Сосулин Ю. Г. - Теоретические основы радиолокации и радионавигации - Радио и связь, страница 2

В радиолокации и радионавигации используются также активныг радиосистеме! с активным ответом (рис. 1.1,д). В таких системах на объекте устанавливается ответчик — приемопередающее устройство, отвечающее на сигналы активной системы — запрос- 7 чика. Активная система с активным ответом содержит две радио- линии — запроса и ответа, при этом в системе наряду с извлечением информации может осуществляться и ее передача. Поэтому такую систему относят к классу комбинированных информационных радиосистем, В зависимости от расположения РПдУ и РПрУ в пространстве РЛС подразделяют на однопозиционные (совмещенные), когда РПдУ и РПрУ размещены в одном пункте (рис. !.1,а,б), разнесенные (бистатические), когда РПдУ и РПрУ расположены в двух пунктах, достаточно удаленных друг от друга, и многопозиционные.

Расстояние между передающей и приемной позициями разнесенной РЛС может быть постоянным и переменным, Примером системы, иллюстрирующим второй случай, служит разнесенная РЛС, обеспечивающая самонаведение ракеты на цель (рис. 1.1,е). Многопозиционная радиолокационная система (МПРЛС) состоит из нескольких разнесенных в пространстве передающих, приемных или приемопередающих позиций, в которых осуществляется совместная обработка радиолокационной информации. Простейшая МПРЛС включает в себя две разнесенные приемные позиции при одной передающей, которая может быть совмещена с одной из приемных.

К простейшим относится также МПРЛС, включающая две разнесенные передающие позиции при одной приемной, которая может быть совмещена с одной из передающих. Многопозиционные РЛС могут быть активными, обслуживающими не- излучающие объекты и поэтому содержащими хотя бы одну передающую позицию, пассивными, состоящими только из приемных позиций, и активно-пассивными, обслуживающими как неизлучающие, так и излучающие объекты. 1.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИООБНАРУЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ. ДИАПАЗОНЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ РАДИОВОЛН Проблема радиообнаружения объекта сводится к обнаружению сигнала, излучаемого или переизлучаемого этим объектом на фоне различного рода помех.

Активное радиообнаружение основано на явлении отражения или рассеивания радиоволн, если на пути их распространения встречается объект с электрическими параметрами, отличными от параметров среды. Такой объект, облу-, ченный электромагнитным колебанием, становится источником отраженного, т. е. вторичного, электромагнитного поля. Мощность вторичного излучения зависит от интенсивности первичного поля З около объекта, параметров объекта (габаритов, формы, электрических свойств), положения объекта относительно источника зондирующего сигнала, поляризации первичного поля, длины волны Л. Зависимость мощности вторичного излучения от Л особенно важна, так как ее характер определяет диапазон радиоволн, пригодный для радиообнаружения. Если линейные размеры объекта 1 таковы, что 1)) Л, (1.1) то мощность вторичного излучения от Л практически не зависит. Если 1«Л, то мощность вторичного излучения обратно пропорциональна Л'.

При этом с увеличением длины волны мощность вторичного излучения резко падает, что приводит к соответствующему уменьшению дальности обнаружения. Поэтому в радиолокации, для которой задача обнаружения объектов является важнейшей, используют в основном такие радиоволны, длина которых удовлетворяет соотношению (1). Следовательно, для радиолокационного наблюдения целей типа самолетов, автомашин и т.

п. нужно использовать диапазон метровых и более коротких волн (10 ... 10 ' м). Необходимость укорочения длины волны обусловлена также стремлением создать более узкий раднолуч, чтобы обеспечить разрешение (разделение) целей по угловым координатам, более высокую точность нх измерения и более экономное расходование энергии передатчика. Дело в том, что угловая ширина луча или ширина диаграммы направленности (ДН) антенны а,=кЩ, (1.2) где И, — линейный размер апертуры антенны; к — коэффициент пропорциональности, зависящий от распределения электромагнитного поля по апертуре. Следовательно, при заданном размере антенны сужение луча достигается путем уменьшения длины волны Л. Необходимо, однако, учитывать и фактор, ограничивающий укорочение волны — затухание радиоволн в атмосфере, которое в сантиметровом и миллиметровом диапазонах может оказаться значительным.

Для обнаружения целей, лежащих далеко за линией горизонта, т. е. для загоризонтной радиолокации, диапазон 10 ... 10 †' м не пригоден, так как волны этого диапазона распространяются по законам, близким к оптическим, т, е, в пределах прямой видимости. Способностью проникать далеко за линию горизонта обладают радиоволны с большей длиной волны. В загоризонтной радиолокации используется прежде всего диапазон декаметровых 9 волн 10 ...

100 м. Эти волны способны отражаться от верхних слоев атмосферы и позволяют обнаруживать различные объекты, скрытые за линией горизонта (самолеты, стартующие баллистические ракеты и др.) 135]. Обнаружение объектов возможно при импульсном и непрерывном зондирующих сигналах, В первом случае объект облучается короткими импульсами, длительность которых обычно значительно меньше паузы между ними. При этом используется временная развязка приемного и передающего каналов, реализуемая антенным переключателем. При непрерывном сигнале влияние передающего канала на приемный ослабляется с помощью частотной, пространственной или поляризационной развязки.

Пассивное обнаружение основано на использовании собственного, в частности, теплового излучения объекта. Так как любое физическое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает электромагнитные колебания, то имеется принципиальная возможность обнаруживать любые объекты без предварительного облучения. Максимум теплового излучения земной поверхности и многих других объектов лежит в области инфракрасного диапазона волн.

Для обнаружения может использоваться также радиоизлучение, вызванное работой различных радиоустройств, имеющихся на объекте, запуском ракет и т. п. Физической основой определения местоположения объектов является то, что в однородной среде радиоволны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью с-3 10' м/с. Это позволяет определить направление на излучатель радиоволн и пройденный ими путь (дальность) Я=от, измерив время распространения т между излучателем и приемником. Однако реальная среда в общем случае не является однородной. Поэтому траектория распространения радиоволн, вообще говоря, отличается от прямой линии, а скорость их распространения меняется на пути распространения.

Это приводит к соответствующим ошибкам в определении местоположения объекта. В некоторых РЛС и РНС для определения местоположения объекта наряду с перечисленными свойствами радиоволн используется эффект Доплера — изменение частоты принимаемых электромагнитных колебаний при изменении расстояния Я между приемником и излучателем радиоволн. Найдем это изменение, полагая, что излучается гармоническое колебание частоты /ь с начальной фазой «р,. Тогда текущее значение фазы колебания на входе приемника <р(г) =2п/,(1 — (/х/с))+~рь. При изменении расстояния /т, например из-за движения излучателя с радиальной скоростью Ул=ИК/п1, частота принимаемого колебания = (4М/й()/йп=/о — (/аУв/с) отличается от частоты излучаемого на значение 10 1д — — — 1е Ул /с = — )тл 1)с, (1.3) где А=суп — длина волны*.

Величина (3) называется частотой Доплера или доплеровским смещением частоты. Диапазон радиоволн, используемый в радионавигации, значительно шире, чем в радиолокации. Дело в том, что в неавтономных РНС отражающие свойства объекта не используются и поэтому условие (1) не ограничивает выбора диапазона радиоволн. В радионавигации он обусловлен особенностями распространения радиоволн в реальной среде, которые существенно зависят от длины волны. Кроме того, учитывается регламент радиосвязи, т. е. свод правил, которые регулируют порядок использования диапазонов радиоволн разными странами в различных радиосистемах. В неавтономных РНС, обеспечивающих определение местоположения объекта на больших расстояниях (порядка 8 ...

1О тыс. км), используются мириаметровые волны (Л=!0... 100 км); при меньших расстояниях (3 ... 1 тыс. км) — километровые (1=1 ... ... 10 км) и гектометровые (1=0,1.л! км) волны. В автономных РНС, например в радиовысвтомерах, доплеровских измерителях скорости и угла сноса (ДИСС), а также в неавтономных РНС, например в радиомаячных системах посадки, в которых требуется сформировать достаточно узкий радиолуч, нужно учитывать соотношение (2); поэтому такие системы работают на метровых и более коротких волнах. 1.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕ~СТОПО- ЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Проблема определения местоположения объекта, или, короче, проблема местоопределения, сводится к определению (измере. нию) некоторых геометрических величин, однозначно характери.

зующих место объекта в пространстве. К ним относятся прежде всего длина траектории распространения радиоволн или дальность и направление иа излучатель радиоволн. Определение этих величин, называемое радиодальнометрией и радиопеленгацией соответственно, осуществляется с помощью радиоустройств — радио- дальномеров и радиопеленгаторов. Угол между начальным направлением и искомым называется пеленгом.