Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 6

А так как в РЛС обычно применяют фильтры с полосой пропускания Δfф , через фильтр пойдут сигналы с частотой в пределахот Fд1 до Fд2 = Fд1 + Δf ф . Следовательно, РЛС будет приниматьсигналы, отраженные только от узкой полоски Земли (заштрихованная область на рис. 3.7).Доплеровскую частоту сигнала, отраженного от ближней границы полоски, определяют по формулеFд1 =2Vccos β1 ,λ37Рис.

3.7. Элемент разрешения поверхностной целив импульсной РЛС с непрерывным излучениема от дальней границы полоски — по формуле2VFд2 = c cosβ 2 ,λгде Vc — горизонтальная скорость полета цели.Разность доплеровских частотFд2 − Fд1 =2Vc( cosβ 2 − cosβ1 ) ,λгде β 2 = β0 − Δβ; β1 = β0 + Δβ (см. рис. 3.7). Из Δf ф = Fд2 − Fд1 ,следует, что2Vcsin β 0 sin Δβ.λНаклонную дальность до центра полоски обозначим D. Ширину выделенной полоски ΔD можно определить по выражениюΔfф =ΔD =2 D sin Δβ.sin β 0Умножив числитель и знаменатель этого выражения на sin β0 иподставив в числитель значение произведения синусов из предыдущего выражения для Δfф , получимΔD =38λDΔf ф2Vc sin 2 β 0.Размер полоски Δl в азимутальной плоскостиΔl = DΘаз .Тогда окончательно для площади элемента разрешения поверхностной цели, условно приняв ее прямоугольной, получимформулуS п = ΔD ⋅ Δ l =λD 2 Θаз Δfф2Vc sin 2 β 0,из которой следует, что площадь элемента разрешения Sп зависитот полосы пропускания фильтра Δfф приемного устройства РЛС,угла β0 — направления на поверхностный центр цели и наклоннойдальности D.Определение ЭПР поверхностной целиСигналы, переизлученные поверхностной целью, флуктуируюти по амплитуде, и по фазе.

Причинами флуктуаций являются хаотические перемещения отдельных отражателей, изменение их числа при сканировании антенны, нестабильность частоты работыпередатчика и т. п. Закон распределения амплитуды отраженныхсигналов близок к закону распределения Рэлея.Среднее значение ЭПР σ0 элемента разрешения поверхностнойцели может быть найдено суммированием средних значений ЭПРвсех элементарных отражателей, попадающих в элемент разрешения РЛС на площади Sп.Часто при расчетах РЛС вводится понятие удельной ЭПР,представляющей собой произведение ЭПР одного элементарногоотражателя σотр на их число N, содержащееся в 1 м2 площади поверхностной цели:σ уд = σ отр N .Зная удельную ЭПР и площадь элемента разрешения поверхностной цели, можно найти среднее значение ЭПР поверхностной цели:σ 0 = σ уд Sп .393.4.

Удельная эффективная поверхность рассеянияразличных поверхностейОсновными факторами, влияющими на характер отражениярадиоволн от поверхностной цели являются:• неровности отражающей поверхности (рельефа);• диэлектрическая проницаемость материала отражающей поверхности;• величина угла падения радиоволн;• несущая частота поля, излучаемого РЛС.Наиболее существенное влияние на характер отражения оказывают неровности отражающей поверхности. В зависимости отгеометрических размеров неровностей поверхности могут бытьразделены на гладкие и шероховатые. Согласно критерию Рэлея,поверхность является гладкой, если разность фаз двух лучей, отраженных от гребня и впадины неровности, менее π 2 (при неровности поверхности менее четверти длины волн: λ 4 ).Рассмотрим лучи 1 и 2, падающие на поверхность с неровностями высотой h, каждый из которых отражается зеркально, т. е.угол падения равен углу отражения (рис. 3.8).Разность хода Δr двух лучей определим параллельным переносом луча 1 в положение 1′:Δr = 2h sin βск ,где β ск — угол наклона лучей(угол скольжения).С учетом критерия гладкости Рэлея (разность фаз сигналов должна быть меньше π 2 )2ππΔr ≤ .λ2После подстановки Δr ввыражение для Δϕ и некоторых преобразований получим1h.≤λ 8sin βскΔφ =Рис.

3.8. Схема отражения радиоволн от шероховатой поверхности40Из этого выражения следует, что одна и та же поверхность может быть как гладкой, так и шероховатой в зависимости от длиныволны и величины угла падения радиоволн (угла скольжения βск ).При этом гладкие поверхности в РЛС будут отображаться в видетемных пятен, поскольку падающая на поверхность электромагнитная волна, зеркально отражаясь, не дает отражения в сторонуРЛС. Шероховатая поверхность будет отображаться в виде светлой области, поскольку часть энергии отражается в сторону РЛС.В сантиметровом диапазоне даже для лучей, близких к касательным относительно поверхности Земли ( βск ≤ 3°), зеркальноеотражение будет наблюдаться лишь на гладких поверхностях(спокойная водная поверхность, бетонированные покрытия аэродромов и т. п.).

Бóльшая часть поверхности Земли будет в той илииной степени шероховатой. Числовые значения удельной ЭПР дляразличных поверхностей (лес, море, луг и т. п.) в зависимости отдлины волны можно найти в справочной литературе.3.5. Эффективная поверхность рассеяния объемных целейдля импульсных радиолокационных системДля вычисления ЭПР распределенной объемной цели необходимо знать разрешающий объем Vоб и удельную ЭПР σуд, представляющую собой произведение ЭПР σотр одного элементарногоотражателя на их число N, содержащееся в 1 м3 объемной цели.В импульсных РЛС разрешаемый объем приблизительно равенпротяженности разрешаемого участка по дальности ( Dp = cτи / 2),умноженной на площадь поперечного сечения Sп разрешаемогообъема в среднем сечении Vоб = Dp Sп (рис.

3.9).Площадь Sп определяется шириной луча (диаграммы направленности) по азимуту Θ аз и углу места Θ у.м . Для эллиптическогоπ 2D ⋅ Θ аз ⋅ Θ у.м , следовательно, разрешаемый4объем может быть определен выражениемсτ πVоб = и D 2 Θаз Θ у.м ,2 4луча имеем Sп =41где D — дальность среднего сечения разрешаемого объема.Вычислив Vоб , можно определить ЭПР распределенной объемной цели:σ об = σ удVоб .После подстановки значения Vоб в последнее уравнение дляσоб, ЭПР объемной цели при импульсном сигналеσ об = σ удсτи π 2D Θаз Θ у.м .2 4Рис. 3.9. Элемент разрешения объемной цели импульсной РЛСУдельная ЭПР зависит от вида отражателей, составляющихобъемную цель. Когда объемная цель представляет собой совокупность однородных отражателей (снежинки, капли дождя, облако диполей и т. п.), удельную ЭПР определяют произведениемплотности таких отражателей в единице объема на ЭПР одного изних.

Если объемная цель представляет собой область тумана илиоблако, отражающими частицами являются капли воды радиусомr6r, то при λ r (рассеяние Рэлея) ЭПР капли σi = 1, 94 ⋅ 104 4 .λ−14 2Например, для r = 0, 01 см при λ = 3 см σi = 2, 4 ⋅ 10 м .При вычислении ЭПР распределенной объемной цели в видетумана необходимо предварительно определить, какое количествокапель воды приходится на 1 м3 объема тумана и вычислить42удельную ЭПР 1 м3 тумана. Затем можно найти ЭПР распределенной объемной цели, вычислив произведение удельной ЭПР на разрешаемый РЛС объем.В справочной литературе по радиолокации приводятся значения удельной ЭПР для различных плотностей тумана и интенсивностей дождя.Глава 4.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ЦЕЛЕЙИ ИХ ПРОИЗВОДНЫХИзмерение координат целей основано на определении значений параметров радиолокационных сигналов, несущих информацию об этих целях. Дальность цели определяют по времени задержки отраженного от цели сигнала относительно зондирующего,а ее угловые координаты — по угловому положению антенныхустройств направленного действия (пеленгация). Измерение радиальной компоненты скорости движения цели относительно РЛСосновано на эффекте Доплера — изменении частоты отраженногосигнала относительно частоты зондирующего при радиальномдвижении цели относительно РЛС.Таким образом, зная закон изменения угловых координат идальности, можно определить угловую и истинную скорости целиотносительно РЛС и направление движения цели.4.1.

Методы измерения дальности целиКлассификация методов измерения дальности связана с параметром радиолокационного сигнала, который играет главную рольпри измерении времени задержки tзад отраженного от цели сигналаотносительно зондирующего.Различают следующие методы измерения:• амплитудный;• частотный;• фазовый.43Амплитудный методИз различных видов модуляции излучаемых колебаний наиболее распространенной является импульсная модуляция. Структурная схема импульсной дальномерной РЛС представлена на рис.

4.1,а эпюры напряжений (временные диаграммы) в точках 1–5 даннойсхемы — на рис. 4.2.Рис. 4.1. Структурная схема импульсной дальномерной РЛС:С — синхронизатор; ПРД — передатчик; АП — антенный переключатель; А — антенна; ПРМ — приемник; ГПН — генератор пилообразного напряжения; Э — электронно-лучевая трубкаИмпульсная дальномерная РЛС работает следующим образом.Передатчик ПРД и генератор пилообразного напряжения ГПН запускаются одновременно импульсами U1 (см. рис. 4.2), вырабатываемыми синхронизатором С. Горизонтальное перемещение пятназасветки по экрану электронно-лучевой трубки Э происходит поддействием напряжения ГПН, прикладываемого к горизонтальнойотклоняющей системе трубки.

Оно начинается одновременно с излучением антенной А импульса передатчика. Отраженный от целисигнал поступает через антенну и антенный переключатель на входприемного устройства ПРМ и далее на вертикальную отклоняющуюсистему Э. Траектория движения пятна засветки на экране Э воспроизводит огибающие излучаемого (поступает за счет просачивания части энергии передатчика через канал ПРМ) и отраженного от44цели импульсов. Расстояние lмежду излученным и отраженным от цели импульсами пропорционально дальности обнаруженной цели:2Dl = Vп tзад = Vп,cгде Vп — скорость движенияпятна по экрану индикатора,с — скорость света.Отсюда можно вычислитьдальность до цели:cB=l.2VпПо положению отраженногосигнала на экране можно определить дальность цели непосредственно, если шкалу развертки наэкране проградуировать в километрах.Преимуществами импульсных дальномеров являются:• использование одной антенны и на передачу, и на прием;• простота индикации положения цели по шкале дальности;Рис.