Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970), страница 3

1.8, Пояснение принципа последовательного составления потока радиолокационной ин- формации 12 дальности радиолокации, Появляется возможность измерять угловые координаты цели — азимут и угол места, например, по максимуму отраженного сигнала (рис. 1.7, а), а также разрешать цели по угловым координатам (рис. 1.7, б). Ширина диаграммы-(ха=- рактеристики) направленности антенны радиолокатора определяется отношением ее геометрических размеров к длине волны. Поэтому высокие направленные свойства обеспечиваются за счет увеличения размеров антенны и использования деииметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. Даже при остронаправленном облучении цели от ее поверхности отражается незначительная часть излучаемой энергии.

Еще в большей степени рассеяние энергии проявляется на пути от цели до приемной антенны в силу слабой направленности вторичного излучения. Приходящие сигналы, особенно на больших дальностях, оказываются слабыми и нужно принять ряд мер, чтобы выделить их на фоне помех (собственных шумов приемника, шумов космического происхождения, помех от других радиоустройств и т. п.). К числу этих мер относятся: увеличение средней мощности зондирующих колебаний, габаритов антенн, применение высоко- чувствительных (малошумящих) элементов приемника.

Наряду с этим должна предусматриваться такая обработка смеси слабых сигналов и помех, при которой обеспечивается наилучшее использование взаимных различий сигнала и помех для решения задач радиолокаиии. Взаимные различия должны наилучшим образом использоваться и при разрешении сигналов от нескольких целей. Большинство современных радиолокаторов вырабатывает поток информации о целях в участке пространства, содержащем весьма большое число разрешаемых объемов. При этом могут использоваться принципы последовательного, параллельного и параллельно- последовательного составления потоков информации. Эти принципы закладываются в основу построения отдельного радиолокатора и системы радиолокаторов.

Рис. 1.8 поясняет принцип последовательного обнаружения целей радиолокатором с лучом игольчатого вида. Закон перемещения луча может быть различным, например, по спирали. Рис. 1.9 поясняет принцип параллельного получения нескольких потоков информации. Создается пучок игольчатых лучей, каждому из которых соответствует свой приемник. Если по одной из угловых координат (углу места) поток информации получается параллельно, а по другой (азимуту) — последовательно, например, за счет вращения многоканальной антенной системы, имеет место параллельно-последовательное составление потока информации. Последовательные, параллельные и параллельно-последовательные потоки информации могут быть образованы также с помощью двух и более раздельных радиолокаторов.

Например, радиолокаторы (дальномеры) с диаграммой, изображенной на рис. 1.10 сплошной линией, образуют последовательный поток информации об азимуте целей. Специальные радиолокаторы (высотомеры) с узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости (пунктир на Даагранна напр а8ленности - Уысатанера Яиагранна апрадленноста даль нонгра Рис. 1.10. Пояснение принципа составления последовательного потока информации по азимуту и углу места Рис. 1,11.

Радиолокационный узел Рис. 1.12, Радиолокдционна-: сястема рис. 1.10) производят последовательный обзор по углу места и опредсляют высоту целей на тех азимутах, где они обнаружены дальномером, Для объединения и обработки информации нескольких радиолокаторов могут создаваться радиолокационные узлы (рис.1.11) Несколько радиолокационных узлов, обменивающихся информа цией, образуют радиолокационную систему (рис.

1.12). В соответствии с выполняемыми функциями различают радиолокаторы обнаружения целей„точного измерения координат и параметров движения целей, распознавания и т. д. Если радиолокаторы обнаружения обычно являются многоцелевыми, то радиолокаторы точного измерения координат и параметров могут быть также одно- целевыми или рассчитанными на малое число целей, Радиолокаторы, обеспечивающие выполнение ряда функций (обнаружения, распознавания, точного измерения координат и параметров движения целей), называют многофункциональными радиолокаторами. По мере развития радиолокационной техники расширяется многообразие известных типов радиолокационных устройств.

Совре. менные радиолокаторы дальнего обнаружения космических обьектов могут представлять собой гигантские сооружения с размерами антенн порядка десятков и сотен метров, со значениями средней мощности излучаемых колебаний порядка сотен и даже тысяч киловатт. Наряду с этим широко используются значительно меньшие по размеру подвижные наземные радиолокаторы обнаружения аэродинамических объектов, радиолокаторы наведения и т. д.

Широкое применение находят бортовые радиолокационные устройства обнаружения и' наведения, обзора и картографирования земной по верхности, определения путевой скорости и измерения угла сноса Наряду с самолетными и корабельными радиолокаторами могу использоваться миниатюрные переносные радиолокационные уст ройства весом порядка одного килограмма или даже сотен граммов, способные обнаружить движущуюся автомашину или передвигающегося человека, оценить угловую координату, дальность и скорость.

14 ф 1.3. Некоторые эффекты распространения радиоволн, существенно сказывающиеся на получении радиолокационной информации Реальную атмосферу (тропосферу и ионосферу) не всегда можно отождествлять со свободным пространством, так как эффекты распространения радиоволн в ней могут существенно влиять наполучение радиолокационной информации, Кроме того, в радиолокационных станциях используются устройства с распределенными параметрами (фидеры, линии задержки и т. п.), в которых имеют место эффекты, аналогичные эффектам распространения волн в атмосфере.

Понимание последующего материала будет облегчено, если здесь будут рассмотрены некоторые эффекты распространения радиоволн. Простейшим из эффектов распространения радиоволн является отличие фазовой скорости в реальной среде ц от соответствующей скорости в свободн о м и р о с т р а н с т в е с. Напомним, что фазовая скорость есть скорость перемещения геометрического места точек с постоянной фазой (волнового фронта) при распространении монохроматической волны. Отличие фазовых скоростей в реальной среде и свободном пространстве часто характеризуют коэффициентом преломления среды Если фазовая скорость зависит от частоты, то это вносит существенные дополнительные эффекты при распространении радиолокационных сигналов. Явление зависимости фазовой скорости от частоты называется дисперсией волн.

Среды, в которых наблюдается дисперсия волн, называются диспергируюи(ими. Влияние дисперсии волн проявляется 'при одновременном распространении нескольких монохроматических волн различных частот, что практически всегда имеет место, так как всякий радиосигнал может быть передан только совокупностью (группой) монохроматических волн. В недиспергирующей среде распространение сигнала не имеет никаких особенностей по сравнению с монохроматической волной.

В частности, скорость распространения модуляции узкополосного сигнала, иначе групповая скорость о„р, равна фазовой скорости каждсй из составляющих его монохроматических волн. В диспергирующей среде монохроматические волны группы распространяются с различными фазовыми скоростями. Это является причиной того, что фазовые соотношения между спектральными компонентами сигнала меняются. Выясним, к чему приводит эта особенность распространения сигнала в диспергирующей среде. ~ ~,з !5 Рис. 1.13. Фазовая и групповая скорости Для простоты рассмотрим случай, когда группа состоит всего из двух волн одинаковой амплитуды с близкими частотами колебаний сот и а2, распространяющихся с фазовыми скоростями гафт и о в направлении возрастания координаты г.

Суммарное колеф2 бание и(~, г) =У,соз(а 1 — Атг)+ У,соз(со 1 — А г), где й, = — "' и Й2= — ', можно представить в виде оф! Рф2 и (1, г) = У (2, г) сов (со1 — Йг) = о =20 соз ' ' 1 — г~соз~ -! — .г1. с а!! — 022 а1 — а2 '! (22! + 222 2 а!+ !22 2 2 ) '! 2 2 Из этого соотношения видно, что медленно изменяющаяся огибающая амплитуды (/(1,г)=20 соз ~1 ~2 ~ — ' ' г перемещается вдоль оси г со скоростью а2 ! — и2 0 гр \ '21 ~2 а быстро изменяющиеся мгновенные значения, определяемые мно- жителем соз с221+ та2 ( 1+ 2 — а 2 2 — со скоростью «'! + та2 ф= ~+А, Учитывая близость частот о21 и аа, имеем 22!+222- 1 ®2! 2 5 !.3 ~1+ ~2 1г1 ~2> 2 О11+ 1О2 Оф =- .

Оф1 Офа й,+й, и, наконец, о11 — и2 й~о до) оф (2) '1 Оф) оф йо Таким образом, в диспергирующей среде (с(оф/йо ~0) огибающая сигнала и фаза колебаний распространяются с различной скоростью (рис. 1.13). Различие скоростей распространения огибающей и фазы колебаний в диспергирующей среде поясним еще раз рис. 1.14, на котором показано расположение монохроматической волны 2 (пунктирная линия) относительно монохроматической волны 1 (сплошная линия) в два последовательных момента времени. Проследим за перемещением в пространстве точек, где колебания складываются в фазе.

На рис. 1.14, а такой точкой является точка А. В последующие моменты времени взаимное расположение волн изменится. Через, время (Л2 — Л1)/(о „вЂ” о „) горбы обеих волн сойдутся в точке А', удаленной от точки А на расстояние Л, в сторону, противоположную направлению движения волн (рис. 1.14, б). Отсюда скорость движения точек, где колебания складываются в фазе, иначе групповая скорость определяется соотношением Огп Офг (Л2 Л1)йрф2 Оф1) Ург рггг А оф ! / / ~Ъг / — э б) Рис.