Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 66
Текст из файла (страница 66)
я~ Ю у 1 ~~ а 5 аИ с ,с о е ~ и р х и о К ~ й да х й д Д ~ы с а\ М ".~ с й ~ аж Ыс~с х ~ ~. й р й~~о Й3 а «3 сб с ж ! с р а ФР з а Ю 3 Ю и а ~ о 346 нов заключается в наличии сильного осевого магнитного поля, благодаря которому пучок электронов приобретает вид спирали вокруг линий магнитного поля.
Наличие нескольких резонаторов и циклотронный характер орбит электронов обеспечивают их эффективное группирование. При очень сильном магнитном поле (порядка 1,5 Тл) гироклистроны дают на выходе мощность до! М Вт в импульсе при полосе до 600 МГц и КПД до 30% Однако для получения таких сильных магнитных полей приходится охлаждать соленоид, возбуждающий магнитное поле, до 4,2 К в криостате для создания условий сверхпроводимости, обеспечивающей требуемую силу тока. Высоко <астотные колебания передатчиков через делители мощности 1: 2 и 1: 3! подводятся к ! 20 антенным модулям (31-й выход каждого из четырех делителей используется для контроля).
Модули состоят из антенны, антенного переключателя на газовом разряднике, фазовращателей в передающем и приемном трактах, предварительного усилителя принимаемых сигналов и диодной защиты на его входе. Для излучения колебаний в модулях используется антенна типа Кассегрена, в которой главный параболический рефлектор (усеченный) облучается высокочастотными колебаниями, отраженными гиперболическим отражателем, помещенным в фокусе главного рефлектора. Колебания от передатчика подводятся к антенне по волноводу, через открытый конец которого (рупор) н облучается гиперболический отражатель (рис.
8.17). Важным преимушеством антенны Кассегрена при использовании моноимпульсного метода является возможность размещения сложной полноводной системы за параболическим рефлектором. Укорочение фидерной линии существенно также для снижения уровня шума, т.е. повышения чувствительности приемного устройства. Антенна Кассегрена позволяет также управлять поляризацией излучаемых волн, что имеет большое значение для идентификации космических объектов. Управление амплитудой и фазой колебаний при их передаче и приеме с помощью цифрового процессора позволяет формировать ДН ФАР в соответствии с программой функционирования системы. Управление положением ДН возможно также механическим поворотом ФАР в горизонтальной плоскости в секторе х135' и в вертикальной плоскости в пределах от 2 до ! 78'.
Таким образом, возможен обзор почти всего пространства вокруг РЛС. Кроме того, возможно управлять положением и формой ДН поворотом отдельных антенных модулей. При электронном сканировании ДН изменением фазы и амплитуды колебаний при передаче и приеме перекрывается телесный угол в 1 . (цифровые сигналы, управляющие сканированием, подаются от цифрового процессора на ре- 347 От передатчика тичеекий тель Рис. 8.17. Принцип действия анте~вы Кассегрена гуляторы амплитуды и фазовращатели в соответствии с программой.
В режиме приема путем создания групп (кластеров) из четырех соседних модулей возможно формировать суммарную и две разностных диаграммы направленности, необходимые для сопровождения целей по направлению моноимпульсным методом. При 120 модулях ФАР можно образовать 30 таких кластеров, что позволяет осуществить сопровождение одновременно до 30 целей.
При этом суммарная диаграмма используется и для слежения за каждой целью по дальности с помощью цифрового процессора. В устройствах приема и обработки сигналов предусмотрены три режима работы в соответствии с видом модуляции излучаемых сигналов. Возможно использование импульсной модуляции с коэффициентом заполнения 0,02 и ЛЧМ внутри импульсов с девиацией 4,6 МГц или 100 МГц, В режиме настройки системы излучаются сигналы несущей частоты. Применение внутриимпульсной ЛЧМ позволяет получить при обработке сигналов фильтром сжатия короткие импульсы, обеспечивающие высокую точность и разрешающую способность при измерении дальности. Поиск, обнаружение, идентификация, ввод в режим сопровождения и точное сопровождение осуществляются по программам управляющего процессора. Программой задается уровень порогов обнаружения, режимы точного измерения дальности и угловых координат.
При автоматическом сопровождении системой слежения осуществляется калмановская фильтрация. Эффективное функционирование такой сложной многорежимной РЛС обеспечивается тщательной начальной настройкой всех узлов аппаратуры и непрерывной диагностикой в процессе эксплуатации. Для периодического тестирования и настройки РЛС предусмотрена специальная приемопередающая и измерительная аппаратура, размещенная на башне высотой 150 м, расположенной на расстоянии 3 км от РЛС. Тестирование позволяет выявлять и оперативно заменять неисправные модули, подстраивать параметры 348 исправных модулей для получения требуемых характеристик для эффективной работы РЛС. Надо заметить, что вся радиочастотная часть РЛС размещается под радиопрозрачным куполом, внутри которою поддерживается температура, давление и влажность, благоприятные для надежной работы аппаратуры.
Высокая точность и разрешающая способность при измерении угловых координат достижимы в миллиметровом диапазоне при относительно небольших размерах апертуры ФАР. Однако в ряде случаев необходима угловая разрешающая способность, которую невозможно обеспечить при приемлемых размерах реальной апертуры, особенно когда условия работы РЛС не позволяют использовать миллиметровые волны. 8.5. Радиолокационные системы с синтезированием апертуры Обеспечение высокой разрешающей способности особенно актуально для РЛ С обзора подстилающей поверхности с летател ьных или космических аппаратов, поскольку четкость получаемых радиолокационных изображений этой поверхности непосредственно связана с разрешающей способностью РЛС по дальности и угловым координатам.
Высокое разрешение по дальности достигается расширением спектра излучаемых сигналов. Так, при полосе К = 100 МГц, получаемой в рассмотренной ранее РЛС миллиметрового диапазона «Руза» путем внутриимпульсной ЛЧМ, разрешаемое расстояние по дальности с 3!О" ЬР ы = — — — --1,5 м. 2Л1'„2 100 !0' Обеспечить равное разрешение в направлении, перпендикулярном наклонной дальности, ЬР,, Ргх~ = РХ„ /И~ на значительном расстоянии Рот РЛС можно только при больших относительных размерах раскрыва г!А/Х„.
Даже в миллиметровом диапазоне при 7„= 8,4 мм и большой антенне с Нд — — 7,2 м относительный раскрыв с~,/7 „= 900 позволяет получить разрешение п0„„, равное и!3,„, на расстоянии, не превышающем 0 <лР, — "=1,5 900=! 350 м. 1! Ясно, что это совершенно недостаточно для РЛС, размещаемых на высотных самолетах разведки, и для спутниковых РЛС 349 обзора подстилающей поверхности с высотой орбит, равной нескольким сотням километров.
Таким образом, повышение четкости радиолокационных изображений возможно лишь при радикальном увеличении относительного раскрыва антенных систем. Физические размеры антенн самолетных РЛС ограничены длиной фюзеляжа и размахом крыльев самолета. Наиболее эффективным оказалось применение вдольфюзеляжных антенн, оси излучения которых направлены наклонно вниз и перпендикулярно оси самолета. При этом осуществляется так называемый боковой обзор (рис. 8.18), при котором по обе стороны линии пути последовательно облучаются две полосы с шириной, определяемой шириной ДНА в вертикальной плоскости бА и дальностью действия РЛС.
Однако даже при значительной длине вдольфюзеляжных антенн Та относительный раскрыв Е~ттХ„совершенно недостаточен для получения требуемого углового разрешения тзг)„,„, тем более что длина волны л,„из условий распространения обычно превышает 2 см, Радикально решить проблему повышения четкости изображений подстилающей поверхности позволило применение РЛС с синтезированным раскрывом антенны (РСА), или синтезированной апертурой (в американской литературе 8АК вЂ” ЯупЖег(с Арепцге Каг(аг). Повышение углового разрешения при боковом обзоре можно рассматривать как результат сжатия ДНА при оптимальной обработке сигналов, принимаемых в процессе движения РЛС (аналогично сжатию импульса с внутриимпульсной модуляцией по частоте), или как формирование диаграммы направленности синте- ня полета утн алой антенны Рис. 8.18.
Принцип действия РЛС бокового обзора 350 Ось ДН Р Лг) Антенна РЛС Рис. 8.19. Принцип действия самолетной РЛС бокового обзора с синтези- рованной апертурой; а — ДН антенны РЛС; о — изменение лопплероаского смещения частоты за время облучения; в — определение зффсктииного раскрыла Е, зированной антенной решеткой, образующейся при перемещении антенны РЛС относительно облучаемой поверхности. Рассмотрим принцип действия самолетной РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой.
Антенна РЛС вытянута вдоль оси самолета и формирует ДН, узкую в горизонтальной и широкую в вертикальной плоскостях, ориентированную перпендикулярно оси самолета (рис. 8.19, а). Как уже указывапось, обычно формируются две идентичных ДН по обе стороны оси самолета, что для рассмотрения принципа действия РЛС несущественно. При длине волны излучаемых антенной РЛС колебаний Х„и продольном размере антенны с( ширина ДН в горизонтальной плоскости ад —— л.„/с(д. Считая лля простоты излучение антенны ограниченным в горизонтальной плоскости углом сед, найдем время облучения точки поверхности на расстоянии 0 от РЛС (3.26) тег, = . 1)/р, = /лии/и, где и, — скорость самолета, предполагаемая постоянной; Е,и„— линейная ширина ДНА в горизонтальной плоскости на расстоянии Вот РЛС.
Радиальная составляющая скорости относительно точек облучаемой поверхности и„= пев)пег, где а — угол между осью ДН и направлением на рассматриваемую точку а. Таким образом, на осн ДН п, = О, а на краях достигает максимального значения и„,„= и,а(п(ал/2).
Так как в РЛС бокового обзора применяются узкие ДН, то приближенно можно считать и,„„= +о,ад/2, За счет радиальной составляющей скорости возникает допплеровский сдвиг частоты отраженных сигналов, изменяющийся по линейному закону от Р = 2и„„/Х„= п,ад/Х, до Ги„,„= — 2п„„/)с„= — п,ад/Х„. Таким образом, при пролете расстояния Е,„„= сгл0 принимается 351 частотно-модулированный импульс (рис. 8Л9, б) длительностью Тà — — /л„„/Г, С ДЕВИаЦИЕй ЧаСтОтЫ ЛР= 2Г = 2и,аА/)„. При оптимальной согласованной обработке такой импульс может быть сжат до длительности, обратной ширине спектра сигнала, приблизительно равной ог. Следовательно, длительность сжатого сигнала тсж ) / с~.~ )'и/(2~~А~»с) Поскольку аА = Х„/ИА, то тс = г/А/2и,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
