Радиотехнические системы

191

боты систем СДЦ, например, коэффициент подпомеховой ви- димости [15]. В данной книге они не рассматриваются.

Рассмотрим методику расчета коэффициента подавления помехи. Очевидно, он зависит от вида помехи. Зададимся ви- дом помехи. Пусть помеха на входе системы ЧПК - стационар- ный случайный процесс с корреляционной функцией.

RП (τ ) = σ П2 r (τ ) ,

где σ П2 = PП Вх - мощность помехи на входе; r (τ ) - нормиро-

ванная корреляционная функция входной помехи (коэффициент корреляции).

Напряжение на выходе устройства ЧПК

uВых (t) = uВх (t) − uВх (t − TП ) ,

а мощность

PПВых = M{[uВх (t) - uВх (t - TП )]2}.

Возводя в квадрат и производя почленное усреднение, полу-

чим

PП Вых = 2PП Вх − 2PП Вхr (TП ) = 2PП Вх (1− r (TП )),

где r (TП ) - значение коэффициента корреляции в точке

τ = TП .

Отсюда,

Данная формула применяется для практических расчетов. Входящая в нее корреляционная функция обычно рассчитыва- ется как преобразование Фурье энергетического спектра поме- хи. Используя далее формулы (7.8), (7.10) запишем выражение для коэффициента улучшения отношения сигнал/помеха (7.9)

Приведем некоторые практические данные о коэффици-

192

енте подавления помехи, полученные в сантиметровом диапа- зоне. Помеха: холмы поросшие лесом в штиль - kП = 40 ÷ 65 дБ; металлизированные ленты (искусственные помехи), море при ветре - kП =10 ÷35 дБ; облака - kП = 5 ÷ 30 дБ [6].

193

8. МЕТОДЫ ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА В РАДИОЛОКАЦИИ

8.1. Определения и классификация

Одной из важнейших тактических характеристик РЛС яв- ляется область обзора - пространственная область в которой вы- полняются предъявляемее к ней ТТТ. В общем случае область

обзора характеризуется: RMAX , RMIN , αОбз , βОбз . Схематичес- ки область обзора представлена на рисунке 8.1.

RMAX ΔαОбз

ΔβОбз

ДН антенны

Θ

РЛС

ΘОбз

Рисунок 8.1

Обзор пространства - просмотр области обзора, который, вообще говоря, надо выполнять по каждой из координат. Одна- ко, обзор по дальности происходит несравненно быстрее, чем обзор по угловым координатам. Поэтому под методами обзора пространства обычно понимают именно методы обзора по уг- ловым координатам.

Важный параметр обзора - время обзора TОбз , под кото- рым понимается время однократного просмотра области обзора.

Методы обзора пространства делятся на две группы:

1)обзор по жёсткой программе, когда скорость перемеще- ния антенны (сканирования) не зависит от радиотехнической обстановки;

2)обзор по гибкой программе или адаптивный обзор - когда скорость сканирования зависит от радиотехнической обстанов- ки: она относительно велика на тех направлениях, где с высо- кой вероятностью цели отсутствуют (или присутствуют); она относительно мала на тех направлениях, где принятие решения

оналичии или отсутствии целей затруднено, например, вслед-

194

ствие помех.

Обзор по гибкой программе реализуем, когда в составе РЛС имеется высокопроизводительная ЭВМ, позволяющая быстро оценивать радиотехническую обстановку, а антенная система представляет собой фазированную решетку, позволяющую бы- стро изменять режим сканирования.

В данной книге рассматривается только обзор по жесткой программе. Однако соотношения, которые будут получены, яв- ляются основой для проектирования современных методов адап- тивного обзора.

Существуют следующие виды обзора по жесткой про- грамме.

1)Последовательный обзор - когда локатор имеет антен-

ну с одним лучом и последовательно просматривает область обзора (круговой, секторный, спиральный, строчный, винто- вой и др. виды обзора).

2)Параллельный обзор - два или более лучей одновре- менно просматривают всю область обзора.

3)Параллельно-последовательный обзор - два или более луча последовательно просматривают область обзора.

Оценим в общем виде время последовательного обзора пространства. Считаем, что локатор импульсный, скорость об- зора постоянна во всей области обзора. Тогда закон перемеще- ния луча не имеет значения, и нетрудно получить,

где N - необходимое число импульсов, которое надо принять

от цели для ее надежного обнаружения (обычно N = 3÷10 ), QОБЗ - телесный угол пространства обзора,

QА - телесный угол диаграммы направленности антенны.

Вбольшинстве случаев скорость сканирования не постоянна вследствие реверса антенны. Это учитывается введением в

формулу для расчета периода обзора коэффициента обзора

kОБЗ ³ 1.

8.2. Радиолокационные станции кругового обзора

Локаторы кругового обзора имеют антенну с узкой диаг- раммой направленности в горизонтальной плоскости сканиру- ющую вкруговую. В вертикальной плоскости ДНА имеет раз- личный вид, в зависимости от назначения РЛС.

РЛС кругового обзора используются для наблюдения зем- ной поверхности с борта самолёта, в целях навигации или раз- ведки, для обнаружения воздушных целей в системах ПВО, для обнаружения надводных или наземных целей в системах уп- равления оружием и т.д.

Самолетные РЛС кругового обзора называются панорам- ными. Диаграмма направленности такой РЛС в вертикальной плоскости должна быть достаточно широкой, чтобы видеть цели, расположенные как под самолетом, так и на максимальной даль- ности.

Определим требования к форме диаграммы, исходя из ус- ловия, чтобы сигналы, приходящие от одинаковых целей, рас- положенных на разных дальностях, имели приблизительно одну и ту же мощность.

Ширину диаграммы направленности в вертикальной плос- кости Θβ найдем из условия (см. рисунок 8.2)

RH = cos(Qβ ) ,

MAX

откуда

Для мощности принимаемого сигнала PПр справедливо

соотношение

где β - угол места, под которым виден самолёт,

FP - диаграмма направленности в вертикальной плоско-

сти по мощности

FP (β ) = FE2 (β ) ,

FE - диаграмма направленности в вертикальной плоско- сти по напряжённости поля.

Сучетом введенных обозначений перепишем формулу(8.3)

ввиде

PПр » FE4R(4β ) ,

Из рисунка 8.2 имеем

R = sin(βH ) = H cos ec(β )

Таким образом, условие постоянства мощности принима-

емых сигналов запишем в виде

Отсюда следует, что для поддержания мощности прини- маемого сигнала на постоянном уровне необходимо выполне-

ния условия

FP (β ) = c2 cosec2 (β ) ,

где c1, c2 - константы.

197

Диаграмма такого вида называется косекансной. Найдем время кругового обзора из формулы (8.1):

В РЛС кругового обзора используют индикаторы с ради- ально круговой разверткой (индикаторы кругового обзора

(ИКО)).

а) б)

Рисунок 8.3. а) Схема получения радиально-круговой развертки; б) Вид отметок от целей на экране ИКО

Есть два традиционных способа построения ИКО.

1)Используется трубка с магнитным отклонением и од- ной отклоняющей катушкой, которая вращается синхронно с

антенной с помощью механической или электромеханической системы. Через катушкупроходит пилообразный ток развертки по дальности. Отраженные от целей сигналы модулируют ток луча трубки, так что отметки от целей выглядят на экране ИКО

ввиде ярких дужек.

2)Используется трубка с магнитным отклонением имею- щая две ортогональные отклоняющие катушки. В них поступает пилообразный ток развертки по дальности, модулированный по закону синуса (косинуса) положения антенны. Отметка от целей формируется так же, как в первом варианте.

198

Вид экрана ИКО. Концентрические окружности – масштабные метки дальности. Радиальные линии – масштабные метки азимута.

Рисунок 8.4. Укрупненная структурная схема импульсного локатора с

ИКО

На рисунке 8.4 приведена укрупненная структурная схема импульсного локатора с ИКО, построенная по первому вариан- ту. На схеме обозначено: ГПТ - генератор пилообразного тока, ГММ R - генератор масштабных меток дальности, ГММα - генератор масштабных меток азимута. Остальные использован- ные обозначения встречались в тексте ранее.

Достоинство ИКО: не искажает план местности. Недостаток: при малых дальностях плохая разрешающая

способность по азимуту.

8.3. Секторный обзор пространства

Этот вид обзора отличается от кругового тем, что антенна сканирует в секторе αОбз , меньшем 360 градусов (см. рисунок 8.5). Применяется для сокращения времени обзора

αОбз

Рисунок 8.5. Секторный обзор пространства

199

Время обзора находится по формуле (8.2),

Секторный обзор может быть просто режимом работы РЛС кругового обзора. В этом случае в качестве индикатора исполь- зуется ИКО.

Если режим секторного обзора является в РЛС единствен- ным (например, обзор сектора в передней полусфере с борта самолета), в ИКО смещают начало развёртки к краю экрана труб- ки и увеличивают масштаб изображения.

В РЛС секторного обзора используют также индикатор "дальность - азимут" ( индикатор типа B), в котором указанные

переменные откладываются по осям прямоугольной системы координат (см. рисунок 8.6).

При использовании данного индикатора искажается план местности, но не уменьшается разрешающая способность по ази- муту при уменьшении R.

R

α

Рисунок 8.6. Координатная система индикатора типа B

Для построения индикатора используется трубка с магнит- ным отклонением, две ортогональные отклоняющие катушки, на которые подаются развертки по азимуту и дальности, и ярко- стная отметка (см. рисунок 8.7).

Приведенные в данном разделе структурные схемы лока- торов показывают принципы их построения, но не современ- ное состояние техники. В настоящее время используют цифро- вую обработкусигналов и цифробуквенные индикаторы для ото- бражения дополнительной информации [13].

8.4. Винтовой обзор пространства

Винтовой обзор пространства используется, когда диаг-

рамма направленности антенны РЛС имеет узкий луч в двух плоскостях. Антенна осуществляет круговой обзор пространства

и при этом медленно меняет своё положение в вертикальной плоскости: обычно, за один оборот в горизонтальной плоско- сти на половину ширины диаграммы в вертикальной (см. рису-

нок 8.8).

В отличие от двумерного локатора кругового обзора, из- меряющего R и α , локатор с винтовым обзором трёхмерный, он позволяет измерять R, α , β .

Рисунок 8.8. Винтовой обзор пространства

Период обзора находится по формуле