Бакулев (П. А. Бакулев. - Радиолокационные системы)

Предисловие Книга написана в полном соответствии с программой и Государственным образовательным стандартом (ГОС) по направлению «Радиотехника» 6542000, утвержденными Министерством образования Российской Федерации. Излагаемый материал охватывает основные вопросы теории и техники радиолокационных систем. Особенности учебника — лаконичность изложения материала и большое число рисунков и таблиц, что помогает лучше его усвоить.

Книга создает базу для освоения дисциплин специализаций, курсового и дипломного проектирования. Я надеюсь, что учебник будет полезен аспирантам для подготовки к сдаче кандидатского минимума и инженерам, проходящим переподготовку. Книга может быть использована в качестве учебного пособия при изучении курсов «Радиотехнические системы» и «Статистическая теория радиотехнических систем» специальности 200700, «Теория и техника радиолокации и радионавигации» специальности 20!700.

При создании учебника мною использован многолетний опыт преподавания дисциплин, изучающих теорию и технику радиолокации, радиолокационных систем и устройств на факультете радиоэлектроники летательных аппаратов Московского авиационного института (Государственного технического университета). Приношу благодарность профессору А.А. Сосновскому, доцентам И.А. Склярову, Г.Г. Джавадову, Г.А. Волковой за помощь при написании учебника. Существенно помогли критические замечания и советы рецензентов книги. Благодарю студентов, оказавших помощь в подготовке рукописи к печати, и особенно Н.В. Сметанина.

Доктор технических наук, профессор Л.А. Бакуле« Глава 1. Общие сведения о радиолокационных системах 1.1. Основные понятия и определения Радиолокация зто обнаружение и распознавание объектов с помощью радиоволн, а также определение их местоположения и параметров движения в пространстве. Объекты радиолокации (ОЛ) называются радиолокационными целями или просто целями. В радиолокации обычно используются отраженные от цели сигналы или сигналы, излучаемые самой целью и радиоустройствами, установленными на ней.

Радиотехнические системы и устройства, решающие задачи радиолокации, называются радиолокационными системами (РЛС) и устройснгеами (РЛУ), радиолокайионны.ии станяиями и реже радиолокаторалт или радарами. Радиолокационные системы относятся к классу радиотехнических систем извлечения информации об объектах из принимаемого радиосигнала. Таким образом, РЛС осуществляют поиск н обнаружение радиосигнала с последующим измерением его параметров, содержащих полезную информацию. В РЛС задачи обнаружения и определения местоположения цели решаются, как правило, без помощи аппаратуры объекта.

Определение местоположения ОЛ в РЛС требует измерения координат объекта (цели). В некоторых ситуациях необходимо также знание составляющих вектора скорости объекта (цели). Геометрические или механические величины, которые характеризуют положение и перемещение объекта или цели, называют локачионнылт элементами (И'), Радиолокационные системы обычно используются в качестве датчиков информации в более сложных структурах — комплексах.

Комилексы — зто совокупность функционально связанных датчиков, систем и устройств, предназначенная для решения конкретной тактической задачи, например, при управлении воздушным движением, обеспечении полета и посадки самолетов. В комплекс могут входить: — информационные датчики (ИД), как радиоэлектронные, так н не- радиотехнические (например, инерциальные); — вычислительная система (процессор) на базе одной или нескольких электронных вычислительных машин (ЭВМ) или на базе специализированных вычислителей, закрепленных за отдельными датчиками, в которой обрабатывается и преобразуется информация ИД в сигналы для внешних систем, например, системы управления объектом; — система связи и обмена информацией, состоящая из кабельных, оптоволоконных и других устройств связи между частями комплекса; — система отображения информации (индикации) н управления комплексом, связывающая человека-оператора и комплекс; — система контроля, предназначенная для исключения возможности использования неисправного комплекса.

Использование РЛС в качестве одной из частей комплекса требует системного подхода к выбору ее характеристик, что дает возможность в ряде случаев их снизить, например, по точности и надежности, а следовательно, уменьшить сложность и стоимость РЛС. 1.2. Физические основы радиолокации Физической основой радиолокации является рассеяние радиоволн объектами, отличающимися своими электрическими характеристиками (электрической проницаемостью к, диэлектрической проницаемостью р и электропроводностью о) от соответствующих характеристик окружающей среды при их облучении.

Интенсивность рассеяния или отражения радиоволн (интенсивность вторичного поля) зависит от степени отличия электрических характеристик объекта и среды, от формы объекта, от соотношения его размеров! и длины волны Х и от поляризации радиоволн. Результирующее вторичное электромагнитное поле состоит из поля отражения, распространяющегося в сторону облучающего первичного поля, и теневого поля, распространяющегося за объект (в ту же сторону, что и первичное поле). С помощью приемной антенны и приемного устройства можно принять часть рассеянного сигнала, преобразовать и усилить его для последующего обнаружения. Таким образом, простейшая РЛС может состоять из передатчи- ! ка, формирующего и ге- ! нерирующего радиосигналы, передающей ан- ! тенны, излучающей эти радиосигналы, приемной антенны, прини- ! вт пам ол мающей отраженные сигпалы, радиоприемника, усиливающего и преобраз ющего сигналы и Рве.

!и. ПР"нчип яейсгяия пйостеймей РЛС наконец, выходного устройства, обнаруживающего отраженные сигналы (рис. !.!). Как правило, амплитуда (или мощность) принимаемого сигнала мала, а сам сигнал имеет случайный характер. Малая мощность сигнала объясняется большим расстоянием до объекта (цели) и поглощением энергии сигнала при его распространении. Кроме того, на интенсивность отраженного сигнала существенно влияют размеры целей.

Случайный характер сигнала является следствием флуктуации отраженного сигнала за счет: случайного перемещения элементов цели сложной формы при отражении радиоволн; многолучевого распространения радиоволн; хаотических изменений амплитуды сигнала при распространении и ряда других факторов. В результате принимаемый сигнал по виду, интенсивности и характеру изменения похож в приемном тракте на шумы и помехи. Поэтому первой и основной задачей РЛС является обнаружение полезного радиосигнала, т.е.

вынесение решения о присутствии полезного сигнала в поступающей на вход приемного тракта смеси полезного сигнала с помехами, называемой входной реалсааяиесь Зта статистическая задача решается входяшим в РЛУ специальным устройством — обнаружителем, в котором стараются использовать алгоритм оптимального (наилучшего) обнаружения.

Качество процесса обнаружения характеризуют вероятностью правильного обнаружения В, когда присутствуюший во входной реализации сигнал обнаруживается, и вероятностью ложной тревоги Е; когда за полезный сигнал принимается помеха, а сам сигнал отсутствует.

Обнару- житель тем лучше, чем больше сЗ и меньше Р. Большинство параметров принимаемого сигнала априори неизвестны, поэтому при обнаружении приходится осуществлять поиск нужного параметра радиосигнала, отличающего его от сопутствуюших шумов и помех. Построение РЛС на базе современных технологий обработки информации заключается в использовании в качестве антенн фазированной антенной решетки (ФАР), в качестве генератора пусковых импульсов синтезатора частоты — синхронизатора, в качестве выходного уст- ройства — цифрового и с и процессора. Перелат- ав н в чик в зависимости от вм того, какая антенна используется в РЛС, нр в осис может быть реализован в модульном варианте и встроен в рис.

К2. Построение современной импульсной рЛС активную ФАР, либо в виде модулятора н однокаскадного или многокаскадного генератора радиочастоты для пассивной ФАР или зеркальной антенны. Таким образом, перспективная РЛС (рис. К2) состоит из ФАР, синтезатора- синхронизатора, аналогового процессора (приемника), цифрового процессора и устройства отображения информации.