Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 7

4.2. Эпюры напряжений в• возможность одновременконтрольных точках импульснойного наблюдения несколькихдальномерной РЛСцелей (если они не находятся водном элементе разрешения РЛС по дальности).Однако у импульсных дальномеров имеются и существенныенедостатки:• импульсная мощность излучения должна быть значительнойдля обеспечения большой дальности действия;• импульсный дальномер не может работать на малых дальностях, поскольку во время излучения зондирующего сигнала приемотраженных сигналов невозможен.45Частотный методЭтот метод основан на частотной модуляции излучаемых непрерывных колебаний (рис. 4.3). Определение дальности целистроится на измерении разности частот излучаемого сигнала и задержанного отраженного сигнала.-Рис.

4.3. Структурная схема дальномерной РЛС с частотной модуляциейГенератор высокой частоты (ВЧ) под управлением модуляторавырабатывает колебания с частотой, изменяющейся по периодическому закону (линейному, синусоидальному и др.). Частота отраженного от неподвижной цели сигнала будет изменяться по томуже закону, но только с задержкой на время запаздывания tзад .В смесителе проводится сравнение частот и по их разности определяется дальность цели (рис.

4.4).Излучаемый сигнал, частота которого изменяется в пределахот ω 0 до ω max (сплошная линия на рис. 4.4, а), и принятый, отраженный от цели сигнал (штриховая линия на рис. 4.4, а), подводятся к смесителю, на выходе которого вырабатывается разностная частота (рис. 4.4, б).

Эта частота ω р = ω изл − ω отр в интервалеTм − tзад , где Tм — период модуляции (рис. 4.4, в), пропорцио-нальна времени задержки сигнала tзад = 2 D / c (с — скорость света) и дальности цели D.46Рис. 4.4. Временные диаграммы работы частотного измерителя дальностиЕсли частота излучения ωизл изменяется во времени по линейному закону:Δωмω изл = ω0 +t,Tмгде ω0 — минимальная частота излучаемого сигнала; Δωм — девиация частоты передатчика, то частота отраженного сигнала будет отличаться на время задержки tзад :47ωотр = ω0 +ΔωмΔωм(t − tзад ) = ω0 +TмTм⎛ 2D ⎞⎜⎝ t −⎟.c ⎠Разностную частоту ωр на выходе смесителя с учетом того,что Fм = 1 / Tм , а Δωм = 2πΔf м , вычисляют по формулеωр = ωизл − ωотр =2 Δω м4πFм Δf мD=D.сTмcВ формулах для ωотр и ωр обозначение ω0 — минимальное значение угловой частоты излучения антенны; Fм — частота модулирующего напряжения.Отсюда можно определить дальность целиD=cωpTм2Δωм=cf p2Δf м Fм.Для измерения разностной частоты применяют фильтры илисчетчики импульсов.

При использовании фильтров можно задействовать группу фильтров, настроенных на фиксированные частоты либо использовать один, перестраиваемый по частоте фильтр.Попадание сигнала разностной частоты в тот или иной фильтрпозволяет определить дальность цели.Сигнал разностной частоты ωрв , образующийся в так называемой зоне обращения, снижает точность оценки дальности цели.Однако влияние зоны обращения на результат измерения дальности можно устранить снижением частоты модулирующего напряжения Fм . Причем, чем точнее выполняется неравенствоtзад Tм , тем меньше ошибка оценки дальности.Преимуществами частотного метода измерения дальности являются:• бόльшая дальность действия измерителя при использованиипередатчика с малой мощностью излучения;• возможность измерения малых дальностей, поскольку и передатчик, и приемник работают непрерывно.48К недостаткам дальномеров с частотной модуляцией можноотнести:• необходимость двух разнесенных антенн либо техническисложных устройств для разделения излучаемых и принимаемыхсигналов;• строгое соблюдение линейности изменения частоты излучения;• для каждого интервала разрешения по дальности требуется отдельный фильтр (если использовать один перестраиваемый фильтр,то резко увеличивается время обзора заданного пространства).Фазовые методыЭти методы основаны на измерении разности фаз излучаемыхсинусоидальных колебаний и принятых (отраженных от целей)радиолокационных сигналов (рис.

4.5).-Рис. 4.5. Структурная схема простейшего фазовогодальномераФаза излучаемых передающей антенной колебанийψизл = ω0t + ψ1 ,где ψ1 — начальная фаза.Фаза принимаемого сигналаψпр = ω0 (t − tзад ) + ψотр + ψ РЛС + ψ1 ,где ω0 — угловая частота излучения антенны; ω0 (t − tзад ) — фазовый сдвиг за счет задержки отраженного сигнала относительно49излученного; ψотр — фазовый сдвиг, связанный с отражением сигнала от цели; ψ РЛС — фазовый сдвиг в цепях РЛС.Разность фаз сигналов, измеряемая фазовым детектором, пропорциональна дальности цели:Δψ = ψизл − ψотр = ω0 tзад − ψотр − ψ РЛС ,4πD − ψотр − ψ РЛС .λОднако этот метод в радиолокации применять нельзя, так какфазовый сдвиг при отражении ψотр обычно неизвестен. Кроме топоскольку Δψ =го, для обеспечения однозначности измерения дальности фазовыйсдвиг не должен превышать одного периода, т.

е. должен лежать впределах от 0 до 2π. Допустив, что Δψ ≤ 2π, получим диапазоноднозначного измерения дальности Dодн ≤ λ / 2, что в радиолокации вследствие его малого значения неприемлемо.Отмеченные недостатки устраняются при использовании болеесложных схем с не менее чем двумя частотами. На рис.

4.6 представлена структурная схема фазового дальномера с низкой частотой Ω, на которой и осуществляется измерение фазового сдвига(для оценки дальности цели), а частота ω0 выполняет функциюносителя информации.-Рис. 4.6. Структурная схема фазового дальномера с низкочастотной модуляцией50Модулятор создает синусоидальное напряжение Um cos(Ωt + ψ0 ),модулирующее по амплитуде колебания напряжения в генераторевысокой частоты:U ген = U 0 [1 + m cos (Ωt + ψ0 ) ] cos (ω0 t + ψ1 ),где Um — амплитуда синусоидального напряжения на выходе модулятора; m — коэффициент модуляции; U0 — амплитуда напряжения на выходе генератора; ψ0 и ψ1 — соответственно начальные фазы модулирующего и высокочастотного напряжения.Модулированные колебания излучаются в пространство. Фазаогибающей принятого сигнала с выхода детектора (после детектирования в усилителе-ограничителе) сравнивается с фазой огибающей излучаемого сигнала в фазовом детекторе.

Фаза огибающейпринятого сигнала зависит от дальности цели:2D ⎞⎛ψ = Ω(t − tзад ) + ψ0 + ψотр + ψ РЛС = Ω ⎜ t −⎟ + ψ0 + ψ РЛС .⎝c ⎠Фазовый сдвиг ψотр можно не учитывать, поскольку его влияние на низкой частоте Ω пренебрежимо мало. Разность фаз низкочастотных колебаний на выходе фазового детектора (пренебрегаясдвигом фазы ψ РЛС в цепях РЛС)Δψ =2ΩD,cоткуда может быть определена дальность цели:D=cΔψ.2ΩВыбирая угловую частоту Ω модулирующего напряжения порядка 1000 рад/с, можно обеспечить диапазон измерения дальности свыше 900 км.Преимуществами фазового метода являются:• малая мощность непрерывных излучений;• независимость точности измерения дальности от доплеровского смещения частоты принятого сигнала;• относительная простота технической реализации.51К недостаткам фазового метода относятся:• отсутствие разрешения по дальности при наличии нескольких целей, поскольку сигналы от них наблюдать раздельно невозможно;• необходимость наличия двух антенн (на передачу и прием)или сложных систем развязки излучаемых и принимаемых сигналов;• невысокая чувствительность приемника по причине «просачивания» на его вход сигнала излучения передатчика.Известен другой вариант фазового двухчастотного дальномера(рис.

4.7).--Рис. 4.7. Структурная схема двухчастотного фазового дальномераВысокочастотные колебания обоих генераторов ω1 и ω2 черезсумматор подводятся к передающей антенне, а также к смесителю 1. С выходов двух каналов приемника сигналы через разветвитель воздействуют на смеситель 2.Пусть напряжения генераторов u1 (t ) = U1 cos (ω1t + ψ01 ) иu2 (t ) = U 2 cos (ω2 t + ψ02 ).52На выходе первого смесителя получим колебания первой разностной частоты:up1 (t ) = U p1 cos [ (ω1 − ω2 )t + ψ01 − ψ02 ] .Не учитывая фазовые сдвиги в цепях РЛС, оба принятых сигнала можно представить в следующем виде:uпр1 = U пр1 cos ⎡⎣ω1 (t − tзад ) + ψ01 + ψотр1 ⎤⎦ ;uпр2 = U пр2 cos ⎡⎣ ω2 (t − tзад ) + ψ02 + ψ отр2 ⎤⎦ .Принятые сигналы подаются на смеситель 2, на выходе которого формируется напряжение второй разностной частоты:up2 (t ) = U p2 cos ⎡⎣(ω1 − ω2 )t − (ω1 − ω2 )tзад + (ψ01 − ψ02 ) + (ψотр1 − ψотр2 )⎤⎦ .Если частоты ω1 и ω2 мало отличаются одна от другой((ω1 − ω2 ) / ω1 1) , то фазовые сдвиги при отражении от цели наобеих частотах можно считать одинаковыми (ψотр1 ≈ ψотр2 ) .Напряжения разностных частот со смесителей 1 и 2 подводятсяк фазовому детектору, выходное напряжение на котором пропорционально разности фаз напряжений разностных частотup1 (t ) и up2 (t ) :Δψ = ψ р1 − ψ р2 = (ω1 − ω2 )tзад .Таким образом, измеряя разность фаз разностных частот, можноопределить дальность цели:D=cΔψ.2(ω1 − ω2 )В рассмотренном на рис.

4.7 дальномере обеспечивается большой диапазон измерения дальности (поскольку разность ω1 − ω2мала) и исключается влияние на результат измерения дальностифазового сдвига при отражении по причине того, что ψ отр1 ≈ ψотр2 .Однако этот тип дальномера, как и другие фазовые устройства, необладает разрешением целей по дальности.53В принципе можно разрешить цели по доплеровскому смещению частоты сигналов (по радиальным скоростям целей), а затемизмерить их дальность. Однако устройство подобного типа конструктивно сложно и дорогостояще.4.2. Методы измерения угловых координат целейВ соответствии с тем, какой параметр радиолокационногосигнала оказывает основное влияние на формирование пеленгационной характеристики угломерного устройства РЛС, выделяютследующие методы измерения угловых координат целей: амплитудные, фазовые и частотные.