Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория. Справочник. Под ред. Я.Д.Ширмана (2007)), страница 7

табл. 1.1), обеспечивающие достаточно большие дальности действия. Волны от декаметрового до субмиллиметрового диапазона используются в надгорпзонтнай радиолокации, волны декаметрового диапазона также и в загарпзонтнай радиолокации. В оптической локации (см. разд. 2.3) используют электромагнитные волны с длинами волн в десятки микрометров и короче, что обеспечивает высокую направленность излучения и приема.

Наряду с волновой проявляется квантовая природа оптических колебаний. В гидроакустической локации (разд. 2А) используют акустические колебания от средних до ультранизких частот с длинами волн в воде от миллиметров до мет- ров. Используют также акустическую локацию в воздушной среде. К акустической локации примыкают интроскопические методы геофизической разведки (сейсморазведки) толщи Земли путем использования механических колебаний инфранизких частот, а также медико-биологической локации. Локационные сигналы.

Создаются в результате: ) вторичного излучения целей под воздействием их первичного облучения (активная лакация); ) перепзлучения принятых кагебаний специальной аппаратурой целей (локация с активным атветач или вгпоричная лакация); ) собственного излучения целей (пассивная локация). В понятие пассивной локации включают иногда наблюдение вторичного излучения целей при облучении их посторонними источниками.

2.2. Радиолокация, ее задачи и виды 2.2.1. Активная локация Активный характер локации требует использования передающего устройства (рис. 2,!,а), предназначенного для создания достаточно интенсивного первичного из!учения. обеспечивающего зондирование пространсэва. Как пассивный ответ на зондирование, цель Ц (рнс.2.),а) создает вторичное излучение. Рис. 2.1 Вторичное излучение большинства объектов наиболее интенсивно в диапазоне от метровых до субмиллиметровых радиоволн (табл.

!.1). Для больших вторичных излучателей оно велико в декаметровом диапазоне, для малых объектов оно существенно ослаблено в этом диапазоне. Субмиллиметровая радиолокация смыкается с оптической. Вторичное излучение цели улавливается прпечным устрайствол| локапгара и подвергается абрабапгке, результат которой выдается потребителям. При совмещении приемной позиции с передающей (рис. 2.1,а) локационное средство называют аднопозицианным или совлгещенным.

В совмещенных средствах часто используется одна антенна, поочередно коммутируемая на передачу и на прием. 15 Разнесенные лакационные средства, приемные пункты которых отнесены от передающих на некоторую базу Б (рис. 2.!,б), могут использоваться наряду с совмещенными при передаче данных с помощью линий связи. Активное локационное средство является тогда многопозинионным, т.е.

системой с приемопередающими, передающими или приемными устройствами, расположенными на нескольких позициях. Разновидностями активной радиолокации являются: радиогеодезия, планетная радиолокация (планетная радиоастрономия), радиометеорологня (радиолокация атмосферы Земли), радиолокация поверхности Земли (в том числе радноокеанология). Вопросы активной радиолокации развиваются в разд. 2.2.4-2.2.5; примеры РЛС активной локации приведены в разд. 2.2.8-2.2.21. 2.2.2.

Локация с активным отеетом (еторичная локация) Основана на первизлучении первичного излучения своими объектаии (самолетами, кораблями), что повышает надежность и объем получаемой о них информации. Использование первичного излучения по- прежнему определяет активный характер этого вида локации.

Устройство, содержащее источник первичного излучения, называют в этом случае запросчикои, а излучаемые им колебания — сигназаии запроса. Характерен активный характер ответов на запросы. Установленный на объекте приемопередатчик (рис. 2.1,в), называемый атввпгчикат, вырабатывает эти ответы. Ответный сигнал принимается приемником запросчика. Несущие частоты, законы модуляции (коды) запросных и ответных сигналов могут изменяться в широких пределах. Это позволяет получать информацию не только о наличии объектов, но и о режимах их полета, запасе горючего, государственной принадлежности, осуществлять индивидуальное опознавание объектов.

Метод радиолокации с активным ответом близок к запросно-ответному методу радионавигации (см. разд. 3.2.1, 3.2.2). Примеры локации с активным ответом приведены в разд. 2.2.22, 5,4, 24.9. Заметим, что по мере совершенствования высокоточных систем единого времени (см. разд. 3.2.2) возможен переход к активным ответам без излучения или с минимальным излучением запросных сигналов. Кодированные ответы выдаются тогда в кодированные, заранее выбранные моменты времени.

2.2.3. Пассивная и активно-пассианая локация В пассивной локации (рис. 2.1,г) используются собственные излучения элементов цели и ее ближайшей окрестности. К излучающим элементам можно отнести нагретые участки поверхности или объема (см. подробнее разд. 13.9), передающие устройства различного назначения (нсточники помех в том числе), ионизированные образования в окрестности цели.

Наряду с однопозиционными пассивными средствами возможны многопозиционные, с приемными позициями, объединенными посредством линий связи Пассивные средства могут сливаться с активными в активно-пассивные средства (многопозиционные системы). Разновидностями пассивной локации являются радиотеплолокация поверхности Земли, звездная радиоастрономия, прием стандартизированных сигналов от лнп, потерпевших аварию, с помощью международных спутниковых систем поиска и спасения, обеспечивающих обнаружение этих сигналов и измерение координат их источников.

Разновидностями систем пассивной радиолокации являются системы радиоэлектронной разведки (см. разд. 6.5). Примеры современных реализаций подобных систем приведены в разд. 2.2.23. 2.2.4. Принципы формирования и наблюдения принимаемых сигналов е однопоэициоияой надгориэонтной локации Формирование принимаемых радиолокационных сигналов существенно зависит от диапазона и свойств среды распространения радиоволн. Для волн дециметрового диапазона и более коротких волн часто используется простейшая модель распространения радиоволн в свободном пространстве; однородном, изотропном, недиспергирующем.

При первоначальном рассмотрении ограничимся этой моделью, с тем чтобы уточнять ее впоследствии (см. разд, 2.2.21, 11, 25.9). Скорость распространения в принятой здесь модели считаем равной скорости света с в вакууме (см. разд. 1.1), одинаковой для всех элементов пространства (аднароднасть среды), для всех направлений распространения (изотропность среды), для всех частотных составляющих сигналов (отсутствие дисперсии). Согласно принятой модели вдали от излучателей (т.е. за пределами областей формирования) зондирующий, отраженный, запросный, ответный сигналы, а также сигналы собственного излучения распространяются по прямолинейным траекториям (однородность среды) и без изменения своей формы (отсутствие дисперсии).

Время запаздывания отраженного (ответного) сигнала по отношению к зондирующему (запросному) сигналу. Зависит от дальности до цели ги и определяется выражением (2.1) /з = 2 гц/с, что позволяет находить дальность по времени запаздывания гз.' г„=(с 2)/,, (2.2) где с/2 = 150 км/мс = 150 м/мкс. В радиолокации с активным ответом при вычислении гц из времени запаздывания ответного сигнала вычитается запаздывание сигнала в ответчике. Направленность и зона формирования излучения (приема).

Введем синфазный раскрыв линейной первдаюи/ей (приемной) антенны — з//2 < х < а//2 и полярную систему координат г, 6 с отсчетом расстояния по раскрыву от точки х = 0 н отсчетом г угла 0 от линии раскрыва Р (рис. 2,2). Тогда расстояния р от точек х раскрыва до точек г, 0 приема (излучения) при г» з/ по теореме косинусов составят х Р= г +х — 2гхсозй и 2 2 =г хсозйь(х з)п О)/2г. г Рис. 2.2 Проявляется интерференция колебаний, излучаемых (принимаемых) из разных точек раскрыва, зависящая от у.

6. В пренебрежении квадратичным слагаемым максимумы излучения и приема соответствует углу 6 = 90', для которого все запаздывания одинаковы. Спадание относительно максимума невелико и в области я2 ~ ЬОП, пока приращения хсозО не превышают по абсолютной величине четверти длины волны «/4, откуда ЛО=Л/д[р д). (2.3) Как показывает более точный расчет, выражение (2.3) примерно соответствует ширине характеристики направленности по половинной мощности.

Условием применимости формулы (2.3) является пренебрежение квадратичным слагаемым в выражении р, которое приводит к зависимости величины р, а значит, результата интерференции, не только от 6, но и от г. Квадратичным слагаемым можно пренебречь, если значение (х) = д/2 превышает Х/4, т.е. если расстояние г превышает размер гф зоны формирования характеристики направленности гф= г/ /2Л. (2.4) Зону формирования г ~ гф называют иначе зоной Френеля, а зону г > гф, в которой характеристика направленности сформировалась, — зоной Фраунгофера. Прн Ы = 3 м, Х = О,1 м значение М = 1/30 рад =2', а значение гф = 45 м.

Для крупньгх антенн радиодиапазона и тем более в оптическом диапазоне значение ЬО уменьшается, а значение гф возрастает. Практический предел сужению антенных лучей наряду с экономическими определяют эксплуатационные факторы — случайные отступления от принятого синфазного сложения колебаний. Точный учет квадратичного члена в зоне Френеля соответствует фо«усировне на определенную дальность. Принципы обзора пространства и измерения угловых координат.

Использование направленных передающих антенн для угловой концентрации энергии излучения в активной радиолокации приводит к необходимости обзора пространства: воздушного, космического, надводного, наземного (в зависимости от назначения РЛС, см, также разд. 7). Сами РЛС могут размещаться при этом на суше, морских судах и различного рода летательных аппаратах. Одной из разновидностей радиолокационного обзора является обзор поверхности Земли с летательных аппаратов. Различные направления могут просматриваться: последовательно во времени в случае одноканального приема; иараллезьно во времени, практически одновременно во времени в случае многоканального приема и широкой характеристике направленности передающей антенны. В ходе обзора возможно Ц измерение угловой координаты (пеленгование) по мак- а) симуму отраженного сигнала (рис.

23,а) в первом случае и сопоставлениеч сигналов в каналах ириеча с раз- Ц2 личными характеристикачи направленности (рис. 23,б) во втором. Рис. 2.3 Возможны различные комбинации описанных методов параллельного и последовательного обзора и соответствующего измерения угловых координат (разд. 7 и 21.5). Задачи точного измерения, дополняющего грубое измерение при обзоре, могут решаться, кроме того, в процессе сопроваждения целей. Ошибки измерения угловых координат РЛС колеблются от градусов до десятьгх и сотых долей градуса. Меньшие значения ошибок обеспечивают путем; ° сужения характеристик направленности при увеличении антенн и укорочении длины волны; ° оптимизации метода измерения; ° накопления и сглаживания данных в ходе сопровождения целей. Структурная схема простейшего однопозиционного импульсного радиолокатора.

Для случая общей приемопередающей антенны представлена на рис. 2.4. Информация о положении харжтернстнкп ваправлеиюстн Рис. 2.4 Важным элементом радиолокатора является синхронизатор, согласующий работу передатчика и других элементов локатора по времени. Зондирование короткими импульсачи обеспечивает неодиовременность приема и излучения. Это позволяет использовать общую антенну, коммутируемую антенным переключателем на передачу и прием. В момент зондирования антенна соединяется с передатчиком, по окончании очередного зондирования — с приемником. Индикаторное устройство позволяет оператору обнаруживать цели, измерять их дальности и утловые координаты. Связывая это устройство с антенной, цепи автоматики и вычислительной техники (на рис. 2.4 не показаны) вводят в него информацию о положеции характеристики направленности и управляют положением этой характеристики в режимах сопровождения целей.