rts_lek (1087876), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Рис. 11.3. Структурная схема амплитудного измерения угловых координат

Точность измерения угловых координат составляет 0,5 , где - ширина диаграммы направленности антенны.

б) Для увеличения точности используют метод сравнения в следящей системе (рис.11.4).

Рис. 11.4. Структурная схема следящей системы измерения угловых координат и её дискриминантная характеристика

в) Цифровой бинарный программный обнаружитель работает по схеме, приведенной на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Схема регистрации начала и конца пачки импульсов для точного измерения угловых координат

11.3. Радиоизмерение дальности (импульсный, частотный и фазовый метод)

Импульсный метод

Наиболее употребительный амплитудный импульсный метод по времени запаздывания отраженного _з: .

Этот метод широко используется в импульсных РЛС. Для увеличения точности определения дальности по времени прихода фронта импульса применяют схему, приведенную на рис. 11.6. Достоинство схемы заключается в том, что на выходе получают сигнал в цифровой форме.

Рис. 11.6. Схема определения дальности подсчетом импульсов.

Фазовый метод определения дальности заключается в скачкообразном (импульсном) изменении фазы узкополосного сигнала. Как и в предыдущем случае, дальность определяется по времени задержки изменения фазы. Преимущество – узкополосный фильтр. Недостаток – передача и прием на разные антенны.

Частотный метод

Обычно этот метод применяют в радиовысотомерах малых высот и в радиодальномерах для измерения расстояний до близких целей.

Частотный метод определения дальности заключается в линейном изменении частоты зондирующего сигнала во времени и в выделении разности частот передачи и приема.

Обычно используется пилообразный линейно частотно модулированный (ЧМ) зондирующий сигнал, приведенный на рис. 11.7. Изменение частоты на выходе передатчика имеет следующий вид:

, , k=1,2,…

Частота на входе приемника отличается частоты генератора на величину пропорциональную времени запаздывания сигнала.

Рис. 11.7. Схема определения дальности частотным методом.

Разностная частота (частота биений), выделяемая супергетеродинным приемником, будет следующей:

.

По разностной частоте (частоте биений) при ₀<<T_M легко определить дальность:

.

Структурная схема устройства для определения дальности частотным методом приведена на рис. 11.8. По такой схеме работают радиовысотомеры, используемые практически на всех летательных аппаратах (самолетах и вертолетах). Схема отличается простотой, хорошей помехоустойчивостью, энергоэкономична. Передача и прием ведутся через две дипольные антенны с широкой диаграммой направленности. Это позволяет «видеть» минимальное расстояние не только по вертикали (вниз), но и до склонов гор (вбок).

Рис. 11.8. Структурная схема устройства определения дальности частотным методом (А- антенны, Ц - цель, ГВЧ -генератор ВЧ, ЧМ- частотный модулятор, СМ - смеситель, УНЧ - широкополосный усилитель низкой частоты, ЧА - частотный анализатор, индикатор дальности)

11.4. Измерение радиальной скорости

Радиочастотный метод измерения радиальной скорости основан на измерении доплеровского сдвига частоты зондирующего сигнала: .

Рис. 11.9. Структурная схема РЛС непрерывного действия для определения скорости целей.

Как видно по структуре, приведенной на рис 11.9, здесь, как и при определении высоты в радиовысотомере используется супергетеродинная схема, где гетеродинный сигнал «отбирается» из высокостабильного генератора высокой частоты. Разностная доплеровская частота получается в цифровом виде и может быть легко пересчитана в значение радиальной скорости. Векторная скорость движения цели определяется путем определения угловых скоростей по азимуту и углу места, с последующим вычислением тангенциальных составляющих и векторным сложением с радиальной скоростью.

11.5. Дальность действия РЛС

Плотность потока мощности излучения РЛС определяется по формуле:

,

где Р_пер – мощность передатчика, G_{А пер} - коэффициент направленного действия передающей антенны, _пер - КПД антенны.

Мощность сигнала, отраженного от цели, будет пропорциональной её поверхности: .

Плотность потока мощности у приемной антенны составит:

.

Мощность, поступающая на вход приемника, будет пропорциональной поверхности приемной антенны и её КПД :

.

Подставляя выражения для всех предшествующих параметров получим формулу для мощности сигнала на входе приемника в следующем виде:

.

Пользуясь полученным выражением и значением пороговой мощности приемника Р_пор, найдем формулу для максимальной дальности действия РЛС:

.

В импульсной РЛС, работающей на одну антенну

.

Следовательно:

.

В результате подстановки получим:

.

Порог мощности в оптимальном обнаружителе:

.

В оптимальном обнаружителе пороговое отношение сигнал - помеха составляет: ,

где Дж/К - постоянная Больцмана,

T - температура в К.

.

Характерные параметры РЛС следящего и обзорного типов следующие: РЛС обзорного типа - P_ПЕР1МВт , D_max=200-300 км;

РЛС следящего типа - P_ПЕР100-300 кВт, D_max=200 км .

Пример 11.1. Определить максимальную дальность действия РЛС с параметрами: P_ПЕР=1МВт , P_ПОР=1мкВт , G_А=3000 , =3см , S_ЭФ=10м², S_А=1м², =0.9.

11.6. Влияние отражений от земной поверхности

При малых углах места  возникает отражение сигнала от поверхности Земли, как показано на рис. 11.10а. В результате при низких углах антенны могут на экране появиться «ложные цели».

Кроме того, происходит интерференция радиоволн - амплитуда увеличивается при синфазных волнах и уменьшается при противофазных. Разность фаз зависит от угла места цели. Характеристика антенны имеет лепестковый характер, т.е. кроме главного (центрального) лепестка имеются боковые. Первый лепесток отжимается на угол ₁ , что затрудняет выявление низколетящих целей (рис. 11.10).

а б

Рис. 11.10. Схемы влияния земной поверхности на сигналы от цели

На дальность действия РЛС влияет сферичность Земли, которая не позволяет видеть низколетящие цели за горизонтом.

Если антенну РЛС приподнять высоко над землей, то можно будет видеть низко летящие цели. Вместе с тем, если цель находится на большой высоте, то её можно будет наблюдать на большом расстоянии. В связи с этим введено понятие радиогоризонта.

Дальность радиогоризонта определяется по формуле:

,

где h_А и H_Ц-в метрах, D_Р.ГОР в км.

11.7. Влияние затухания радиосигнала в атмосфере

При наличии рассеивания в атмосфере (дым, снег, облачность, дождь, снег) радиосигналы ослабевают с расстоянием по закону: .

При этом уменьшается максимальная дальность действия РЛС :

,

где  - коэффициент затухания, D_{св max} - максимальная дальность в нормальной атмосфере.

Радиоволны _З >10 см имеют хорошее прохождение через атмосферу даже при наличии природного рассеивания (дождь и снег).

Для современных РЛС характерны следующие максимальные дальности:

D_max км Тип РЛС

75-200 км Наведения, следящие.

350-500 км Обнаружения целей.

1000 км Обнаружения баллистических ракет.

11.8. Виды обзора в РЛС и их особенности

РЛС обзорного типа.

Обычные РЛС обзорного типа осуществляют поиск и обнаружение целей, а более сложные проводят и измерение координат (многих целей).

Используются разные методы обзора: круговой, сканирующий в секторе, полностью заполняющий зону направленного действия. Виды секторального обзора показаны на рис. 11.11.

В РЛС кругового и секторального обзора, при одномерном круговом обзоре (круговой обзор по азимуту), применяют антенну с плоской диаграммой направленности (веерный луч с удлинением по вертикали). Это позволяет «видеть» цели, летящие низко и высоко над горизонтом. Однако при этом резко уменьшается коэффициент направленности антенны и уменьшается дальность обнаружения.

Рис. 11.11. Виды секторального обзора (веерным лучом и зигзагообразно).

Существуют параболические антенны с «козырьком» и вращателем поляризации Фарадея, позволяющие изменять диаграмму направленности с «веерной» на «острую». Первая применяется при ближнем обзоре, а вторая – при дальнем.

Острая диаграмма направленности применяется при двухмерном обзоре сектора (растровый обзор).

Обзор по спирали от центра к периферии применяется в РЛС истребителей.

В РЛС координатного типа часто применяют двумерный обзор с использованием двух независимых антенн и приемо-передающих систем. Такие РЛС применяются в системах радиоуправления зенитными ракетами.

11.9. Фазированные антенные решетки (ФАР)

В настоящее время механически сканирующие антенны заменяют неподвижными ФАР с многими излучателями и электронно управляемыми задержками излучения каждого элемента по фазе. В результате синхронной работы всех излучателей образуется узко направленный луч с возможностью быстрого изменения направления излучения. ФАР может иметь любой тип сканирования и произвольное случайное зондирование пространства.

Следует отметить, что РЛС с ФАР, несмотря на то, что они технические боле сложны и дорогостоящи, имеют многие преимущества по сравнению с механически сканирующими антеннами. В них нет механически движущихся устройств, они обладают высоким быстродействием и долговечностью. По этому постепенно РЛДС с ФАР все более применяются в военной и авиационной технике.

Характеристики

Список файлов лекций