, обратную направлению прихода падающей волны. Таким образом, облучая объект, можно принимать отражённую волну в том же месте, откуда распространяется волна облучения.

Закон о прямолинейности распространения электромагнитных волн в однородной среде используется для определения угловых координат объекта путём измерения направления прихода волны как вектора, перпендикулярного фазовому фронту волны.

Постоянство скорости распространения электромагнитных волн позволяет определять дальность до объекта путём измерения задержки волны при распространении её от объекта до радиолокатора.

Важным свойством электромагнитных волн является их малое затухание при распространении в атмосфере и космосе, что позволяет получать большие дальности обнаружения объектов практически в любых метеоусловиях. Затухание в атмосфере значительно ограничивает дальность распространения электромагнитных волн, особенно в дожде.

Электромагнитные волны, рассеянные движущимся объектом, имеют другую длину волны по сравнению с волной облучения (доплеровское смещение частоты). Этот эффект позволяет выделять движущиеся объекты и определять их скорость путём измерения величины смещения частоты.

Часто к радиолокации относят также два других направления науки и техники, связанные с излучением и приёмом радиоволн, приходящих от объектов.

Первое направление – радиометрия, или теплорадиолокация, использует для изучения объектов их собственное излучение как нагретого тела в радиодиапазоне частот, которое принимается и анализируется широкополосным приёмником. Иногда этот метод называют пассивной радиолокацией.

Второе направление – радиолокация с активным ответом. Характерным примером этого направления является система государственного опознавания, в которой объект оснащён активным ответчиком, излучающим электромагнитную волну в ответ на запросную (облучающую) волну радиолокатора.

Задачи радиолокационных наблюдений решаются радиолокационными устройствами. Совокупность функционально связанных радиолокационных устройств, предназначенных для решения какой-либо боевой задачи (обеспечение перехвата воздушных целей, прицеливание при действии по наземным целям и т.п.), называется радиолокационной системой. Техническая реализация радиолокационной системы в виде совокупности блоков или узлов обычно называется радиолокационной станцией (РЛС). РЛС функционирует в рамках более широкого понятия – радиолокационного канала. Рассмотрим более подробно его структуру и составные части.

Структура радиолокационного канала. Она включает в себя собственно РЛС (3), носитель РЛС (6), среду распространения радиоволн (2), группу объектов (1), систему навигации (4) и систему индикации и управления каналом (5) (рис. 1.1). Все эти элементы структуры участвуют в процессе обнаружения и определения характеристик заданных объектов.

1. Группа объектов состоит из заданных объектов (целей), вспомогательных объектов (ориентиров), сопутствующих объектов (фона), объектов излучающих или переизлучающих помеховые сигналы (источников помех).

Цели – заданные объекты, т.е. объекты нашего интереса, могут иметь различную физическую природу: воздушные цели (самолёты, ракеты, облака, дождь, турбулентности атмосферы и т.п.), наземные цели (скопление войск и отдельные виды техники, взлётные полосы аэродромов и сельскохозяйственные угодья, инженерные сооружения и дороги и т.п.), морские цели (корабли, ледовые поля, морская поверхность).

Ориентиры – вспомогательные объекты, которые помогают решать основную задачу обнаружения и определения характеристик целей. Так, например, ориентир – объект с известными координатами – используется для высокоточного определения координат целей, расположенных вблизи от этого объекта.

Фон – сопутствующие объекты, которые обычно препятствуют обнаружению целей. Так, если малоразмерная цель наблюдается на фоне подстилающей (земной) поверхности, то фон маскирует цель. Сигнал от фона намного превышает сигнал от цели, что требует особой системы обработки сигналов для подавления сигнала фона и выделения сигнала цели.

Рисунок 1.1. Структура радиолокационного канала.

Активные и пассивные источники помех являются объектами, которые излучают или переизлучают сигналы, мешающие обнаружению сигналов цели. Помехи обычно используются в процессе радиоэлектронной борьбы, однако они могут быть и непреднамеренными (естественными), например в виде излучения других радиопередающих устройств. Пассивные помехи создаются специальными отражателями (облака диполей, аэрозолей и других образований), отражения от которых маскируют сигналы целей.

2. Среда распространения радиоволн – пространство между РЛС и объектом. Обычно считается, что электромагнитная волна от объекта до РЛС распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью. Наличие неоднородности среды (коэффициента преломления) вносит ошибки в процесс измерения характеристик цели, а потери энергии вследствие поглощения в среде приводят к уменьшению дальности обнаружения целей. Поэтому при решении радиолокационных задач требуется учитывать характеристики среды распространения.

3. РЛС – включает в себя собственно аппаратуру РЛС («железо») и программное обеспечение (ПО) работы РЛС. Аппаратура РЛС включает в себя следующие основные блоки:

антенные и приёмо-передающие модули. Антенно-фидерные устройства модулей обеспечивают направленное излучение и приём радиоволн с учётом их поляризации. Передающие модули обеспечивают усиление, амплитудную и фазовую модуляцию радиочастотных колебаний. Приёмные модули обеспечивают малошумящее усиление и преобразование частоты принимаемых радиочастотных колебаний;

синтезатор сигналов, который генерирует колебания заданной радиочастоты, частот модуляции и преобразования для приёмопередающих модулей;

процессор обработки сигналов, выполняющий с помощью аналоговых и цифровых устройств заданный алгоритм обработки принимаемых колебаний (синтезирования апертуры);

БЦВМ управления и обработки данных, обеспечивающая согласование работы и режимов всех устройств РЛС и носителя РЛС в соответствии с решаемой задачей, а также обработку данных с выхода сигнального процессора.

Кроме перечисленных составных частей РЛС, в неё также входят устройства технической диагностики, источники питания, сеть распределения сигналов и коммутационные устройства (на рисунке не показаны).

4. Система навигации снабжает необходимой информацией системы обработки сигналов управления.

5. Система индикации и управления обеспечивает связь между оператором и РЛС с использованием устройств отображения информации интеллектуальных систем управления, реализуемых с помощью ЭВМ.

6. Носитель РЛС выполняет не только транспортные функции, но и обеспечивает заданное пространственное положение РЛС (траекторию), исходя из задачи формирования требуемого пространственно-временного траекторного сигнала.

Функционирование радиолокационного канала начинается с задания оператором тактической задачи, исходя из которой система управления через БЦВМ управления формирует структуру канала и его режимы работы. Коммутационные устройства обеспечивают реконфигурацию (изменение структуры) РЛС путём переключения приёмопередающих модулей и вычислительных модулей процессоров и изменения способов объединения сигналов и данных с помощью сети распределения (шины), соединяющей все модули. Кроме того, система управления изменяет состав модулей программного обеспечения процессоров и БЦВМ для выполнения заданных алгоритмов управления, обработки сигналов и индикации. Сложные задачи реконфигурации аппаратуры РЛС и программного обеспечения требуют большой интеллектуальной поддержки оператора РЛС соответствующим программным обеспечением ЭВМ системы управления, которое высвобождает мышление оператора (лётчика) для решения тактических задач.

В соответствии с заданным режимом работы синтезатор сигналов вырабатывает высокочастотные колебания несущей частоты зондирующего сигнала, а также частоты преобразования и модуляции сигналов.

Излучённая электромагнитная волна, пройдя среду распространения от РЛС до объекта, формирует поле облучения объекта. В зависимости от свойств объекта и параметров поля облучения, характеризуемых функцией отражения объекта, формируется рассеянная объектом ЭМВ, распространяющаяся в сторону РЛС.

Отражённая от объекта ЭМВ, пройдя среду распространения от объекта до РЛС, возбуждает поле на апертуре приёмных антенных модулей.

Процессор обработки сигналов и БЦВМ выполняют заданные алгоритмы синтезирования апертуры, обнаружения, определения координат и распознавания цели, обеспечения помехозащищённости и другие алгоритмы. Полученные данные используются оператором и подаются в другие системы (разведка, оружие, оборона и т.п.).

Дополнительные каналы (обычно другой физической природы) обеспечивают необходимой информацией процессоры обработки и БЦВМ управления. Это, прежде всего, система навигации, которая совместно с носителем обеспечивает требуемую траекторию перемещения антенных модулей РЛС, исходя из необходимости решения заданной тактической задачи. Так, при использовании РЛС в качестве информационной системы для наведения носителя РЛС на малоразмерную наземную цель управление траекторией предусматривает получение высокой разрешающей способности и выдерживание заданного вектора путевой скорости относительно объекта.

Вопрос 2.

Объектом радиолокационного наблюдения, или целью может быть любое тело или группа тел с электрическими или магнитными свойствами, отличными от свойств среды, в которой распространяются радиоволны; целью может быть также и тело, характеризующееся собственным излучением радиоволн.

Обнаружение целей состоит в фиксации поступающих на вход приёмного устройства РЛС радиолокационных сигналов. Наличие такого сигнала свидетельствует о существовании цели, а при его отсутствии следует полагать, что цели нет.

Измерение координат обнаруженных целей основано на определении значений параметров радиолокационных сигналов, несущих информацию об этих целях. При этом используются следующие физические свойства радиоволн:

  1. скорость распространения радиоволн в свободном пространстве (с) имеет конечное приблизительно постоянное значение (3∙108м/с);

  2. траектории распространения радиоволн можно считать прямыми линиями;

  3. частота принимаемых электромагнитных колебаний отличается от частоты излучённых колебаний в том случае, если цель перемещается относительно РЛС (эффект Доплера).

Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн позволяют определить дальность цели. Время распространения радиоволн от РЛС до цели и обратно tD связано с дальностью цели соотношением

и, следовательно,

(2.1)

Таким образом, для определения дальности цели при использовании метода активной радиолокации необходимо измерить время распространения радиоволн между РЛС и целью в обе стороны; обычно величину tD называют временем запаздывания отражённого сигнала.

Определение угловых координат (пеленгация) целей основывается на прямолинейности распространения радиоволн. Для этого используются антенные устройства направленного действия.

Вопрос 3.

Измерениям подлежат дальность, угловые координаты и скорость.

Методы измерения дальности

Определение дальности целей основано на измерении времени запаздывания tD радиолокационных сигналов. Классификация методов измерения дальности связана с параметрами сигнала, которые играют основную роль при измерении времени запаздывания. В соответствии с этим метод измерения может быть амплитудным, частотным или фазовым.

Амплитудный метод.

При амплитудном методе измерения определяется время запаздывания характерного изменения амплитуды принимаемого радиолокационного сигнала. Из различных видов модуляции излучаемых колебаний наиболее употребительной является импульсная (рис. 3.1 и 3.2а).

Рисунок 3.1. Функциональная схема импульсного измерителя дальности (а), изображение сигналов на экране электроннолучевого индикатора (б).

Передатчик станции генерирует радиоимпульсы длительностью τи с периодом повторения Ти (напряжение и2 на рис 3.2).

Рисунок. 3.2. Эпюры напряжений в точках 1-5 схемы импульсного дальномера (рис.3.1,а).

Антенный переключатель (АП) подсоединяет антенну к передатчику на генерации (τи) и к приёмнику на всё остальное время. Отражённые импульсные сигналы запаздывают на время tD; на вход приёмника поступают и колебания передатчика, и отражённые сигналы (и3). Одним из наиболее употребительных приборов для измерения времени запаздывания является электроннолучевая трубка. На рис.3.1,а показана трубка с электростатическим управлением. К вертикально отклоняющим пластинам трубки подводятся импульсы напряжения с выхода приёмника и4; к горизонтально отклоняющим пластинам от специальной схемы подводится пилообразное отклоняющее напряжение и5 ( рис 3.2). Передатчик и схема создания пилообразного напряжения запускаются одновременно импульсами синхронизирующего устройство и1, поэтому одновременно с излучением импульса передатчика начинается горизонтальное перемещение пятна по экрану трубки.

Картина, наблюдаемая на индикаторе, иллюстрируется рис.3.1,б: пятно воспроизводит огибающие излучённого и отражённого импульсов, расстояние между которыми l пропорционально дальности обнаруженной цели:

, (2.2)

где – скорость движения пятна по экрану индикатора, откуда

. (2.3)

По положению отражённого сигнала на экране можно отсчитывать дальность целей. К достоинствам импульсных дальномеров следует отнести: возможность построения РЛС с одной антенной; простоту индикаторного устройства; удобство одновременного измерения дальности многих целей; простоту разделения излучаемых импульсов, длящихся очень малое время τи, и принимаемых сигналов.

Основными недостатками импульсного метода являются: необходимость использования больших импульсных мощностей передатчиков; невозможность измерения малых дальностей; большая минимальная дальность станции (определяющаяся дальностью излучаемых импульсов и временем протекания переходных процессов в антенном переключателе), которая составляет сотни или даже тысячи метров.

Частотный метод.

Частотный метод определения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных колебаний; время запаздывания определяется путём измерения разности частот излучённых колебаний и отражённого сигнала. Функциональная схема РЛС с частотной модуляцией изображена на рис 3.3.

Рисунок 3.3. Функциональная схема измерителя дальности с частотной модуляцией.

Генератор высокой частоты, управляемый модулятором, вырабатывает колебания с частотой, изменяющейся по периодическому закону (рис. 3.4, сплошная линия). Частота сигнала, отражённого от неподвижной цели, будет изменяться по такому же закону, но только со сдвигом по временной оси на время запаздывания tD. На рис. 3.4,а частота отражённых колебаний показана штриховой линией. Отражённые сигналы и колебания генератора подводятся к смесителю. Образующаяся на выходе смесителя разностная частота (рис. 3.4,б) (частота биений) пропорциональна дальности цели.

На рис.3.4,в показано изменение разностной частоты

Рисунок 3.4. Изменение частоты излучаемых и принимаемых колебаний: а – частоты излучённого и принятого сигналов; б – преобразованный сигнал (биения); в – изменение частоты преобразованного сигнала.

Для измерения разностных частот используются фильтры или счётчики импульсов. При использовании фильтров возможны два варианта: применяется группа фильтров, настроенных на фиксированные частоты, или один фильтр с переменной настройкой. Попадание сигнала разностной частоты в тот или иной фильтр (на что укажет соответствующий индикатор, например неоновая лампочка) позволит определить дальность цели. Дальномеры рассмотренного типа позволяют измерять очень малые дальности и использовать передатчики с малой мощностью излучения.

Недостатки дальномеров с частотной модуляцией:

– необходимость использования либо двух антенн, либо сложного устройства для разделения излучаемых и принимаемых колебаний;

– ухудшение чувствительности приёмника вследствие просачивания в приёмный тракт через антенну излучения передатчика, подверженного случайным изменениям;

– высокие требования к линейности изменения частоты.

Устройства с большим числом анализирующих фильтров характеризуются также сложностью и громоздкостью анализатора. Если использовать один перестраиваемый фильтр, с помощью которого последовательно просматриваются различные участки дальности, то анализирующее устройство упрощается, но зато резко увеличивается время обзора заданной области.

Фазовые методы.

Фазовые методы основаны на измерении разности фаз излучённых синусоидальных колебаний и принятых радиосигналов.

Методы измерения угловых координат

Для определения угловых координат целей используются угломерные, или пеленгационные радиолокационные устройства.

Угломерное устройство включает антенну (антенную систему), приёмник для обработки принятых радиолокационных сигналов и измерительное устройство. Одной из основных характеристик угломерного устройства является его пеленгационная характеристика, представляющая собой зависимость выходного напряжения приёмника от направления прихода радиоволны Uвых(φ). В зависимости от того, какой параметр сигнала – амплитуда, частота или фаза – оказывает основное влияние на формирование пеленгационной характеристики, методы измерения угловых координат можно подразделять на амплитудные, частотные или фазовые. Практически находят применение амплитудные и фазовые методы.

Амплитудные методы.

В настоящее время известны и широко используются несколько амплитудных методов: максимума; минимума; сравнения; равносигнальный.

Рассмотрим их существо и принципы технической реализации.

При пеленгации по методу максимума плавно изменяется угловое положение антенны, и она в течение некоторого времени принимает сигналы цели; отсчёт угловой координаты цели производится в тот момент, когда амплитуда сигнала на выходе приёмника достигает наибольшего значения. Функциональная схема соответствующего угломерного устройства показана на рис. 3.5.

Рисунок 3.5. Функциональная схема угломерного устройства с отсчётом по максимуму.

Механизм поворота вращает антенну; одновременно приводится в действие указатель поворота, по шкале которого отсчитывается направление оси антенны. Когда цель окажется в пределах диаграммы направленности антенны F(φ), в приёмник начнут поступать сигналы. Амплитуда сигналов зависит от углового положения антенны по отношению к цели. При вращении антенны выходное напряжение приёмника Uвых повторяет форму диаграммы направленности антенны (рис. 3.6).

Рисунок 3.6. Пеленгационная характеристика при пеленгации по максимуму.

Это и будет пеленгационная характеристика угломерного устройства

Uвых(φ) = k F(φ), (2.4)

где k – коэффициент пропорциональности.

Когда ось антенны совпадает с направлением на цель, выходное напряжение приёмника достигнет максимума; в этот момент указатель поворота антенны покажет пеленг цели φц.

Достоинствами метода являются простота его технической реализации и получение наибольшей (при прочих равных условиях) амплитуды принимаемого сигнала в момент пеленгации. Основной недостаток метода состоит в относительно низкой точности измерений угловой координаты.

Точность измерения угла характеризуется пеленгационной чувствительностью, представляющей собой крутизну пеленгационной характеристики вблизи направления на цель:

. (2.5)

Чем больше пеленгационная чувствительность, тем выше точность измерения угловой координаты.

При пеленгации по максимуму для диаграмм направленности любого типа пеленгационная чувствительность очень мала (при точном пеленге ), поэтому и точность измерения координат относительно низка.

Метод пеленгации по минимуму отличается тем, что отсчёт угловой координаты производится в момент уменьшения до минимума выходного напряжения приёмника.

Рисунок 3.7. Диаграмма направленности антенного устройства (а) и пеленгационная характеристика при пеленгации по минимуму (б).

Диаграмма направленности антенны пеленгатора должна иметь в средней части провал до нуля. Этого можно добиться, например, если использовать две антенны, повёрнутые в пространстве одна относительно другой на угол, равный ширине диаграммы направленности по нулевому уровню (рис 3.7,а). Функциональная схема пеленгационного устройства такая же, как и при пеленгации по максимуму (см. рис. 3.5). Изменения амплитуды сигнала на выходе приёмника при повороте антенны характеризуются графиком рис. 3.7,б; аналогичный вид имеет и пеленгационная характеристика Uвых(φ) = k F(φ), где функция F(φ) – результирующая диаграмма направленности.

При пеленгации по минимуму может быть получена высокая точность измерения угловой координаты, так как пеленгационная чувствительность велика. Но амплитуда сигнала вблизи направления пеленга мала; при точном пеленге она становится равной нулю.

Практически по методу минимума можно пеленговать только источники мощного собственного излучения. Поэтому метод пеленгации по минимуму, получивший широкое применение в радионавигации, в радиолокации не используется.

Метод сравнения характеризуется тем, что пеленг цели определяется по соотношению амплитуд сигналов, принятых одновременно двумя антеннами. Функциональная схема пеленгационного устройства, в котором использован метод сравнения, приведена на рис. 3.8.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Учебные вопросы: Краткая характеристика чс мирного времени

    Документ
    Рост техногенного давления цивилизации на биосферу, потребительская хозяйственная деятельность людей, вооруженные столкновения спровоцировали ответную негативную реакцию природы.
  2. Рабочая программа учебной дисциплины «Схемотехническое проектирование автономных информационных и управляющих систем» ооп по направлению подготовки бакалавров по 220200 «Автоматизация и управление»

    Рабочая программа
    Рабочая программа составлена на основании требований «О порядке формирования основных образовательных программ ВУЗа на основе Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования» по направлению 550200
  3. Учебно-методический комплекс образовательных программ профессиональной переподготовки и повышения квалификации Издательство мгту им Н. Э. Баумана Федеральная целевая программа развития образования на 2006-2010 годы

    Учебно-методический комплекс
    Мероприятие 6 «Внедрение новых образовательных технологий и принципов организации учебного процесса, обеспечивающих эффективную реализацию новый моделей и содержания образования,
  4. Учебная программа для высших учебных заведений по специальности I 39 01 04 Радиоэлектронная защита информации Cогласована с Учебно-методическим управлением бгуир

    Программа
    Э.М. Карпушкин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»,
  5. Учебно-методический комплекс дисциплины «лазерные и микроволновые системы и автоматизация технологических процессов» ЛиМСиатп образовательной профессиональной программы (опп)

    Учебно-методический комплекс
    Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине «Лазерные и микроволновые системы и автоматизация технологических процессов» (ЛиМСиАТП) (8, 9, 10 семестры)

Другие похожие документы..