Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 2

Угловаяширина диаграммы направленности антенны по азимуту (или углуместа) независимо от типа диаграммы прямо пропорциональнадлине волны λ и обратно пропорциональна размеру антенны da посоответствующей угловой координате. Например, для зеркальнойантенны в виде усеченного параболоида ширина диаграммынаправленности θ0,5 (в угловых градусах) по точкам половинногозначения мощности излучения составляетθ0,5 = 65λ.dаАнтенны с небольшим значением угловой ширины диаграммынаправленности дают возможность измерять угловые координатыцели по угловому положению самой антенны.Измерение радиальной составляющей скорости движения целиVр относительно РЛС основано на эффекте Доплера, проявляющемся в изменении частоты электромагнитных колебаний сигналапри движении цели в сторону РЛС.В активной радиолокации с пассивным ответом эффект Доплера проявляется дважды.Во-первых, частота падающих на цель и переизлучаемых еюэлектромагнитных колебаний f пад отличается от частоты излучаемых антенной РЛС колебаний f изл на доплеровскую добавку(вследствие радиального смещения цели):8⎛ Vp ⎞f пад = f изл ⎜1 ± ⎟ .c ⎠⎝Во-вторых, частотаf пр колебаний, принятых приемникомРЛС, отличается от частоты f пад отраженных от цели сигналов натакую же величину:⎛ Vp ⎞f пр = f пад ⎜1 ±⎟,c ⎠⎝2⎛ Vp ⎞поэтому f пр = f изл ⎜1 ± ⎟ .

Принимая во внимание, что Vp / c 1,c ⎠⎝⎛ 2Vp ⎞можно считать f пр ≈ f изл ⎜1 ±⎟ . Знак «+» в скобках соответc ⎠⎝ствует радиальному сближению цели и РЛС, знак «–» — их взаимному удалению.2Vp2Vpf изл =В последнем выражении для f пр величина(λ —cλдлина волны излучаемых колебаний) представляет собой доплеровское смещение частоты Fдоп принятых РЛС отраженных отдвижущихся целей радиолокационных сигналов. Отсюда радиальную составляющую скорости цели можно определить по формулеVp =Fдоп c2 f изл.Измерение радиальной составляющей скорости может быть реализовано в достаточной мере, если наблюдение за целью проводится относительно длительное время, чтобы обеспечивалось измерение доплеровского смещения частоты с заданной точностью.Приходящие от цели радиолокационные сигналы, особеннопри больших дальностях целей, оказываются слабыми, поэтомунеобходимы специальные меры, чтобы выделить эти сигналы нафоне различных помех.

Для этого увеличивают мощность зондирующих сигналов и габариты антенн, чтобы сконцентрироватьнаправленность передачи и приема сигналов; применяют малошумящие элементы приемного устройства и т. п.91.3. Тактические и технические характеристикирадиолокационных станцийОсновными тактическими характеристиками РЛС являются:• зона действия (обзора);• время обзора;• точность измерения параметров цели;• разрешающая способность;• помехозащищенность (помехоустойчивость);• надежность.Зона действия (обзора) — область пространства, в которой РЛСведет наблюдение за целями.

Границы зоны действия определяютсядальностью действия и пределами обзора по азимуту и углу места.Время обзора — среднее время, за которое выполняется полный однократный обзор всей зоны действия РЛС.Точность измерения параметров цели определяет возможностьпрактического использования РЛС. Особенно высокую точностьизмерения должны иметь станции автоматического управлениялетательными аппаратами.

Требования к точности измерениястанций дальнего обнаружения могут быть существенно ниже.Разрешающая способность характеризует возможность одновременного раздельного радиолокационного наблюдения близкорасположенных целей для раздельного измерения параметровкаждой цели. Различают разрешающую способность по дальности,по скорости и по угловым координатам.Помехозащищенность(помехоустойчивость)определяетскрытность работы РЛС и ее способность выполнять заданныефункции при воздействии внешних помех.Надежность РЛС — свойство сохранять тактико-техническиехарактеристики в заданных пределах при заданных условиях эксплуатации.

Количественно надежность характеризуют либо вероятностью безотказной работы в течение установленного времени (средним временем наработки на отказ) либо интенсивностью отказов.С тактическими характеристиками РЛС неразрывно связаны еетехнические параметры. К техническим параметрам обычно относят:• несущую частоту (длину волны) зондирующего сигнала;• параметры зондирующего сигнала (ширину спектра, длительность и период повторения сигнала, излучаемую мощность);10• чувствительность приемного устройства;• параметры антенного устройства;• тип оконечного устройства;• габаритные размеры и массу;• мощность, потребляемую от источника питания.Технические характеристики РЛС должны обеспечивать выполнение предъявляемых к ней тактических требований. Однакосвязь между этими характеристиками неоднозначна, и задача разработчика РЛС состоит в нахождении оптимального соотношениямежду ними.Глава 2.

ХАРАКТЕРИСТИКИРАДИОЛОКАЦИОННЫХ ЦЕЛЕЙ2.1. Вторичное излучение радиоволнИзлучаемая РЛС электромагнитная волна, встречая на своемпути возмущающую неоднородность (препятствие), рассеиваетсяна этой неоднородности. Препятствие, рассеивающее электромагнитную энергию, называется пассивным вторичным излучателем.Им может быть любая неоднородность электрических параметровсреды: диэлектрическая или магнитная проницаемость, проводимость. Электромагнитная волна, падающая на объект (цель), вызывает в его структуре вынужденные колебания свободных и связанных зарядов, синхронные с колебаниями падающего поляволны. Вынужденные колебания зарядов создают вторичное полевнутри или вне объекта, в результате чего энергия электромагнитной волны, падающей на объект (цель), рассеивается во всехнаправлениях, в том числе и на РЛС.Приходящая в точку приема переизлученная целью волнапредставляет собой отраженный от цели сигнал.Принято различать зеркальное, диффузное и резонансное отражения.Зеркальное отражение происходит, если линейные размерыотражающей поверхности много больше длины волны, а сама поверхность цели гладкая.11Диффузное отражение наблюдается, если поверхность падения волны РЛС шероховатая.Резонансное отражение происходит в том случае, когда линейные размеры отражающих объектов или их элементов равнынечетному числу полуволн.

В отличие от диффузного излучениярезонансное излучение гораздо интенсивнее и обладает резко выраженной направленностью, зависящей от конструкции и расположения отражающего элемента.Для вторичного излучения наиболее существенны электродинамические и статистические характеристики.Электродинамические характеристики отражают закономерности вторичного излучения в зависимости от соотношения размеров вторичного излучателя и длины волны λ, от вида поляризациирадиоволн, геометрической формы, ориентации и материала вторичного излучателя.Статистические характеристики значимы при случайныхизменениях ориентации вторичного излучателя.Для тел простой формы (линейный вибратор, шар, металлическая прямоугольная пластина) электродинамический расчет полявторичного излучения не представляет трудностей.

Однако большинство реальных целей имеет сложную форму, поэтому их вторичное поле излучения приходится описывать статистически.Для характеристики отражающих свойств реальных целейпользуются обобщенной величиной, не зависящей от мощностиоблучения, называемой эффективной поверхностью рассеяния(ЭПР) или эффективной отражающей поверхностью (ЭОП).Эффективной поверхностью рассеяния цели называется такаяизотропная и идеальная (не поглощающая энергию) фиктивная поверхность, которая, будучи помещена в точку расположения цели,создает у приемной антенны РЛС такую же плотность потокамощности отраженного сигнала, как и реальная цель.2.2.

Эффективная поверхность рассеяниясосредоточенного вторичного излучателяСосредоточенный вторичный излучатель — это объект, размеры которого значительно меньше разрешающей способностиРЛС по дальности и угловым координатам, т. е. его элементы неопределяются РЛС.12Пусть в свободном пространстве нарасстоянии D расположены передатчик иприемник РЛС и цель Ц (рис. 2.1).Полагаем, что ЭПР цели равна σ. Изопределения ЭПР следует, что мощностьPц, поглощаемая и полностью переизлучаемая целью в направлении на РЛС, составляетРц = Sц σ,Рис. 2.1. Взаимноерасположение РЛСи целигде Sц — плотность потока мощности в точке расположения цели.Плотность потока мощности Sпр у приемной антенны РЛС равна отношению переизлученной целью мощности, равномерно распределенной на сфере радиусом D, к площади этой поверхности:Sпр =Pц4πD2=Sц4πD 2σ,откуда ЭПР цели σ может быть определена по выражениюσ = 4πD 2SпрSц.(2.1)Учитывая, что мощность пропорциональна квадрату амплитудэлектрического (Eпр, Eц) или магнитного поля (Hпр, Hц), ЭПР можно также определить следующим образом:σ = 4πD22EпрEц2= 4πD22H прH ц2.Эффективная поверхность рассеяния цели σ не зависит ни отинтенсивности излучаемой волны, ни от расстояния между РЛС ицелью.

Действительно, всякое увеличение интенсивности переизлучаемого целью поля Eц ведет к пропорциональному увеличению поля Eпр , а их соотношение в последней формуле не изменяется. При изменении расстояния D отношение интенсивностейполей меняется обратно пропорционально значению D2, а значениеσ при этом остается неизменным.132.3. Матрица рассеяния целиВ общем случае ЭПР, а следовательно, и интенсивность отраженного сигнала зависят от вида поляризации зондирующего сигнала. Поскольку объекты радиолокационного наблюдения обычноанизотропны, то ортогональные компоненты падающей волны приотражении претерпевают определенные изменения.Пусть падающая волна поляризована эллиптически.

В этомслучае ее можно разложить на горизонтально E1г и вертикальноE1в поляризованные компоненты.При отражении радиоволны энергия горизонтально поляризованного компонента падающей волны переходит не только в энергию горизонтально поляризованного компонента, но и в энергиювертикально поляризованного компонента отраженной волны.Аналогично, энергия вертикально поляризованного компонентападающей волны переходит как в энергию вертикально поляризованного компонента, так и в энергию горизонтально поляризованного компонента отраженной волны.В силу линейности процесса рассеяния электромагнитной волны целью ортогональные компоненты отраженной волны Eот.г иEот.в в точке расположения цели могут быть представлены в видеEот.г = С11 E1г + С12 E1в ;Eот.в = С21 E1г + С22 E2в ,где комплексные коэффициенты отражения С11 и С22 характеризуют прямые, а С12 и С21 — перекрестные преобразования компонентов падающей волны в соответствующие компоненты отраженнойволны.