Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (Рекомендованные учебники), страница 8

Практическое применение нашли восновном амплитудные и фазовые методы.Амплитудные методыНаиболее распространены следующие амплитудные методыизмерения угловых координат:• метод максимума;• метод минимума;• метод сравнения;• метод равносигнальной зоны.Метод максимума состоит в плавном изменении углового положения антенны.

Антенна в течение некоторого времени (когдаугловое положение диаграммы направленности антенны совпадаетс направлением на цель) принимает сигналы, отраженные от цели.Отсчет угловой координаты цели производится в тот момент, когда амплитуда радиолокационного сигнала на выходе приемникадостигает максимального значения (ось антенны совпадает снаправлением на цель). Механизм поворота антенны одновременно приводит в действие указатель поворота, по шкале которогоотсчитывается направление оси диаграммы направленности антенны (рис.

4.8).Амплитуда сигнала цели зависит от углового положения антенны по отношению к цели. Очевидно, что выходное напряжениеU вых (φ) при вращении антенны будет повторять форму диаграммы направленности антенны (рис. 4.9).54Рис. 4.8. Структурная схема угломерного устройства, работающего по методу максимумаПриведенная ниже зависимость является пеленгационной характеристикой угломерного устройства:U вых (φ) = kF (φ),где k — коэффициент пропорциональности; F (φ) — диаграмманаправленности антенны.Максимальное выходное напряжение будет наблюдаться, когдаось диаграммы направленности антенны совпадает с направлениемна цель (перпендикулярна к фазовому фронту отраженного сигнала), а указатель поворота антенны определяет пеленг цели φц.Главное преимущество метода максимума — простота еготехнической реализации.

Недостаток метода состоит в низкойточности измерения, оцениваемой лишь пеленгационной чувствительностью, графически представляющей собой не что иное, каккрутизну графика пеленгационной характеристики Sп вблизинаправления на цель:Sп =dU вых (φ).dφφ=φцЕсли угломерное устройствоможет заметить минимальное изменение выходного напряженияΔU min , то эта величина связана ссоответствующей угловой ошибкой Δϕ следующей зависимостью:Рис.

4.9. Пеленгационная характеристикаугломерногоустройства55ΔU min = ΔφdU вых (φ)= ΔφSп .dφПри точном пеленге по максимуму выходного напряжениякрутизнаdU вых (φ)Sп =→ 0,dϕпоэтому и точность измерения угловой координаты относительнонизка при значительной величине угловой ошибки Δϕ.Метод минимума отличается от метода максимума тем, чтоугловая координата отсчитывается в момент уменьшения выходного напряжения угломерного устройства до минимума.Диаграмма направленности антенны пеленгатора имеет в средней части «провал» до нулевого уровня.

Этого можно добиться,если использовать две антенны, повернутые одна относительнодругой на угол, равный ширине диаграммы направленности понулевому уровню (рис. 4.10).Структурная схема пеленгационного устройства такая же, как ипри пеленгации по максимуму. Изменения амплитуды сигнала навыходе приемника при повороте антенны относительно направления на цель ϕц (или пеленгационная характеристикаU вых (φ) = kF (φ) , где функция F (φ) — результирующая диаграмманаправленности антенны пеленгатора) показаны на рис. 4.11.Рис.

4.10. Диаграмма направленности антенны при измерении угламетодом минимума56Рис. 4.11. Пеленгационная характеристика по методу минимумаКрутизна пеленгационной характеристики вблизи направленияна цель велика, поэтому точность измерения угловой координатывысокая. Однако вблизи направления на цель амплитуда полезногосигнала очень мала, что является существенным недостатком метода минимума.Чаще всего с помощью метода минимума пеленгуют источники мощного собственного излучения.

В связи с этим метод пеленгации по минимуму, широко применяемый в радионавигации, врадиолокации практически не используется.Метод сравнения характеризуется тем, что пеленг цели определяется по соотношению амплитуд сигналов, принятых антеннойсистемой, состоящей из двух антенн (рис. 4.12).Рис. 4.12. Структурная схема углового устройства или пеленгатора, работающего по методу сравнения (а), и диаграмма направленности антенны (б)Амплитуды сигналов на выходе приемников 1 и 2 пропорциональны модулям векторов F1 (φц ) и F2 (φц ) диаграмм направленности антенн (см. рис. 4.10):U1 = k1F1 (φц ); U 2 = k2 F2 (φц ).Угловое положение цели вычисляют вычитанием одного сигнала из другого:57U вых (φ) = k1F1 (φц ) − k2 F2 (φц ).Очевидно, что напряжение U вых зависит не только от величины угла φц , но и от абсолютных значений амплитуд сигналов вканалах и, следовательно, будет изменяться при изменении дальности цели, условий распространения радиоволн, ЭПР цели и т.

п.Исключить влияние изменения U вых на результат измеренийможно либо с помощью автоматической регулировки усиления(АРУ), усиливающей сигналы в обоих приемниках, либо делениемодного сигнала на другой:U вых (φ) =k1F1 (φц ).k2 F2 (φц )Для того чтобы облегчить возможность деления, оба приемника выполняют с логарифмической амплитудной характеристикой.Тогда на выходе приемников 1 и 2 получим сигналыU1 = ln ⎡⎣ k1F1 (φц ) ⎤⎦ ; U 2 = ln ⎡⎣ k2 F2 (φц ) ⎤⎦ .После вычитания сигналовU вых (φ) = lnРис. 4.13.

Пеленгационнаяхарактеристика по методусравнения58k1F1 (φц ),k2 F2 (φц )т. е. пеленгационная характеристикаустройства представляет собой натуральный логарифм отношения амплитуд сигналов (рис. 4.13).Преимущество метода сравнения заключается в возможностимгновенного определения направления на цель по выходномунапряжению при неподвижной антенной системе в широком диапазоне углового положения цели.Недостаток метода состоит внизкой точности измерений, зави-сящей от вида и взаимного расположения диаграмм направленности и от направления прихода радиоволн.Метод равносигнальной зоны является частным случаем метода сравнения. Он основан на сравнении амплитуд сигналов, принимаемых двумя антеннами.

Угловая координата отсчитывается вположении, когда наблюдается равенство амплитуд сигналов вканалах. При пеленгации цели антенное устройство поворачивается до тех пор, пока выходное напряжение U вых (φ) = k1 F1 (φц ) −− k2 F2 (φ ц ) не окажется минимальным или равным нулю.Этот метод применяется в основном для автоматического слежения за целью по угловым координатам в системах наведения нацель.Возможно использование одной антенны, диаграмма направленности которой периодически изменяет свое положение в пространстве, переходя из одного крайнего углового положения вдругое и, формируя результирующую диаграмму направленности,как у двух антенн.

Сравнивают сигналы, принятые в различныемоменты времени, при крайних положениях диаграммы направленности.Фазовые методыЭти методы основаны на измерении разности фаз электромагнитных колебаний, принимаемых различными антеннами.Пусть в точках 1 и 2 имеются две антенны, расположенные одна от другой на расстоянии d (рис. 4.14).Рис. 4.14. Структурная схема фазового пеленгатора59Принятые антеннами радиолокационные сигналы подводятся кфазовому детектору (ФД). Будем считать, что фазосдвигающийэлемент, отмеченный на схеме штриховкой, отсутствует.

Полагаяамплитуды сигналов в двух каналах одинаковыми, можно принять,что выходное напряжение фазового детектора определяется разностью фаз сигналов в двух каналах Δψ :U вых = k cos Δψ.Если направление прихода радиоволны составляет угол φ сперпендикуляром к базе d, то фазовый сдвиг высокочастотных колебаний в антеннах 1 и 2 определяется разностью хода d sin φ :Δψ =2πdsin φ,λа при малых значениях угла ϕ можно считать, что sin φ ≈ φ , поэтому2πdφ.Δψ =λВ этом случае пеленгационная характеристика определяетсявыражением⎛ 2πd ⎞U вых (φ) = k cos ⎜φ⎟⎝ λ⎠и имеет вид кривой 1 на рис.

4.15. Измеряя значение U вых , можноопределить направление прихода радиоволны при неподвижномантенном устройстве.Рис. 4.15. Пеленгационные характеристики фазового измерителя угловой координаты:1 — при малых значениях угла φ; 2 — с дополнительным фазовым сдвигомИз формулы для определения пеленгационной характеристикиU вых (φ) следует, что точность измерения угловой координаты60вблизи значения φ = 0 низка (по причине малой крутизны графикапеленгационной характеристики) и, кроме того, невозможно определить знак угла ϕ, т. е. нельзя определить направление смещенияцели относительно перпендикуляра к базе d (см.

рис. 4.14).Эти недостатки можно устранить, если в канале одного из усилителей приемного устройства ввести дополнительный фазовыйсдвиг на 90° (блок Δψ д = 90° на рис. 4.14).При введении дополнительного фазового сдвига получим пеленгационную характеристику в виде⎛ 2πd ⎞U вых (φ) = k sin Δψ = k sin ⎜φ ⎟,⎝ λ ⎠которая представлена кривой 2 на рис. 4.15.

Большая крутизнаграфика вблизи значения φ = 0 обусловливает относительно высокую точность измерения угловой координаты, а знак выходногонапряжения обеспечивает определение направления отклоненияцели относительно перпендикуляра к базе d.Фазовые методы можно использовать для автоматического слежения за одиночной целью по угловым координатам. Но их существенными недостатками являются отсутствие разрешения целейпо угловым координатам и узкий угловой диапазон однозначногоизмерения угловой координаты, который обеспечивается лишь впределах одного периода изменения фазового сдвига Δψ.Если принять, что диапазон однозначного измерения фазыΔψ = 2π, то диапазон однозначного измерения угла может бытьопределен по выражениюλΔφодн = .dНапример, при λ = 3 см и d = 15 см отношение λ / d = 1 / 5 , идиапазон однозначного измерения угловой координаты фазовымметодом составит менее 12°.Неоднозначность измерения может быть устранена, если в пеленгаторе используются антенны с достаточно узкими диаграммами направленности Θан < Δφодн , где Θан — ширина диаграммынаправленности антенны.61Глава 5.

ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯРАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ5.1. Дальность действия радиолокационной станциив свободном пространствеБудем считать, что цель и РЛС находятся в свободном пространстве, т. е. влияние земной поверхности и атмосферы на дальность действия РЛС отсутствует.Если передающее устройство РЛС вырабатывает энергию излучения Eизл , максимальное значение коэффициента усиления передаmaxющей антенны по мощности равно Gпрди цель находится на рассто-янии D от РЛС, то плотность потока энергии у целиEизл maxGпрд ,4πD 2где 4πD 2 — площадь поверхности сферы радиусом D.Количество энергии Ец, переизлучаемое целью в направлениина приемную РЛС, определяется средним значением ЭПР цели σц:Sц =Eц = Sц σ ц =maxEизл Gпрдσц4πD 2.Тогда плотность потока энергии Qпрм у приемной антенны РЛСсоставитQпрм =EцmaxEизл Gпрдσц=.4πD 216π 2 D 4Энергия радиолокационного сигнала Ес, поступающего из антенны в согласованный с ней приемник:Eс = Qпрм Sан.прм =maxEизл Gпрдσ ц Sан.прм16π 2 D 4,(5.1)где Sан.прм — эффективная площадь приемной антенны, связаннаяс геометрической площадью раскрытия антенны Sан.рск соотношением62Sан.прм = (0, 5...0, 7) Sан.рск .На максимальной дальности энергия принятого сигнала Есдолжна быть не менее порогового значения чувствительности приminемника Eпрм, чтобы соблюдались значения показателей качестваобнаружения цели (вероятности правильного обнаружения Wп.о иложной тревоги Wл.т ):minEс = Eпрм.Учитывая это равенство, из выражения (5.1) можно получитьуравнение для расчета максимальной дальности действия РЛС:Dmax =4maxEизл Gпрдσ ц Sан.прмmin16π 2 Eпрм.При этом пороговое значение энергии, определяемое чувствительminностью приемника Eпрм, для обеспечения максимального значения дальности обнаружения Dmax устанавливают в соответствии свыражениемminEс = Eпрм= kр N 0 ,(5.2)где N 0 = Pш / Δf = kш kT — спектральная плотность мощностишума в полосе пропускания приемника Δf , Вт/Гц; kр = Eс1 / N 0 —коэффициент различимости, показывающий, во сколько раз энергия одиночного импульса сигнала на входе приемника Eс1 превышает спектральную плотность мощности шума на выходе приемника.