Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151795), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Более перспективны системы с использованием практически безынерционного электронного сканирования луча антенн, фазового или частотного, а также с. помощью электронной коммутации цепей питания антенной системы и др. При этом отпадает потребность в громоздких антенных приводах, Электронное сканирование целесообразно и в том случае, когда программа обзора является жесткой, но размеры антенны велики и не позволяют осуществить механическое сканирование.
В системах с фазовым сканированием пространственное смещение луча достигается за счет изменения сдвига фаз между соседними элементами антенной решетки с помощью управляемых фазовраща-. телей. На рис. 5.16 в качестве примера иллюстрируется принцип фазового управления лучом в одной плоскости для фазируемой антенной решетки с параллельным питанием облучателей. Управляемые фазовращатели волноводных секций решетки устанавливают.- заданные значения фазового сдвига ср, между соседними облучателями. Мак- Фазо4юи~але ~и симум излучения и приема имеет место в таком направлении О, для которого Одлу чпюели дп~ передатчин К приемнику рлпрдр Рис.
5.!7. Антенна с электрическим сканированием, осушествляемым путем изменения частоты излуча- емых колебаний .тенного луча и падением коэффициента усиления антенны. Поэтому электронное сканирование производится в относительно узком секторе (до бО'). В качестве управляемых фазовращателей используются ферритовые СВЧ элементы, либо СВЧ элементы, содержащие полупроводниковые диоды с управляемой переменной емкостью. Зля повышения допустимого обратного напряжения в таких диодах между р-и переходом ставят промежуточный нейтральный (~) слой, в связи с чем такие диоды называют рм (пин)-диодами.
Управление фазовращателями может осуществляться плавно или дискретно. Передатчик можно заменить набором с сфазированных маломощных генераторов, подключенных к элементам решетки. Разновидность фазового сканирования луча для обзора по жесткой программе можно осуществить также, если соседние излучающие элементы антенной решетки возбуждать когерентно с помощью колебаний с небольшим относительным частотным сдвигом. Так, например, если первый излучатель возбуждается на частоте ~„второй— на частоте 1", + о1", третий — на частоте 1"., + 26~ и т. д., то за счет изменения сдвигов фаз колебаний во времени может быть образован сканирующий луч, перемещающийся по определенному закону.
Наряду с системами с фазовым управлением лучом, имеющими много облучателей, возможны системы с одним или несколькими облучателями, в которых регулируются параметры отдельных элементов отражателя или линзы. При частотном управлении лучом необходимый фазовый сдвиг «р, =~р,(ь) между облучателями достигается путем перестройки частоты колебаний, последовательно запитывающих облучатели через замедляющую систему, например волноводную (рис.
5.17). Отклонение луча определяется выражением з1 О= — — —. с <Ро(~'~) 1 оэ 'Зависимость ~р,(а) аппроксимируется полиномом вида ~р, (в) = й, а+ й, сов+ .232 э 5.3 Для получения линейной зависимости 8 от частоты а достаточно иметь нелинейную (дисперсионную) зависимость «р,(«о) = Й,а + + й,а'.
Такую зависимость можно получить, используя изогнутые в виде змейки отрезки волновода. Набег фазы в отрезке волновода 2л — как и длина волны в волноводе Х„зависит от частоты в и тем больше, чем длиннее отрезок. Дисперсия увеличивается при использовании волноводных гребенчатых структур. В приемных антеннах колебания отдельных облучателей могут усиливаться раздельно и объединяться на промежуточной частоте через элементы задержки.
В этом случае элементы задержки могут быть недиспергирующими, т. е. зависимость гр,(в) может быть линейной. Действительно, если «р„(а) = Й, + Ф, («в — в,.), где в«,— частота гетеродина, имеет место частотная зависимость з1п 8 = — ~' ( ), с «о При этом качание луча можно производить путем изменения не только частоты сигнала, но и гетеродина. Примером системы с электронной коммутацией цепей питания. антенны является антенна, построенная на базе линзы Люнеберга в виде шара из диэлектрической среды, показатель преломления которой изменяется по определенному закону. Сканирование луча здесь достигается коммутацией излучателей, расположенных по экватору сферы.
В станциях с подвижными антеннами сканирование по одной из угловых координат может быть механическим, а по второй— электронным (частотным или фазовым). В станциях с неподвижными антеннами электронное сканирование осуществляется по двум координатам. Оно может быть, например, фазо-фазовым (т. е. фазовым по обеим координатам), частотно-фазовым (частотным по одной и фазовым по другой координате).
Достоинством фазового сканирования является его широкополосность, недостатком — сравнительная сложность, особенно при значительном числе облучателей антенной решетки (порядка нескольких тысяч). Наиболее широкополосными были бы решетки (см. рис. 5.16) с управляемыми задержками ~о =«во4о = воl«ро = ..., а не только сдвигами фаз «р„когда з1п 8=(сП) ~, практически не зависит от частоты. К этому классу можно отнести также линзы Люнеберга. Большей простотой конструкции отличаются антенны с частотным сканированием луча, однако они более узкополосны.
Последнее ограничивает возможности использования широкополосных сигналов. Кроме того, частотное сканирование в широких пределах не применяется, если необходимо обеспечить высокую точность сопровождения объекта. Это объясняется тем, что при изменении положения луча одновременно изменяется частота излучаемых колебаний, что приводит к изменению отражающих свойств цели. Помимо перечисленных выше достоинств систем с электронным сканированием следует отметить: ф 5.3 233 4~О, 5Р 0,5Р ~обл ~оба о ЛИ ~обл ~оба ро о 5.
Время накопления ~„,в = а~об„где а — коэффициент пропорциональности. Если накапливаются все импульсы прямоугольной пачки, то а = 1, при накоплении части импульсов а ~ 1. При быстром обзоре пространства появляются возможности для осуществления междуобзорного накопления и а ) 1. 6. Число накапливаемых импульсов М=— ~лак Т (2) где Т вЂ” период следования импульсов. В зависимости от того, производится одномерный или двумерный обзор, выражения для числа накапливаемых импульсов с учетом соотношения (2) будут 234 Щ 5,3 — возможность формирования многих лучей, что позволяет од- новременно осуществлять несколько функций — поиск, распознава- ние и сопровождение ряда целей; — большое произведение мощности на площадь раскрыва антенны; — удобство совместной работы с ЭВМ, которая может управ- лять электронным сканированием лучей по заранее выработанной программе. К недостаткам этих систем можно отнести их конструктивную сложность и высокую стоимость.
Обычно вводят ряд технических характеристик или парамет- ров обзора, которые рассмотрим для последовательного обзора, когда характеристики направленности передающей и приемной ан- тенн перемешаются одновременно. 1циклов1 1. Число ииклов обзора в единицу времени и ~ ~ или т = мин Г чик лов1. = п(60 ~ц ' ~' В зависимости от значения т различают быстрый свк, и медленный обзор. Медленный обзор соответствует значению т (( 1, быстрый — т 1. 2. Время обзора пространства 1,б, = 1/т [сек). Это время, в течение которого осуществляется один цикл обзора. 3. Количество раздельно разрешаемых секторов, просматривае- мых за время обзора.
В зависимости от того, используется одномер- ный или двумерный обзор, ориентировочное количество разрешае- мых секторов будет ' или „' . где ро, й — полный 0,5Р О, 5Р сектор обзора, Лро,5Р, Лйо,5Р— ширина луча по уровню поло- винной мощности. В случае кругового обзора ро= 360'.
4. ВрЕМя ОбЛуЧЕНия 1„бл. В ЗаВИСИМОСтИ От ТОГО, ПрОИЗВОднтСя одномерный или двумерный обзор, время облучения составит ~обз Мо, И' ~обз ~~0, 5Р М=а — ' ' или М=а— (З) — 7 т а, 7. Эквивалентный коэффициент усиления антенны при обзоре 6звв При обзоре излучаемая энергия не концентрируется в секторе Лйо бр, а разбрасывается по всему сектору обзора йз. Поэтому наряду с коэффициентом усиления антенны 6=4л/Лйб зр вводится эквивалентный коэффициент 6зв,=4лЛо. Тогда ~обз бзкв М=а — —. т о (4) Хотя приведенные соотношения могут быть использованы в очень многих случаях, их применимость тем не менее ограничена. В современных радиолокаторах возможно, например, электронное сканирование на передачу за время длительности одной импульсной посылки.
В этом случае нельзя одновременно сканировать на передачу и на прием. Одной из возможных технических реализаций приемной антенны является тогда система с большим числом парциальных каналов. Б. ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ СОВМЕШЕННОГО РАДИОЛОКАТОРА ф 5.4. Дальность действия совмещенного радиолокатора в свободном пространстве (общие соотношения) К числу основных качественных показателей работы РЛС относятся условная вероятность правильного обнаружения и точность измерения координат. Как следует из кривых обнаружения, при фиксированной условной вероятности ложной тревоги условная вероятность правильного обнаружения является монотонной функцией отношения Э/Мз суммарной энергии полезного сигнала к спектральной плотности шума на входе приемника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
