Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015) (1151781), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Книга являетсябазой для освоения дисциплин специализаций, курсового и дипломногопроектирования.Основной концепцией при изложении теории и техники радиолокационных систем стала необходимость понимания логики процессапроектирования и функционирования современных радиосистем: от фи7зических принципов работы комплекса, системы или устройства к алгоритмам их функционирования, а затем к разработке программногообеспечения для вычислительного комплекса РЛС. Такая последовательность изложения материала курса диктуется быстрым развитиемновой и быстрой заменой старой технической базы (мощные электронные и твердотельные УВЧ и ГВЧ, высокопроизводительные электронные узлы и сверхскоростные ЭВМ, активные и пассивные ФАР и т.п.).Именно под флагом «физика - алгоритм - программа» и создаваласьрукопись третьего издания учебника. Кроме того, с учетом собственного многолетнего педагогического опыта работы в ВУЗе автор считаетнеобходимым развивать у студентов умения самостоятельно осваиватькурс с использованием книг, электронных книг, Интернета и любыхдругих средств.
При этом роль лекционных занятий приобретает исключительное значение для развития кругозора, знакомства с проблемами современной науки и техники радиолокационных систем и понимания перспектив их развития.Автор надеется, что новое издание учебника будет полезно студентам, аспирантам и преподавателям для изучения теории и техникирадиолокационных систем и комплексов.Книга может служить учебным пособием при изучении курса «Радиолокационные системы», а также курсов «Радиотехнические системы», «Статистическая теория радиотехнических систем», «Теория итехника радиолокации и радионавигации».При подготовке третьего издания учебника учтен опыт использования учебного комплекса, состоящего из учебника, задачника и лабораторного практикума и созданного под руководством автора на факультете«Радиоэлектроника летательных аппаратов» Национального исследовательского университета «Московского авиационного института».Благодарю преподавателей, аспирантов, студентов и читателей заполезные замечания и деловую критику материала книги.Выражаю признательность доценту А.В.
Бруханскому за предоставленный материал и полезные обсуждения, к.т.н. И.В. Каменскому,выполнившему ряд рисунков для главы 4, и заведующему лабораториейА.В. Антоньянцу, организационно обеспечившему работу над книгой.8Глава 1Общие сведенияо радиолокационныхсистемах1.1. Основные понятия и определенияОбнаружение и распознавание объектов, определение их местоположения и изменения параметров движения в пространстве с помощьюрадиоволн называется радиолокацией.
Объекты радиолокации называются радиолокационными целями (целями). В радиолокации обычно используются отраженные от цели сигналы или сигналы, излучаемые самой целью и радиоустройствами, установленными на ней.Радиотехнические системы и усгройства, решающие задачи радиолокации, называются радиолокационными системами и устройствами,радиолокационными станциями и реже радиолокаторами или радарами.Радиолокационные системы относятся к классу радиотехническихсистем извлечения информации об объектах из принимаемого радиосигнала. Таким образом, РЛС осуществляют поиск и обнаружение радиосигнала с последующим измерением его параметров, содержащих полезнуюинформацию. В РЛС задачи обнаружения и определения местоположениямогут решаться без помощи аппаратуры объекта. Определение местоположения объектов радиолокации в РЛС требует измерения координатобъекта (цели).
В некоторых ситуациях необходимо знание составляющих вектора скорости объекта (цели). Геометрические или механические величины, которые характеризуют положение и перемещение объекта или цели, называют локационными элементами (IV). Радиолокационные системы обычно используются в качестве датчиков информациив более сложных структурах - комплексах.Комплексы - это совокупность функционально связанных датчиков, систем и устройств, предназначенная для решения конкретной тактической задачи, например при управлении воздушным движением, приобеспечении полета и посадки самолетов. В комплекс могут входить:- информационные датчики как радиоэлектронные, так и нерадиотехнические (например, оптические или тепловые);9- вычислительная система (процессор) на базе одной или нескольких электронных вычислительных машин или на базе специализированных вычислителей, закрепленных за отдельными датчиками, в которойобрабатывается и преобразуется информация ИД в сигналы для внешних систем, например системы управления объектом;- система связи и обмена информацией, состоящая из кабельных,оптоволоконных и других устройств связи между частями комплекса;- система отображения информации (индикации) и управлениякомплексом, связывающая человека-оператора и комплекс;- система хранения, преобразования, отображения информации(индикации) и управления комплексом, связывающая человекаоператора и комплекс;- система контроля, предназначенная для исключения возможности работы неисправного комплекса.Использование РЛС в качестве одной из частей комплекса требуетсистемного подхода к выбору ее характеристик, что дает возможность вряде случаев их снизить, например по точности и надежности, следовательно, уменьшить сложность и стоимость РЛС.1.2.
Физические основы радиолокацииФизической основой радиолокации является рассеяние радиоволнобъектами, отличающимися своими электрическими характеристиками(электрической проницаемостью е, магнитной проницаемостью /и иэлектропроводностью о) от соответствующих характеристик окружающей среды при облучении объектов.Интенсивность рассеяния или отражения радиоволн (интенсивностьвторичного поля) зависит от степени отличия электрических характеристик объекта и среды, от формы объекта, от соотношения его размеров / идлины волны Я и от поляризации радиоволн.
Результирующее вторичноеэлектромагнитное поле состоит из поля отражения, распространяющегосяв сторону облучающего первичного поля, и теневого поля, распространяющегося за объект (в ту же сторону, что и первичное поле).С помощью приемной антенны и приемного устройства можнопринять часть рассеянного сигнала, преобразовать и усилить его дляпоследующего обнаружения. Таким образом, простейшая РЛС можетсостоять из передатчика, формирующего и генерирующего радиосигналы, передающей антенны, излучающей эти радиосигналы, приемной антенны, принимающей отраженные сигналы, радиоприемника,усиливающего и преобразующего сигналы, и, наконец, выходногоустройства, обнаруживающего отраженные сигналы (рис. 1.1).Как правило, амплитуда (или мощность) принимаемого сигналамала, а сам сигнал имеет случайный характер.
Малая мощность сигналаобъясняется большим расстоянием до объекта (цели) и поглощением10Рис. 1.1. Принцип действия простейшей РЛСэнергии сигнала при его распространении. Кроме того, на интенсивность отраженного сигнала существенно влияют рассеивающие свойства целей, в том числе их размеры и форма. Случайный характер сигналаявляется следствием флуктуации отраженного сигнала за счет случайного перемещения элементов цели сложной формы при отражении радиоволн; многолучевого распространения радиоволн; хаотических изменений амплитуды сигнала при распространении и ряда других факторов. В результате принимаемый сигнал по виду, интенсивности и характеру изменения похож в приемном тракте на шумы и помехи.
Поэтомупервой и основной задачей РЛС является обнаружение полезного радиосигнала, т.е. вынесение решения о присутствии полезного сигнала впоступающей на вход приемного тракта смеси полезного сигнала с помехами, называемой входной реализацией.Эта статистическая задача решается входящим в РЛУ специальным устройством - обнаружителем, в котором стараются использоватьалгоритм оптимального (наилучшего) обнаружения. Качество процессаобнаружения характеризуют вероятностью правильного обнаруженияД когда присутствующий во входной реализации сигнал обнаруживается, и вероятностью ложной тревоги F , когда за полезный сигнал принимается помеха, а сам сигнал отсутствует. Обнаружитель тем лучше,чем больше D и меньше F.Большинство параметров принимаемого сигнала априори неизвестны, поэтому при обнаружении приходится осуществлять поискнужного параметра радиосигнала, отличающего его от сопутствующихшумов и помех.
Принцип работы простейшего радиолокатора прощевсего разобрать при использовании импульсного режима излучения.Схема импульсной РЛС показана на рис. 1.2, а на рис. 1.3 приведен видсигналов в характерных точках схемы 1.2.Синхронизатор РЛ генерирует пусковые импульсы, следующие спериодом повторения Тп (частотой повторения Д ). Эти импульсы запускают импульсный модулятор М, который задает форму зондирую11Рис.
1.2. Схема импульсной РЛСРис. 1.3. Вид сигналов в характерных точках РЛС на рис. 1.2щего импульса (в нашем примере прямоугольная с длительностью ги).Импульсы с модулятора, попадая на генератор радиочастоты, модулируют по амплитуде колебания ГРЧ на несущей частоте (длине волныЛо) и, таким образом, с передатчика на антенну через переключатель прием-передача приходят радиоимпульсы. После окончания импульса передатчика ППП подключает антенну к входу приемника. Более подробно принцип действия ППП изложен в Приложении 1.На экране индикатора просочившиеся через ППП импульсы передатчика располагаются в начале развертки.
Сигналы, отраженные целью(объектом локации), запаздывают по отношению к зондирующим навремя, нужное радиоволнам для прохождения расстояния до цели и обратно (2R). Поэтому отраженные импульсы на индикаторе смещенывправо на интервал времени tR= 2R/c.Переключатель прием-передача при отсутствии мощного зондирующего сигнала подключает антенну к входу Прм. В приемнике сигналы усиливаются, преобразуются и детектируются. С выхода прием12ника на индикатор поступают видеоимпульсы. Так как генератор развертки синхронизируется импульсами синхронизатора на экране индикатора, начало линии развертки совпадает с нулем дальности до цели(R = 0), а ее конец - с максимальной дальностью (R = Лтах).Построение РЛС на базе современных технологий обработки информации заключается в использовании в качестве антенн фазированной антенной решетки, в качестве генератора пусковых импульсовсинтезатора частоты - синхронизатора, в качестве выходного устройства - цифрового процессора.
Передатчик, в зависимости от того, какая антенна используется в РЛС, может быть реализован в модульномварианте и встроен в активную ФАР в виде модулятора и однокаскадного или в виде многокаскадного генератора радиочастоты для пассивной ФАР или зеркальной антенны. Таким образом, перспективнаяРЛС (рис. 1.4) состоит из ФАР, синтезатора-синхронизатора, аналогового процессора (приемника), цифрового процессора и устройстваотображения информации.Антенна по сигналам от ЭЦВМ осуществляет формирование лучейи их перемещение для обзора пространства. Радиопередатчик формирует зондирующие сигналы, которые излучаются антенной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
