2.3.3.1Б Измерение координат радиолокационных целей

Измерение дальности

Дальность R в наземных РЛС ГА определяется по времени запаздывания отраженного (ответного) сигнала относительно зондирующего (ответного) следующим образом:

,

где С – скорость распространения света.

При неавтоматическом измерении дальности используется индикатор кругового обзора, а значение координаты отсчитывается относительно масштабных отметок дальности.

Более предпочтительным является метод автоматического измерения дальности, реализуемый в аппаратуре первичной обработки РЛИ.

Дальность в АПОИ определяется по порядковому номеру дискрета дальности n_R, в котором обнаруживается цель:

R = ΔR n_R.

Номер дискрета находится путем счета тактовых импульсов, которыми дискретизируется дальность за время периода повторения Тп зондирующих импульсов (рис.2.28).

Устройство измерения дальности должно быть многоканальным, т.к. за один период зондирования необходимо обеспечить измерения дальностей до нескольких объектов, имеющих одинаковую азимутальную координату.

Поэтому такой измеритель строится для каждого кольца дальности и работает следующим образом.

Импульс запуска ИЗ радиолокационной станции с периодом повторения Т_п устанавливает счётчик импульсов СчИ в нулевое состояние. Генератор тактовых импульсов непрерывно вырабатывает последовательность импульсов ТИ с периодом t_ΔR. Эта последовательность поступает на счетчик импульсов СчИ. Результаты счета в виде двоичного кода поступают на выходы разрядов СчИ. Так как импульсы ГТИ имеют период t_ΔR, соответствующий дискрете дальности ΔR, то на выходах разрядов СчИ будет код текущей дальности, который необходимо снять в момент обнаружения цели. Для этого каждый разряд счетчика подключен к одному из входов своей схемы совпадений — схеме «И». Вторые входы этих схем подключены к генератору импульсов считывания ГИС, который вырабатывает их при поступлении на него импульса обнаружения цели от схемы «движущееся окно». Импульс считывания Исч открывает все ячейки схемы «И» и на выходах схемы будет параллельный двоичный код дальности обнаружения цели.

Каждый цикл работы схемы заканчивается обнулением счетчика импульсом запуска (ИЗ), вырабатываемым системой синхронизации РЛС.

Число разрядов s, т. е. и ячеек СчИ, зависит от общего числа дискретов дальности n_R и определяется выражением

2 s ≥ nR.

Рис.2.28. Принцип измерения дальности

Измерение азимута ВС

При измерении азимута ВС в РЛС ГА используется амплитудный метод максимума и его разновидности.

Пеленгация методом максимума (рис. 2.29) осуществляется путем совмещения направления максимума диаграммы направленности антенны β с направлением на пеленгуемый объект β₀ в результате плавного вращения антенны со скоростью Ω. Пеленг (азимут) отсчитывается в тот момент, когда напряжение на выходе приемника становится максимальным U_max.

Р ис.2.29. Принцип пеленгации методом максимума

Практическая реализация метода максимума может быть осуществлена следующим образом.

При неавтоматическом определении азимута, координата отсчитывается по середине обнаруженной отметки (отсчет в азимутальной плоскости) относительно масштабных отметок азимута (рис.2.30).

Р ис.2.30. Принцип визуального определения пеленгации методом максимума

Основными достоинствами метода максимума являются:

простота определения угловых координат, а также то, что в момент точного пеленга имеет место наибольшее отношение сигнал-шум, так как отсчет производится по максимуму сигнала.

Одним из основных недостатков метода является низкая точность, обусловленная малой остротой вершины сигнала.

Для уменьшения ошибок измерения азимута необходимо применять меры, позволяющие сделать луч более узким (например, увеличивать линейный размер антенны).

При автоматическом измерении азимута зона, в пределах которой обеспечивается прием и обнаружение сигналов, разбивается на элементы по дальности и азимуту. Величина дискрет по дальности и азимуту выбирается из допустимых ошибок измерения координат.

Число дискрет по азимуту в ряде РЛС (1Л-118, АОРЛ-85, Корень-АС и др.) выбрана 4096, что обеспечивает ошибку при измерении азимута 5,27 угловых минут, в ВРЛ Крона число дискрет – 16384, ошибка – 1,32 минуты. Это удовлетворяет современным требованиям по точности определения угловых координат.

Автоматически, при симметричной диаграмме направленности антенны в горизонтальной плоскости, азимут объекта может быть определен следующим образом:

, [2.25]

где βн – азимут начала пачки;

βк – азимут конца пачки

Δβ – систематическая ошибка, обусловленная смещением βн и βк при проверке критериев обнаружения начала и конца пачки.

Структура измерителя азимута изображена на рис. 2.31.

Р ис.2.31. Схема измерителя азимута

Работа схемы заключается в следующем. С приходом импульса «Север» разряды счетчика устанавливаются в нулевое состояние. При поступлении малых азимутальных импульсов (МАИ), на выходах счетчика формируется цифровой код, представляющий собой текущий код азимута. Этот код поступает на первые входов схем совпадения «И», на вторые входы которых подаются импульсы считывания с генератора импульсов считывания (ГИС). При наличии импульсов считывания на выходы схем совпадения выдаются цифровые коды β_н и β_к, которые поступают в спецвычислитель, где определяется азимут воздушного судна.

Формирование импульсов начала и конца пачки отраженного сигнала осуществляется следующим образом.

Для ослабления влияния ложных импульсов и пропусков сигнала на точность измерения, начало и конец пачки определяются по специальному критерию (логике). В качестве критерия может быть выбран следующий. Если за три последовательных периода повторения обнаружен один импульс, он считается ложным (рис.2.32.), если два – они считаются началом пачки. Конец пачки отмечается, если в трех последовательных периодах после начала впервые обнаружен пропуск двух импульсов (пропуск только одного импульса считается ложным). Очевидно, что критерий определения начала и конца пачки построен по логике «2 из 3».

Р ис.2.32. Принцип определения начала и конца пачки импульсов по логике «2 из 3»

В общем случае может использоваться логика «k из m». Логики могут быть целыми (k = m) и дробными (k < m). Для определения начала и конца пачки могут использоваться одинаковые логики либо различные. При использовании различных логик менее жесткая определяет конец пачки, чтобы исключить ее дробление вследствие флюктуационного выпадения отдельных импульсов. Например, если начало пачки определяется по логике «3 из 3» (3/3), тогда конец пачки будет определяться по логике «2 из 3» (2/3). В некоторых случаях конец пачки определяется тогда, когда в смежных периодах повторения импульсы отсутствуют l раз (i нулей подряд). Такую логику обозначим как «k/m – l».

Выше был рассмотрен амплитудный метод измерения азимута по пачке радиолокационных сигналов применительно к одноканальной РЛС. Принципиально возможно определение азимута и дальности радиолокационного объекта по одному отражённому или ответному сигналу. РЛС реализующие этот метод называются моноимпульсными [10, 12]. Основное преимущество данного метода перед другими радиолокационными методами, основанными на обработке нескольких последовательно принимаемых импульсных сигналов, заключается в более высокой точности измерений (ошибки снижаются до десятых долей угловой минуты). Это является следствием нечувствительности моноимпульсных РЛС к флуктуациям амплитуды принятых сигналов. Однако реализация моноимпульсного метода связана с дополнительным усложнением приёмного тракта РЛС — с необходимостью использования нескольких приёмных каналов (в связи с чем этот метод получил также название многоканального).

Р ис.2.33. Моноимпульсный измеритель азимута

В простейшем моноимпульсном измерителе (рис.2.33) азимут ВС определяется путем сравнения амплитуд сигналов, принимаемых двумя каналами с неодинаковыми характеристиками направленности – суммарным и разностным. Антенная система (АС) измерителя обеспечивает формирование двух диаграмм направленности c общим фазовым центром – суммарной и разностной. Разностная диаграмма Δ двухлепестковая, её нулевое направление приёма совпадает с электрической осью (ЭОАС) суммарной ДН, а сигналы принимаемые разными лепестками противофазны. Угловое положение ЭОАС в процессе обзора по азимуту определяется при помощи датчика угла поворота АС (на рис.2.33 датчик угла не показан ).

При приёме сигналов от ВС в антеннах Σ и Δ наводится э.д.с. Е_Σ и Е_Δ , поступающие на приёмные устройства угловых каналов. После преобразования, усиления и детектирования на вход схемы сравнения подаются напряжения U_Σ и U_Δ, которые находятся в области пеленгования в следующем соотношении с характеристиками направленности суммарной и разностной антенн

В ыходное напряжение схемы сравнения U_вых по величине пропорционально угловому отклонению γ положения ВС от электрической оси антенной системы, а его полярность соответствует направлению отклонения. Функциональный преобразователь обеспечивает преобразование напряжения U_вых в цифровой код угла γ, а вычислительное устройство (ВУ) определяет азимут ВС β_ВС как алгебраическую сумму угла поворота АС β₀ и углового отклонения γ

Точность определения азимута в современных моноимпульсных РЛС ГА составляет 4'...6'.