Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151795), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Рассмотренный принцип локации используется поэтому, например, в радиовзрывателях ракет или снарядов. При этом по мере сближения радиовзрывателя с целью (рис. 6.25) амплитуда сигнала низкой частоты на выходе детектора его приемника возрастает, а допплеровская частота уменьшается, попадая в полосу пропускания фильтра и приводя в действие радиовзрыватель. Лопплеровские радиолокаторы могут быть также применены в качестве наземных средств обнаружения и сопровождения движущихся объектов и т.д. Приемники, подобные опи- р санному, часто называют приемниками на нулевых биениях или с нулевой промежуточной частотой.
В тех случаях, когда важна простота и нежелательна многоканальность, их полоса пропускания выбирается в со- 4 „р ответствии со всем ожидаемым диапазоном частот. Из-за неоптимальности такой обработки и повышенного шума на низких частотах эти приемники недостаточно чувствительны и применяются лишь, если требуемая дальность действия мала. $6.8 Рис.
6.26. Блок-схема допплеровского радиолока- тора с усилением на промежуточной частоте Влияние низкочастотных шумов практически исключается, если применено гетеродинирование (рис. 6.26) и основное усиление осуществляется на промежуточной частоте. Дальнейшее повышение чувствительности достигается, например, тем, что полоса пропускания усилителя промежуточной частоты (рассчитанная на ожидаемый диапазон допплеровских частот) перекрывается одним перестраиваемым узкополосным фильтром, либо набором неперестраиваемых. При этом полоса отдельного узкополосного фильтра выбирается оптимальным образом, т.
е, согласуется со спектром принимаемого сигнала (с учетом конечного времени облучения цели и флюктуаций ее эффективной поверхности). В случае использования набора фильтров каждый парциальный канал УПЧ заканчивается своим детектором. На детекторы подаются колебания частот ~„— Р и )'„с их выходов снимаются колебания частот Е„, которые затем усиливаются перед подачей на индикатор. В принципе возможно и использование метода спектрального анализа, описанного в конце ~ 6.6. Угловые координаты цели могут измеряться с помощью известных методов (гл. 5). Применение узкополосных фильтров позволяет определять абсолютное значение радиальной скорости цели. Один из способов получения информации о знаке скорости заключается в сдвиге нулевой частоты на некоторую величину ~, с помощью гетеродина и смесителя.
При этом сигналы движущихся целей на выходе смесителя имеют частоту ~, — Р„, где знак допплеровской поправки определяется направлением движения цели. Для выделения сигналов 366 $6,8 движущихся целей в этом случае достаточно отфильтровать на выходе детектора сигналы в окрестности частоты ),. Допплеровский радиолокатор может сопровождать цели по скорости и угловой координате. Надежность автосопровождения может быть существенно повышена, если используется узкополосный прием с автоподстройкой частоты гетеродина.
На рис. 6.27 изображены схемы отслеживания частоты (скорости) с частотным (рис. 6,27, а) и фазовым (рис. 6.27, б) дискриминаторами (детекторами). В схеме с частотным дискриминатором входной сигнал частоты ~, преобразуется с помощью управляемого гетеродина и смесителя в сигнал промежуточной частоты ~„р — — ), — )„который подается на дискриминатор. Если принимается сигнал движущейся цели и промежуточная частота отличается от частоты настройки дискриминатора )„р, (за счет допплеровской поправки), то на выходе интегратора будет иметь место управляющее напряжение. Это на-- пряжение воздействует на гетеродин (отражатель клистрона) так, чтобы ~вр = ~вр„. В схеме с фазовым дискриминатором сравниваются фазы напряжения сигнала (после преобразования) и опорного напряжения. Амплитуда выходного напряжения фазового дискриминатора зависит от разности фаз.
Управляющее напряжение с выхода фильтра нижних частот воздействует на гетеродин, изменяя его частоту на величину, соответствующую допплеровской поправке частоты в принимаемом сигнале. Ошибка по частоте б)(1) = — бо(1) инте- 1 2п грируется здесь непосредственно за счет измерения фазы ~ бсо(з) с(з + сопМ (а не частоты) фазовым детектором. Осуществляя точное измерение частоты гетеродинов, можно получить данные о допплеровской поправке частоты или непосредственно о радиальной скорости движения цели.
а) Рнс, 6.27. Схемы отслеживания частоты (скорости) в допплеровском радиолокаторе с частотным (а) и фазовым (б) дискрими- наторами 357 Полоса следящей системы в обоих случаях должна быть узкой, но обеспечивать неискаженное воспроизведение изменений частоты из-за эффекта Допплера. При этом следует иметь в виду, что инерционность следящей системы связана с инерционностью как когерентного (додетекторного), так и Рис. 6.28. Однолучевая ~оппле некогерентного (последетекторровская навигационная система ного) интегрирования. Полоса додетекторного фильтра в режиме сопровождения одной цели определяется, главным образом, ф л ю ктуациями вторичного излучения.
Полоса последетекторного фильтра может быть сужена, но так, чтобы обеспечивалась должная реакция на ускорение цели, Естественно, что разрешающая способность по скорости при наличии флюктуаций цели определяется их полосой и соответствующей полосой додетекторного фильтра. Теоретический анализ оптимального приема сигнала при наличии быстрых флюктуаций за время его длительности применительно к режиму обнаружения приведен в ~ 6.18.
На использовании принципа действия допплеровского радиолокатора основан один из методов создания автономной самолетной навигационной системы. Как известно, местоположение самолета в каждый момент времени может быть определено по правилам счисления пути в соответствии с ревультатами измерений путевой скорости и угла сноса, В простейшем случае допплеровский радиолокатор, размещенный на борту самолета, имеет луч„направленный под углом у (обычно у = 65 —:70') к горизонтальной плоскости (рис. 6.28). Рис.
6,29. Использование в допплеровской навига- ционной системе четырех лучей 358 $6.8 Ла/1 Рис, 6.31, Зависимость фазы, колебаний допплеровской частоты от дальности до цели Рис. 6.30. Нормированная авто- корреляционная функция непрерывного гармонического сигнала Ф (1) = 2гг~а — ~+ (ро, . с (8) Однолучевой допплеровский радиолокатор позволяет измерить, лишь одну составляющую путевой скорости самолета. Для одновременного измерения двух тангенциальных к земной. поверхности и вертикальной составляющих вектора скорости необходимы по крайней мере три луча, не лежащих в одной плоскости. На практике часто применяют четыре луча, ориентированных, например, как показано на рис. 6.29, причем пары передних и задних лучей располагаются симметрично относительно продольной оси самолета.
Угол между лучами каждой из этих пар выбирают в. пределах 60 —:90". Обработка результатов измерений допплеровских поправок. частоты, соответствующих каждому лучу, обычно выполняется бортовым счетно-решающим устройством. Использование четырех. лучей позволяет увеличить точность измерений, в частности значительно уменьшает ошибки, вызванные углом тангажа. Допплеровские радиолокаторы наряду с преимуществами имеют характерные недостатки и ограничения.
Существенный и, пожалуй, основной недостаток допплеровского радиолокатора состоит в том, что он не позволяет определить дальность до цели. Действительно, для непрерывного гармонического сигнала и(1) = Ке 1е -'. при — оо ( 1 ( оо двумерная автокорреляционная функция ~Р(т Р) = — ~ ет""~' й =~ б(Р) ~ является функцией, не зависящей огп временного сдвига т и равнои нулю всюду, кроме плоскости Р = 0 (нормированная автокорреляционная функция р(т, Р) = фт, Р)!тр(0,0) для данного сигнала изображена на графике рис. 6.30). Это не противоречит тому, что фаза.
напряжения допплеровской частоты является линейной функцией расстояния (рис. 6.31): В самом деле, начальная фаза а Ю случайна: скачок начальной фазы при отражении всегда неизвестен. Кроме того, при изменении расстояния до цели всего на половину длины волны фаза напряжения Л а""" Уо' ~ допплеровской частоты Ф изменяется на 2л, Из других недостатков кратко Рис, 6.32.
Пояснение влияния укажем на следующие. обзора на качество селекции но 1. Если применяется общая скорости. СпектРы сигналов, приемо передающая антенна, возотраженных от движущейся цели 1а) и неподвижного объекта (д) никают тРУдности развЯзки тРак- тов. Поэтому, как правило, используются раздельные антенны для передачи и приема.
Для антенн наземных радиолокаторов с высоким коэффициентом усиления можно получить развязки порядка 80 дб и более; для управляемых снарядов описаны значения развязок 50 дб в десятисантиметровом и 20 дб — в тридцатисантиметровом диапазонах волн. 2. Скорость обзора допплеровским радиолокатором ограничена. Для селекции сигналов движущейся цели и неподвижного объекта их спектры не должны перекрываться (рис. 6.32), т. е. должно выполняться условие 1 — 4. ~л гвин~ 1обл где 1„6, — время облучения цели. Ограничение в скорости обзора приводит к ограничению темпа выдачи данных о цели.
3. По мере сближения цели больших размеров с радиолокатором ее угловой размер непрерывно растет. Поскольку направления на отдельные точки и относительные радиальные скорости различаются между собой, наблюдается целый спектр допплеровских частот. Образование биений между составляющими такого спектра приводит к флюктуауиям отраженного сигнала и получило также название вторичного эффекта Допплера. Если вторичные допплеровские частоты сравнимы с первичными, измерение скорости существенно затрудняется. Перечисленные недостатки сужают область применения допплеровских радиолокаторов.
Однако, когда полной информации о целях не требуется, эти радиолокаторы весьма полезны или в силу своей простоты, или в силу высокого качества селекции по скорости. Допплеровские системы могут применяться поэтому, например, при радиолокации объектов в условиях сильных помех от местных предметов. Непрерывное излучение немодулированных колебаний может использоваться и в системах с активным ответом, в частности для измерения радиальной скорости. Ответчик может переизлучать при- 86О ° Ф $ 6.8 нимаемые колебания с изменением частоты в некоторое дробно- рациональное число т!п раз. Если при приеме ответных колебаний в качестве опорного используется трансформированное в тlп раз запросное колебание, то частота биений будет — Р + Р„= 2 — Р,=2Р~, где Г и Р, — допплеровские поправки в линии запроса и ответа [(8), ~ 2.91.
В ответчике и запросчике может использоваться узкополосный прием с автоподстройкой частоты гетеродина по схемам рис. 6.27. $6.9. Измерение дальности при непрерывном иемодулированном излучении. Двухчастотный допплеровский радиолокатор Дальность до цели при использовании непрерывного немодулированного излучения принципиально может быть определена с помощью двух раздельных разнесенных допплеровских установок. Каждый радиолокатор определяет угловые координаты цели, а дальность до цели можно вычислить, решая треугольник, в котором, кроме двух углов известна база между радиолокаторами. Неудобство при этом заключается в том, что отсутствует прямой отсчет дальности и требуется расположение радиолокаторов в различных пунктах. Эти недостатки можно устранить, если в одном из пунктов вместо монохроматических излучать двухчастотные колебания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
