1.3. Аналіз основних принципів виявлення та використання радіолокаційної інформації
Основні принципи отримання радіолокаційної інформації можуть бути сформульовані у вигляді наступних положень [4, 11, 18]:
інформація виходить за рахунок обурення середовища метою, зокрема за рахунок ефекту випромінювання метою радіохвиль;
для отримання необхідної інформації враховуються і використовуються реальні закономірності поширення радіохвиль у просторі;
виділення слабких сигналів, що приходять від мети, і дозвіл цілей забезпечується за рахунок відмінностей сигналів і перешкод, а також сигналів від різних цілей між собою;
інформація про цілі виходить паралельно або послідовно в часі і видається у вигляді інформаційних потоків.
Розглянемо перераховані положення більш докладно.
До видів випромінювання належать: вторинне випромінювання, переизлучение і власне випромінювання радіохвиль. У першому і другому випадках радіолокатор випромінює в напрямку на ціль потужний зондуючий сигнал, в останньому випадку опромінення мети не потрібно.
Радіолокація з використанням вторинного випромінювання і перевипромінювання (ретрансляції) називається активною, а радіолокація з використанням власного випромінювання - пасивною.
Активну радіолокацію з перевипромінюванням називають радіолокаціею з активним відповіддю (рис. 1.4, б). При використанні випромінювання можна за аналогією говорити про радіолокації з пасивною відповіддю (рис. 1.4, а).
Рис. 1.4. Типи радіолокації з а) пасивним і б) активним відповідями
Явище вторинного випромінювання дозволяє виявити цілі, які не є джерелами власних радіовипромінювань або перевипромінювань. Сигнал, що приймається при цьому називають відбитим [19, 20].
Активний відповідь знаходить широке застосування при радіолокації і пізнанні своїх об'єктів: літаків, ракет, протиракет і штучних супутників Землі. На об'єкті в даному випадку встановлюється приймально-передавач (відповідач), що забезпечує доста-точно велику інтенсивність переизлучение сигналу.
Системи активної радіолокації можуть бути сумісними і рознесеними. У суміщеному радіолокатора передавальне і прийомне обладнання розташовуються спільно (рис. 1.4), можливо почергове використання однієї і тієї ж антени для передачі і прийому.
У рознесеної системі передавальне і приймальне обладнання розташовують на відстані один від одного. Для наземної рознесеної системи характерно сталість відстані між приймальним і передавальним пунктами. При розташуванні передавального пункту на Землі, а приймального на самонавідною ракеті відстань є величиною змінною.
У разі пасивної радіолокації ціль не опромінюється електромагнітними коливаннями. Електромагнітні коливання створюються елементами цілі: її нагрітими частинами (теплове випромінювання в діапазоні інфрачервоних або міліметрових хвиль), радіотехнічними пристроями зв'язку, навігації, локації, радіопротидії (звичайно радіовипромінювання), а також хитаються частками іонізованих ділянок атмосфери в околиці цілі (радіовипромінювання при запуску ракети або ядерному вибуху, що розповсюджується в понад довгохвильовому діапазоні на дуже великі відстані навколо Землі). Прийом може здійснюватися одним або кількома рознесеними прийомними пристроями.
Більшість реальних радіолокаційних цілей, в тому числі аеродинамічних (літаки і т. п.), балістичних (бойові головки ракет тощо) і орбітально-космічних (штучні супутники Землі), мають розміри, що значно перевищують довжину хвилі опромінювальних їх коливань. Конфігурація їх поверхні, як правило, дуже складна. Опуклі і гладкі елементи поверхності реальних цілей є «блискучі точки». Поряд з «блискучими» точками на поверхні цілі можуть бути резонансні елементи і шорсткі ділянки з дифузним розсіюванням. Роль дифузного розсіювання зростає з укороченням довжини хвилі, особливо при переході до лазерної локації. На основі цього можна констатувати, що діаграми зворотного вторинного випромінювання реальних цілей мають багатопелюсткові характер. Ширина пелюсток залежить від ставлення лінійних розмірів мети до довжини хвилі, а її оцінка (наприклад, для рівня половинній потужності) може бути проведена за формулою
,
(1.1)
де lэ деякий еквівалентний розмір цілі. Чим коротше довжина хвилі, тим уже пелюстки діаграми зворотного вторинного випромінювання.
Складний характер геометричної форми реальних цілей утрудняє теоретичну оцінку їх ефективної поверхні. По цього часто користуються отриманими з експерименту діаграмами зворотного вторинного випромінювання і значеннями ефективної поверхні, що потрібні, наприклад, при розрахунку дальності дії радіолокатора, як показано на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Експериментальні діаграми зворотного вторинного випромінювання
Вимірювання проводяться як за реальним цілям, так і на моделях. В останньому випадку вторинне випромінювання моделі зіставляється з вторинним випромінюванням еталона кулі з розмірами, що значно перевищують довжину хвилі λ. Величина λ зменшується пропорційно масштабам моделювання [9, 12, 26].
Перш ніж розшифрувати (декодувати) параметри радіолокаційних сигналів, потрібно сигнали виявити, але цьому перешкоджають перешкоди. Тому функціональна схема імпульсних сигналів повинна враховувати певний рівень перешкод. Ця функціональна схема показана на рис. 1.6.
Антенный
переключатель
УРЧ
АПЧ
Передатчик
Синхронизатор
ДДОС
ВД
ПДОС
Смеситель
УПЧ
ДДОС
ВД
ПДОС
Гетеродин
АРУ
ДДОС
ВД
ПДОС
ПДОС
ДДОС
ВД
Рис. 1.6. Функціональна схема виявителя радіолокаційних сигналів
Синхронізатор виробляє остроконечні імпульси з періодом проходження Тс. Ці імпульси використаються для запуску передавача і в якості опорних сигналів дальності, тобто для запуску електронного годинника, що вимірюють час запізнювання відбитого або відповідного сигналу. Зондувальні радіоімпульси передавача мають несучу частоту fн, тривалість tн і ту ж частоту проходження λс = 1/Тс, що і синхронізуючі імпульси. У імпульсної РЛС випромінювання і прийом радіохвиль відбуваються в різний час. Це дозволяє за допомогою порівняно простого автоматичного антенного перемикача використовувати одну антену для передачі і прийому. Антенний перемикач утворений іскровими розрядниками, які поміщені в резонатори, налаштовані на несучу частоту. При по-явище потужних зондувальних імпульсів розрядники пробиваються; в зв'язку з цим закривається вхід приймача і імпульси передавача безперешкодно надходять в антену. В інший час антена приймає відображені або відповідні сигнали, потужності яких недостатньо, щоб пробити розрядники. Тому вони спрямовуються перемикачем до приймача, а в передавач не проходять.
У реальних умовах антенний перемикач не забезпечує абсолютного замикання приймального каналу і на вхід його проникає мала частка енергії зондуючого імпульсу. Час запізнювання відображених сигналів відповідає дальності цілей.
Приймач виконаний за супергетеродинні схемою. За підсилювачем радіочастоти (УРЧ) слід змішувач з окремим гетеродином, на виході змішувача виходять перетворені з сигналів імпульси проміжної частоти. Схема автоматичної підбудови частоти (АПЧ) впливає на гетеродин, щоб різниця між частотою гетеродина і частотою радіосигналу підтримувати рівної номінальної проміжній частоті. Лінійна частина приймача закінчується підсилювачем проміжної частоти (ППЧ) зі схемою автоматичного регулювання посилення (АРУ).
Нагадаємо, що детектор змішувача - лінійний каскад з змінними параметрами, в ньому дотримується пряма пропорційність між амплітудами вихідної напруги проміжної частоти і вхідної напруги несучої частоти. Тому детектор віднесений до лінійної частини приймача. Відеодетектор (ВД) виділяє огибающую імпульсів проміжної частоти - відеоімпульси, за якими вимірювач дальності визначає час запізнювання.