Глава 1 0. Радіолокаційні системи

10.1. Принципи радіолокації

Радіолокація — це галузь радіоелектроніки, за допомогою якої при використанні електромагнітного випромінювання виявляють, визначають місцеположення у просторі, напрямок i швидкістъ руху (якщо він є) різноманітних об'єктів.

Положення об'єкта в просторі радіолокаційна станція (РЛС) визначає в полярній системі координат (рис. 10.1) вимірюванням двох кутових величин (азимута α, кута місця β) й однієї лінійної (радіуса-вектора, або похилої віддалі R). Micцe розташування РЛС приймається за початок координат, азимут α відлічується від напрямку на північ, а кут місця β – від горизонтали. Кутові величини визначаються за положенням антени РЛС. Отже, точність їx визначення тим вища, чим гостріша голкоподібна діаграма спрямованості антени.

Р ис. 10.1. Визначення положення об’єкта в просторі методом радіолокації

В основі вимірювання похилої віддалі лежить вимірювання часу поширення електромагнітних хвиль від РЛС до об'єкта i назад. Радіальна складова швидкості об'єкта визначається за допомогою ефекту Доплера. Kpiм того, поточні значення радіальної та лінійної швидкостей, висоти i напрямку руху об'єкта за даними вимірювань α, β, R може обчислювати електронний обчислювальний пристрій, розташований на РЛС.

Для спостереження за об'єктом, що рухається, антену треба повертати. Розрізняють два основні режими роботи РЛС: режим огляду простору (пошуку об'єкта) та режим спостереження (автоматичного або ручного супроводження) за об'єктом. У режиміi пошуку промінь РЛС за визначеною оператором програмою оглядає npocтip навколо станції. Огляд може бути круговий чи секторний. Під час огляду опромінювач антени може виконувати періодичні коливання навколо свого основного положення в одній з площин (по азимуту чи висоті). Це називається скануванням антени. Воно забезпечує періодичний огляд простору в обмеженому ceктopi в кілька градусів oci антени. Здебілъшого замість голкоподібної диаграми спрямованості антени формують вузькі та плоскі (ножеподібні) діаграми. Це робиться для того, щоб подолати протиріччя у вимогах до діаграми спрямованості в режимі пошуку об'єкта i точного визначення його кутових координат.

Існують найрізноманітніші радіолокатори: від найпотужніших_; які застосовують у радіоастрономії та системах далекого попередження про запуск балістичних ракет, до мініатюрних, майже кишенькових радарів для визначення швидкості автомобілів на шосе й електронноі охоронноі сигналізаци. Радіолокатори різних типів забезпечують роботу морських та авіадиспетчерів. Ними оснащено всі сучасні морські, а також piчкові судна, літаки i вертольоти. Радіолокатори використовують у геодезії та метеорології. Для розв'язання складних задач окремі РЛС об'єднують у системи.

Можна навести piзнi способи класифікаци радіолокаційних пристроїв: за призначенням, місцем установлення, віддаллю дії, режимом роботи тощо. Проте фізичні основи радіолокації краще простежити, розглядаючи радіолокатори за способами утворення інформації про рухомі об'єкти. За цією ознакою радіолокатори бувають активні та пасивні, з неперервним випромінюванням й імпульсні.

В активних РЛС сигнал високої частоти генерується радіопередавачем, випромінюється антеною, а відбитий об'єктом слабкий сигнал приймається, підсилюється i передаєтъся на індикатор. У пасивних РЛС місцеположення об'єкта визначається за його електромагнітним випромінюванням. Відомо, що вci без винятку об'єкти випромінюють електромагнітну енергію, яку можна прийняти досить чутливими системами. Такий cnociб paдіолокації використовується, наприклад, при побудові приладів нічного бачення.

Радіолокаційні станції з неперервним випромінюванням сигналу можуть бути монохромні та з модульованим сигналом. Це найпростіші з ycix РЛС, але ix віддаль дії обмежена. Найпоширенішими РЛС є імпулъсні, але вони мають «мертву зону», яка залежить від тривалості імпульсу, та деякі інші недоліки. Для поліпшення технічних характеристик таких станцій застосовують різноманітні системи складних імпульсних сигналів (наприклад, із кодом Баркера, когерентним накопиченням).

Для побудови РЛС залежно від їх призначення використовують діапазони радіохвиль від метрових до оптичних. Радіолокатори оптичного диапазону, побудовані на лазерах, дістали назву лідарів. Вони здатні вимірювати кутові координати з точністю до кутової секунди, а віддаль — до одиниць сантиметрів.