Содержание
Введение1. Измеряемыекоординаты2. Историяисследования и разработки радиолокационных устройств
3. Радиолокационное обнаружение
4. Импульсная радиолокация
5. Измерение угловых координат цели
6. Измерение дальности в импульснойрадиолокации
7. РЛС обнаружения и РЛС слежения8. Как можноизмерять дальность при непрерывном излучении
Заключение
Список литературы
Введение
Радиолокацией называетсясовокупность методов и технических средств, предназначенных для обнаруженияразличных объектов в пространстве, измерения их координат и параметров движенияпосредством приема и анализа электромагнитных волн, излучаемых илипереизлучаемых объектами.
Радиолокация какнаучно-техническое направление в радиотехнике зародилась в 30-х годах.Достижения авиационной техники обусловили необходимость разработки новыхсредств обнаружения самолетов, обладающих высокими характеристиками(дальностью, точностью). Такими средствами оказались радиолокационные системы.
Выдающийся вклад вразвитие радиолокации внесли советские ученые и инженеры П.К. Ощепков, М.М.Лобанов, Ю.К. Коровин, Б.К. Шембель. В Советском Союзе первые успешныеэксперименты обнаружения самолетов с помощью радиолокационных устройств былипроведены еще в 1934/36 гг. В 1939 г. на вооружении войск ПВО поступили первыесерийные отечественные радиолокаторы. Существенным шагом в развитиирадиолокации было создание в 1940/41 гг. под руководством Ю.Б. Кобзареваимпульсного радиолокатора. В настоящее время радиолокация одна из наиболеепрогрессирующих областей радиотехники.
Получение информации врадиолокации сопряжено с наблюдением некоторой области пространства.Технические средства, с помощью которых ведется радиолокационное наблюдение,называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами; а наблюдаемыеобъекты — радиолокационными целями. Типичными целями являются самолеты, ракеты,корабли, наземные инженерные сооружения и т. п.
В радиолокации наиболеечасто измеряются дальность между целью и РЛС, угловые координаты (азимут, уголместа) и радиальная, относительно радиолокатора, составляющая скоростидвижения. (Азимут — это угол между направлением на цель и севернымнаправлением, измеренный в горизонтальной плоскости. Угол места измеряетсямежду вектором наклонной дальности и его проекцией на горизонтальнуюплоскость.) В задачу радиолокационного наблюдения в некоторых случаях входиттакже идентификация (распознавание) целей.
Системы радиолокациипрактически всегда входит в состав более сложных суперсистем. Эти суперсистемыимеют важное военное и народнохозяйственное значение и находят разнообразноеприменение: для управления воздушным движением, в навигации самолетов,кораблей, в геофизических и астрофизических исследованиях и др.
Системы радиолокациисоставляют информационную часть таких суперсистем и функционируют совместно иво взаимной связи с другими подсистемами суперсистемы (радионавигации,радиоуправления, передачи информации).
1. Измеряемыекоординаты
Радиолокация обеспечивает определение координат объекта по отраженному отнего радиосигналу. Координаты определяются относительно места расположениярадиолокатора, и основными являются две угловых координаты: азимут и уголместа, и наклонная дальность. Их определение поясняется следующим рисунком.
/>
Радиолокаторрасполагается в точке О. Азимут измеряется в горизонтальной плоскости. Это уголмежду направлением на север и вертикальной плоскостью, проходящей черезрадиолокатор и цель. Угол места – это угол между касательной к земнойповерхности и направлением на объект в вертикальной плоскости.
Уже в первом договоре на разработку радиолокационной аппаратуры,заключенном Управлением противовоздушной обороны Рабоче-крестьянской КраснойАрмии (УПВО РККА) и Ленинградским электрофизическим институтом (ЛЭФИ) в феврале1934 г., были сформулированы следующие тактико-технические требования:
· Обнаружениесамолетов и определение координат на высотах полета до 10 км и расстоянии до 50км;
· Точностьопределения координат в пределах 2 – 5%;
· Определениеколичества самолетов (один, два, звено, эскадрилья и больше;
· Определениескорости самолета с точностью до 25 км/ч и курса с точностью 2 – 5%.
Ясно, что эти требования были скорее желаемыми, чем реально достижимыми,так как в то время сама возможность обнаружения самолетов по отраженному от нихэлектромагнитному излучению была сомнительной, и выполнение одногоединственного требования – обнаружение самолета на расстоянии 50 км было быбольшим достижением.
Договор Главного артиллерийского управления (ГАУ) с ЛЭФИ (январь 1934 г.)предусматривал решение более скромной задачи: обнаружение самолета и егопеленгация с точностью, достаточной для управления зенитным прожектором.
2. История исследования и разработкирадиолокационных устройств
Не преуменьшая роли всех исследователей и разработчиков радиолокационныхустройств, отдадим должное двум людям, благодаря усилиям которых СССР к началуВеликой Отечественной войны обладала радиолокационными станциями обнаружениядостаточно высокого качества. Это Павел Кондратьевич Ощепков и Юрий БорисовичКобзарев.
Это были целеустремленные люди, что проявилось еще в годы их учебы.Ощепков за время обучения на первом курсе вуза выполнил программу двух курсов ибыл сразу переведен на третий. Кобзарев не учился в десятом классе школы, таккак все экзамены за среднюю школу сдал после девятого класса. ВУЗ он закончилза четыре года вместо положенных пяти.
Идея обнаружения самолетов с помощью радиоволн для противовоздушнойобороны возникла у инженера П.К. Ощепкова, когда он проходил одногодичнуювоенную службу в артиллерийском полку ПВО в 1932 г. Он поделился своими мыслямис командиром полка В.М. Черновым, а тот, в свою очередь, с приехавшим в полкинспектором Управления ПВО И.Ф. Блажевичем. Увидев в инженере Ощепковеинициативного, изобретательного человека, командование УПВО, крайнезаинтересованное в решении задачи надежного обнаружения самолетов, отозвалоП.К. Ощепкова из артиллерийского полка, и он был назначен инженером в УПВО.
Так с конца 1932 г. П.К. Ощепков стал работать в центральном аппаратеНаркомата обороны над вопросами радиообнаружения самолетов для службы ВНОС(воздушное наблюдение, обнаружение, связь) ПВО.
Во второй половине 1933г. П.К. Ощепков в докладе Народному комиссаруобороны К.Е. Ворошилову изложил принцип использования в системе ПВО новыхсредств обнаружения самолетов с применением радиоволн. Работая над этойпроблемой, он пришел к выводу о целесообразности применения импульсного, а ненепрерывного излучения радиоволн, что и определило его дальнейшие усилия поразработке именно импульсных радиолокаторов.
К.Е. Ворошилов и М.Н. Тухачевский одобрительно отнеслись к инициативеУПВО и рекомендовали привлечь к обсуждению этого вопроса ученых Академии НаукСССР. Ощепков как представитель УПВО встретился с Президентом АН СССР А.П. Карпинскими по его совету с академиками А.Н. Крыловым, С.И. Вавиловым и А.Ф. Иоффе. Врезультате в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) подпредседательством А.Ф. Иоффе было созвано совещание ведущих специалистов вобласти радиотехники, на котором с докладом выступил П.К. Ощепков.(Поразительна смелость этого молодого человека!). Единого мнения уприсутствующих не было. В Постановлении было отмечено, что использованиерадиосредств может привести к созданию нужных приборов, но ввиду новизныпроблемы необходима длительная научно-исследовательская работа, и пока следуетпродолжать работы по звукопеленгации и инфракрасной локации (по тепловому излучениюработающих двигателей). Сомнения вызывала возможность обнаружения сигнала,отраженного от самолета, ввиду его малости. Только один человек согласился напроведение работ по радиолокации. Это был директор ЛЭФИ академик А.А. Чернышев,который за пять дней до этого совещания (!!!) заключил договор с ГлавнымАртиллерийским управлением (ГАУ) на разработку станции радиообнаружения. Онзнал об экспериментальных исследованиях по радиообнаружению самолетов,выполненных в 1933 г в Центральной радиолаборатории (ЦРЛ) под руководствоминженера Ю.К. Коровина.
В ЛЭФИ было выбрано непрерывное излучение для построения аппаратурырадиообнаружения, а П.К. Ощепков оставался сторонником импульсного излучения.Поэтому работа УПВО с ЛЭФИ не была продолжена, и в начале 1935 г был заключендоговор УПВО с ЛФТИ. Выполнение его было возложено на лабораторию проф. Д.А. Рожанского.
Д.А. Рожанский был видным специалистом по распространению радиоволн. В1925 г. он приехал в Харьков, чтобы создать пункт для изучения распространениякоротких волн. И надо же было там произойти одной случайной встрече. Ему вкачестве помощника порекомендовали студента четвертого курса Харьковскогоинститута народного образования Ю. Кобзарева. Увлеченность и самоотдача этогостудента так понравились Рожанскому, что он пригласил Кобзарева к себе наработу. Кобзарев досрочно заканчивает институт и двадцати лет от роду в феврале1926 г. начинает работу в ЛФТИ в должности научного сотрудника в лабораторииРожанского.
В марте 1935 г. лаборатория приступила к исследованию импульсного методарадиолокации и разработке узлов будущего радиолокатора, в первую очередь,генератора высокочастотных импульсов, усилителя широкополосных сигналов ииндикатора, который бы позволял измерять координаты цели. После смертиРожанского разработкой импульсной РЛС стал руководить Кобзарев. Эта работа даланачало созданию отечественной РЛС дальнего обнаружения РУС-2. За разработкуимпульсной РЛС Ю.Б. Кобзарев стал лауреатом Сталинской премии.
В первых РУС-2 использовались отдельные приемная и передающая антенны.Станция располагалась на двух автомашинах – соответственно, для приемника ипередатчика. Антенны жестко закреплялись на кабинах. Обзор пространстваобеспечивался синхронным вращением кабин. Было произведено 12 таких станций. Адалее стали выпускаться станции РУС-2с, в которых использовалась одна антеннана прием и передачу. Обзор пространства производился вращением антенны, акабина была неподвижной.
США и Англия к началуВторой мировой войны уже обладали развитым парком радиолокационных станций:наземных, корабельных, самолетных. Наиболее удачной наземной РЛС обнаружениябыла станция SCR 268, разработанная в США. В этой РЛСиспользовались три отдельные антенны для передатчика, приемника азимутальногоканала и приемника угломестного канала, размещенных на одной станине.
3. Радиолокационное обнаружение
В любую радиолокационную систему входят три обязательных узла:передатчик, приемник и индикаторное устройство.
/>
Передатчик формирует высокочастотное колебание, которое через передающуюантенну излучается в пространство. Если на пути излученной электромагнитнойволны окажется какой-либо объект (цель), то электромагнитная волна будетрассеиваться (отражаться) им по всем направлениям. Малая часть этой рассеяннойволны попадет на приемную антенну и преобразуется приемником в электрическийсигнал. В этом сигнале содержится информация об отражающем объекте. Задачаиндикатора – представить эту информацию в удобной форме.
Работа по радиообнаружению целей началась в начале 30-х годов практическиодновременно в странах с развитой радиопромышленностью – США, СССР, Германии,Англии, Франции и Японии. Первые системы радиообнаружения использовалинепрерывное излучение электромагнитного колебания. Во многом это определялосьтребованиями технической реализации. Все, что нужно для непрерывной системырадиообнаружения, уже было разработано для систем радиосвязи: передатчикинепрерывных колебаний, высокочувствительные сверхрегенеративные приемники,стрелочные и звуковые индикаторы. А импульсные передатчики, так же как иусилители радиоимпульсов, требовалось еще разрабатывать.
Принцип построения системы напрашивался сам собой: использованиеинтерференции прямого сигнала, излученного передатчиком, и сигнала, отраженногоот цели./> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Антенна
Радиоприемник располагался на расстоянии в десятки километров отпередатчика и принимал его сигнал. Если в зону излучения передатчика попадалсамолет, то сигнал, отраженный от него, тоже принимался приемником. Самолетобнаруживался по интерференции прямого и отраженного сигналов. Использование вприемнике направленной антенны позволяло определять направление на цель.
На этом принципе была разработана радиолокационная система “Ревень”.Система состояла из передающей и двух приемных станций, смонтированных наавтомашинах. Приемные станции располагались на расстоянии 30 – 40 км по разныестороны от передающей станции. В сентябре 1939 г. система “Ревень” под названиемРУС-1 (радиоулавливатель самолетов) была принята на вооружение войск ПВО.Планировалось создать заградительную зону из этих станций – “электромагнитнуюзавесу”, при пересечении которой самолеты обнаруживались бы по биениям прямогои отраженного сигналов. Биения регистрировались на бумажной ленте.
До июня 1941 г. было выпущено 45 комплектов этой системы. Зимой 1939 –1940 гг., во время войны с белофинами система РУС-1 прошла боевую проверку.Однако система не оправдала возлагавшихся на нее надежд, она не моглазаблаговременно оповещать службу ПВО Ленинграда как фронтового города осамолетах противника. В апреле 1940 г. станции РУС-1 с постов наблюдения наКарельском перешейке были переброшены для дальнейшего использования вЗакавказье. Производство РУС-1 было прекращено, когда на вооружение былапринята импульсная РЛС РУС-2.
В импульсных РЛС излучаются короткие импульсы. Излученные и отраженные отцели импульсы разнесены по времени и интерференция между ними невозможна.Обнаружение сигнала в импульсных РЛС производится по величине напряжения навыходе приемника. Если напряжение превышает уровень шумов приемника, товыносится решение об обнаружении сигнала.
4. Импульсная радиолокация
Почему же отказались от непрерывной радиолокации и отдали предпочтениеимпульсной? Главной проблемой непрерывной радиолокации оказалось измерениедальности. Непрерывное излучение позволяет установить наличие отражающегообъекта в облучаемой зоне, определить направление на объект, но измеритьдальность до объекта было трудно.
Казалось бы, можно определить расстояние по интенсивности принятогосигнала – чем дальше объект, тем слабее сигнал, но на самом деле интенсивностьсигнала зависит не только от дальности, но и от величины и формы отражающегообъекта, его ориентации, и на практике подобный метод измерения дальности неприменяется. Можно использовать триангуляционные методы, применяющиеся вгеодезии, когда расстояние определяется расчетом по известному расположениюдвух точек и по направлениям из каждой точки на объект (сравните:пеленгационный метод определения местоположения в радионавигации). Но дляреализации такого измерения потребуется два приемника и точное измерениеугловых координат, а также время для проведения расчетов.
Правда, уже был запатентован метод измерения дальности при непрерывномизлучении есть, предполагающий излучение радиоволн с изменяющейся частотой, тоесть частотно модулированных радиоволн. Об этом подробнее мы поговорим далее, асейчас только отметим, что этот метод легко реализуется, если отражающий объекттолько один. А для радиолокации типовой является ситуация, когда отражающихобъектов много, и для каждого нужно определить его координаты. В этой ситуациивне конкуренции оказался импульсный метод радиолокации, когда импульсы,отраженные от многих целей, разнесены по задержке и легко разделяются.
Еще один недостаток непрерывной радиолокации – необходимость разнесенияна большое расстояние передатчика и приемника. Энергия излучаемой передатчикомэлектромагнитной волны должна быть очень большой, так как только незначительнаячасть ее возвращается от обнаруживаемого объекта к приемнику. Если мощныйпередатчик работает по соседству с высокочувствительным приемником, которыйдолжен реагировать на ничтожное количество отраженной энергии, то нужно приниматьспециальные меры защиты приемника от прямого попадания энергии, излучаемой передатчиком.В непрерывной радиолокации защита приемника обеспечивалась разнесениемпередатчика и приемника на большое расстояние.
В импульсной радиолокации работа передатчика и приемника разнесена повремени: когда излучается радиоимпульс, приемник закрыт; а когда принимаетсяимпульс, отраженный от цели, передатчик не работает. Поэтому приемник ипередатчик могут находиться в одном месте. И кроме того, можно использоватьодну антенну, работающую и на прием, и на передачу. Это значительно упрощаетконструкцию РЛС. Для защиты приемника на время работы передатчика былиразработаны специальные разрядники-переключатели “прием-передача”, закорачивающиевход приемника на время излучения радиоимпульса.
Но непрерывное излучение имеет и несомненное достоинство – оно позволяетизмерять скорость объекта. Как известно, частота отраженного от движущегосяобъекта колебания fотр будетотличаться от частоты облучающего колебания fo навеличину частоты Доплера Fд: fотр =fo + Fд, где Fд = 2Vfo/c. Конечно, доплеровский сдвиг частоты небольшой(например, при длине волны 3м и скорости объекта 360 км/ч доплеровский сдвигсоставит всего 33 Гц), но его можно выделить узкополосным фильтром и измерить.Однако на заре радиолокации об измерении скорости еще не думали. В настоящеевремя разработаны импульсные РЛС малой скважности, которые позволяют измерятьдальность до цели по задержке импульсного сигнала и скорость по доплеровскомусдвигу частоты.
5. Измерение угловых координат цели
Итак, перед первымиразработчиками систем радиообнаружения самолетов стояли, главным образом двезадачи: обнаружить цель и запеленговать ее, то есть определить направление нацель.
Мы уже познакомились сметодами определения направления при изучении истории радионавигации. Такихметодов три: по минимуму принимаемого сигнала, по максимуму принимаемогосигнала и по равносигнальной зоне. В радионавигации используются первый ипоследний методы, как наиболее точные. В радиолокации – второй и третий, таккак отраженный от цели сигнал очень слабый, и прием сигнала возможен только,когда антенна направлена на цель. Кроме того, в радиолокации используютсяантенны с узкими диаграммами направленности, а для таких антенн определение направленияпо максимуму сигнала становится уже достаточно точным.
Для пеленгации в принципене важно, каким будет излучение – непрерывным или импульсным – все определяетсяформой диаграммы направленности антенны. В первых радиолокационных станциях,таких как РУС-2 (СССР) и SCR-268(США) поиск цели осуществлялся вручную. Оператор РЛС поворачивал антеннуюсистему (естественно, с помощью двигателей), добивался максимума отраженного отцели сигнала и считывал угол с лимба, связанного электромеханической системой сосью антенны.
В последующих разработкахрадиолокационных станций обнаружения использовалось вращение диаграммынаправленности с постоянной угловой скоростью в пределах зоны обзора (360ов РЛС кругового обзора, или в меньших пределах при секторном обзоре).
/>
При этом от каждой цели,находящейся в зоне обзора, формируется сигнал примерно колокольной формы, помаксимуму которого измеряется направление на цель. Для импульсного излученияформа сигнала на выходе приемника (последовательность импульсов) показана нарисунке выше справа. Такой сигнал называют пачкой импульсов.
В радиолокационныхстанциях сопровождения, осуществлявших слежение за одной целью, пеленгацияпроизводилась по равносигнальной зоне.
6. Измерение дальности в импульснойрадиолокации
При использовании импульсного метода передатчик излучает очень короткиевысокочастотные импульсы через длительные промежутки между ними. Например,длительность импульса 1 мкс, а длительность интервала между импульсами 999 мкс,то есть период 1мс. Условное изображение (не соблюдено соотношение междудлительностью и периодом импульсов) излучаемых а) и принимаемых б) импульсовприведено ниже
а)
/>
б)
Во время излучения импульса какая-то его часть попадает на вход приемника,несмотря на все меры, принимаемые для предотвращения этого. И пусть это дажеочень малая часть, но мощность этого импульса во много раз превышает мощностьпринимаемых импульсов и обычно на это время приемник запирается. Если внаправлении излучения находится цель, то на входе приемника появится отраженныйот нее импульс, задержанный относительно излученного на время tR, равное времени распространения радиоимпульса от РЛС до цели и обратно.Если дальность до цели равна R, то радиоволна проходит расстояние 2R изадержка tR = 2R/c.
Если в зону действия луча попадут и другие цели, то от них тоже появятсяотраженные импульсы. Чем дальше расположена цель, тем слабее отраженный от нееимпульс. Если амплитуда отраженного импульса будет ниже порога чувствительностиприемника, то такой сигнал не обнаруживается. Дальность действия РЛС тембольше, чем больше мощность излучаемого импульса и выше чувствительностьприемника.
Импульсный метод позволяет легко измерить дальность до цели по задержкеотраженного импульса, и не только до одной цели, а для всех, попадающих в зонудействия луча. Это значит, что импульсный метод обладает разрешением подальности. Две цели можно разрешить, то есть воспринять их как две отдельныецели, а не одну протяженную, если отраженные от этих целей импульсы неперекрываются.
Самый простой и очевидный способ измерения дальности – использованиеосциллографического индикатора типа А.
/>
В индикаторе типа А используется линейная развертка по горизонтали,которая начинается в момент излучения импульсов передатчиком и заканчиваетсяперед излучением следующего импульса. По вертикали луч отклоняется сигналом свыхода приемника. Величина отклонения пропорциональна величине сигнала.Вертикальное отклонение, соответствующее импульсу передатчика, возникает вначале линии развертки, а отраженные сигналы, похожие по форме, но меньшейвеличины, появляются через время, пропорциональное расстоянию до каждого отражающегообъекта. Так как развертка линейна, то горизонтальную шкалу можнопроградуировать в единицах дальности, например, в километрах.
Как мы уже говорили, несовпадение по времени работы передатчика иприемника позволяет использовать одну и ту же антенну для передачи и приема.Для этого используется переключающее устройство, которое подсоединяет антенну кпередатчику, когда надо излучать импульсы, и к приемнику во время интерваламежду импульсами передатчика. В состав этого устройства входит газовый разрядник,разряд в котором блокирует вход приемника.
Заметим, что длительность излучаемого импульса определяет то время, втечение которого приемник не может вести прием отраженных импульсов, так как онблокирован мощным импульсом передатчика. Поэтому отраженные импульсы от близкихцелей, возвращающиеся уже в то время, когда еще не закончился импульспередатчика, не могут быть воспроизведены на экране индикатора. Таким образом,длительность импульса определяет минимальную дальность действия станции,называемую также мертвой зоной.
Частота повторения импульсов определяет максимальную однозначноизмеряемую дальность действия РЛС. Чтобы пояснить это, возьмем частотуповторения импульсов в 2 раза больше, чем на рассмотренном ранее рисунке.(Внимательно сравните эти рисунки).
/>
При высокой частоте повторения отраженный импульс от дальней цели ц2придет не в первый промежуток между импульсами, а в последующий. Осциллограммана индикаторе изменится.
/>
Дальняя цель ц2 воспринимается теперь как ближняя. Измеренная величиназапаздывания для нее будет на период следования импульсов меньше истинного.Поэтому для однозначного измерения дальности период повторения импульсов долженбыть больше, чем максимально возможная задержка отраженного импульса, видимогона экране
7. РЛС обнаружения и РЛС слежения
Задача РЛС обнаружения – обнаружить все цели, находящиеся в зоне обзора иопределить их координаты с невысокой точностью. Задача РЛС слежения –обеспечить измерение координат выбранной цели с высокой точностью.
В типовой РЛС обнаружения обеспечивается круговой поиск по азимуту.Отсчет координат целей (азимут и дальность) производится по индикаторукругового обзора (ИКО). Структурная схема РЛС обнаружения приведена ниже
/>
Передатчик генерирует последовательность коротких высокочастотныхимпульсов. Он управляется импульсами модулятора, длительность и частотаповторения которых задаются хронизатором. Хронизатор также формирует импульсыдля запуска развертки индикатора кругового обзора, совпадающие по времени сизлучаемыми импульсами. Отраженные импульсы усиливаются и детектируются вприемнике и подаются далее на ИКО для управления яркостью луча. В ИКОиспользуется радиальная развертка, вращающаяся синхронно с вращением антенны.
/>
Движение луча начинается с центра экрана и заканчивается у края трубки.Центр экрана соответствует нулевой дальности, т.е. расположению радиолокатора,а край – максимальной просматриваемой дальности. Для индикации целииспользуется яркостная отметка. Другими словами, если в индикаторе типа Апоявление отраженного импульса приводит к отклонению луча от прямой линии, то вИКО во время прихода импульса увеличивается яркость свечения луча.
Так как луч совершает полный оборот за сравнительно большое время, равноепериоду вращения антенны (несколько секунд), то используется трубка сдлительным послесвечением. При каждом проходе вращающегося луча на одном и томже расстоянии от центра экрана появляются яркостные отметки от цели. Количествоотметок равно количеству импульсов в пачке. За счет послесвечения эти отметкисливаются и образуют дужку, по центру которой определяется азимут цели.
РЛС слежения в годы Второй мировой войны назывались станциями орудийнойнаводки. Они обеспечивали высокоточное измерение координат цели, подлежащейуничтожению, и были связаны через прибор управления зенитным огнем (ПУАЗО) сзенитной батареей. В первых станциях орудийной наводки типа английской GL-Mk-II иамериканской AN/TPS-3 использовалось ручное сопровождение цели. Впоследующих (GL-Mk-III, SCR-545, SCR-584/784 и др.) сопровождение цели осуществлялосьавтоматически с использованием конического сканирования луча,
В этих РЛС пеленгация цели осуществлялась по равносигнальному направлению
/>
Пеленгацию по равносигнальному направлению можно реализовать различнымиспособами. Можно взять две антенны с пересекающимися диаграммами направленности(рис а), подсоединить их к приемникам и сравнивать выходные сигналы приемников U1 и U2, Если U1 > U2, то цельотклонилась влево от равносигнального направления, если U1
Можно взять один приемник и подключать его поочередно к антеннам сдиаграммами направленности 1 и 2. Тогда выходное напряжение будет неизменным,если цель находится на равносигнальном направлении, или иметь форму меандра,если направление на цель не совпадает с равносигнальным направлением. Причемпри изменении стороны отклонения меандр будет переворачиваться (фаза изменяетсяна 180о).
Так реализуется измеритель отклонения направления на цель от равносигнальногонаправления. Измеренное отклонение можно использовать для разворота антеннойсистемы так, чтобы равносигнальное направление приближалось к направлению нацель. Но так как цель перемещается по азимуту и углу места, т.е. по двумвзаимно перпендикулярным направлениям, то нужно иметь еще пару антенн спересекающимися диаграммами направленности в плоскости, перпендикулярнойрассмотренной. В 60-е годы сделают РЛС сопровождения с антенной системой,формирующей четыре пересекающихся диаграммы направленности и назовут еемоноимпульсной.
Но в 40-е годы (во время второй мировой войны) нашли другое решение:использовали круговое вращение диаграммы направленности. Это эквивалентнопоочередному подключению к приемнику одну за другой четырех антенн спересекающимися диаграммами направленности, только вместо ступенчатого переходадиаграммы направленности из одного положения в другое этот переход сталплавным. Конструктивно такое вращение осуществлялось просто. Станции орудийнойнаводки работали в СВЧ диапазоне, и антенна представляла собой параболоидвращения, в фокальной плоскости которого располагался излучатель – полуволновыйвибратор или рупор. Если этот излучатель сместить относительно оси параболоида,то максимум излучения антенны не будет совпадать с осью антенны, что поясняетсярисунком ниже.
/>
Если теперь вращать излучатель, то будет вращатьсядиаграмма направленности при неподвижном отражателе. РЛС слежения, в которых производитсявращение диаграммы направленности, называются РЛС с коническим сканированием.Сменившие их через четверть века РЛС с одновременным сравнением четырехдиаграмм направленности стали называться моноимпульсными РЛС.
Структура системыуправления антенной РЛС слежения приведена ниже
/>
Она содержит дванезависимых канала управления: по азимуту и по углу места. Если самолет находитсяна равносигнальном направлении, то напряжение на обоих выходах пеленгатора (поазимуту и углу места) равно нулю, на двигатели никакого напряжения не подаетсяи антенна остается в прежнем положении. Смещение самолета с равносигнальногонаправления приводит к появлению напряжения на выходе пеленгатора и к разворотуантенны до тех пор, пока напряжение на выходе пеленгатора не станет равнымнулю, т.е. пока равносигнальное направление не совпадет с направлением на цель.8. Как можноизмерять дальность при непрерывном излучении
Как мы отмечали в начале этого занятия, создателям радиолокаторовпришлось отказаться от использования непрерывного излучения, так как былосложно измерить дальность. И эта трудность многократно увеличивалась, когда взону облучения попадало несколько целей.
Но существуют задачи, когда в зону облучения радиолокационной установкиможет попасть только один единственный объект. Это задача определения высотылетательного аппарата относительно поверхности земли, а также возникшая впоследние полвека задача радиолокационного обеспечения сближения и стыковкикосмических аппаратов. Для решения этих задач используется обычно непрерывноеизлучение.
Существует два метода измерения дальности при непрерывном излучении:частотный и фазовый. О фазовом мы немного говорили при изучении историирадионавигации, теперь познакомимся с частотным. Для этого надо излучать такойсигнал, чтобы каждому моменту времени соответствовало свое значение частоты.
Пусть излучается сигнал, частота которого линейно изменяется со временем
/>
Отраженный от объекта сигнал задержан относительно излученного на времяраспространения сигнала до объекта и обратно. Поэтому частота принимаемогосигнала будет отличаться от частоты излучаемого в момент приема сигнала навеличину Df (см. рисунок), котораяпропорциональна задержке отраженного сигнала. Остается измерить разностнуючастоту и проградуировать шкалу частотомера в единицах измерения расстояния.
На практике нельзя линейно изменять частоту сколь угодно долго, и поэтомуиспользуют периодическое изменение частоты (по гармоническому или треугольному законам)с достаточно большим периодом. Впервые такой метод был реализован в альтиметреЮ. Бентли, заявленном в 1928 г. и запатентованном в 1935 г. В самолетныхвысотомерах малых высот (до 1000 м) часто используется ЧМ колебание стреугольным законом изменения частоты.
/>
Разносная частота F не будет все время постоянной. На участках, когдачастота излученного (прямого) и отраженного сигналов изменяются противоположно,разностная частота будет меньше F. Но так как период модуляции Тмного больше времени задержки t1, то этотучасток кратковременный, и к заметной ошибке в измерении высоты не приводит.
/>
На рисунке выше показан принцип построения высотомера с ЧМ излучением.
Под крыльями самолета установлены антенны: одна передающая, другаяприемная. Они разнесены и разделены корпусом самолета, чтобы уменьшить прямоепрохождение излученного сигнала в приемник. В приемнике смешиваются принятыйсигнал и ослабленный сигнал от передатчика. В результате смешения (а этонелинейное преобразование сигналов) выделяется сигнал разностной частоты.Индикатор высоты представляет собой стрелочный прибор. Шкала егопроградуирована в метрах, хотя он измеряет частоту разностного сигнала.
Заключение
Радиолокация представляет собойсредство расширения возможностей человека определять наличие и положениеобъектов за счет использования явлений отражения радиоволн этими объектами. Ееближайшим конкурентом при выполнении этих функций является оптическая техника,включающая телескопы, которые обладают высокой точностью и обычно имеют фотографическиерегистрирующие устройства. Преимущество радиолокационных средств по сравнению соптическими состоит в том, что радиолокационные устройства могут работать втемноте и сквозь облака, обладают большой дальностью действия и позволяютопределять дальность до объекта со значительно большей точностью, нежелиоптические устройства. Хотя световые волны также являются электромагнитными, нов радиолокации частота их намного ниже. Это позволяет применятьрадиотехнические методы и схемы.
Развитиерадиолокации явилось важной частью технической революции двадцатого века.Военная техника, использующая принципы радиолокации, впервые была создана передсамым началом второй мировой войны; с этого времени наблюдается быстрый инепрерывный прогресс в указанной области.
Практическиеприменения радиолокации в настоящее время отличаются большим разнообразием.Некоторые из наиболее важных задач радиолокации связаны с ее применением ввоенной технике; сюда относится обзор пространства и обнаружение самолетовпротивника и наземных подвижных объектов, обеспечение данных для управленияорудийным огнем, а также данных для управления ракетами в полете. Кроме того,радиолокационные средства широко используются в навигации как самолетов, так икораблей (особенно в ночное время и в условиях тумана), они являются важным элементомсовременных систем управления воздушным движением, используются с цельюуправления движением автомашин и имеют большое значение для обеспеченияпрогнозов погоды. Радиолокация — отличное средство для исследования земнойатмосферы и ионосферы, а также для изучения метеоров. В настоящее времярадиолокационные устройства используются для обзора космического пространства,обнаружения и слежения за искусственными спутниками Земли, а также в системахпротиворакетной обороны. Также радиолокация применяется для астрономическихнаблюдений соседних космических тел солнечной системы: Луны, Солнца, Венеры,Марса и Юпитера. Области применения радиолокации по мере дальнейшего освоениякосмического пространства, по всей вероятности, будут все больше расширяться.Последние годы не менее актуальными стали вопросы подповерхностногозондирования и нелинейной локации. Подповерхностная радиолокация даетинформацию о свойствах и параметрах среды, ее неоднородности. Нелинейнаярадиолокация (поиск элементов с p-n переходом или нелинейнойвольтамперной характеристикой), используется при поиске от различных радиозакладок,«жучков» и прочих электронных средств незаконного съема информации, до радиоуправляемыхфугасов и взрывных устройств.
Список литературы
импульснаярадиолокация координата
1) Перминов И.Г. «Физические основыполучения информации». 2006 год.
2) Артамонов В.М. «Электроавтоматикасудовых и самолетных радиолокационных станций». 1962 год.
3) Современная радиолокация. Анализ,расчет и проектирование. Под редакцией Кобзарева Ю.В., М., Сов.радио,1969г.-704стр.
4) Дулевич В.Е. Теоретические основырадиолокации. М., Сов.радио, 1978г. – 608стр.
5) Ширман Я.Д. Теоретические основырадиолокации. М., Сов.радио, 1970г. – 560стр.
Размещено на www.