Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические системы.
.pdf
201
ОбзОбзКРОбз
TTk
β
ОбзКР
Обз
β
β
Θ
290
о
ОбзОбзКРОбз
TTk
γ
0,5
Обз
Θ
. (8.7)
β
где
=
T
- время одного оборота антенны в горизонтальной
плоскости,
- сектор обзора в вертикальной плоскости,
- ширина диаграммы в вертикальной плоскости.
Обзор по углу места существенно увеличивает суммарное
время обзора, поэтому метод используется в РЛС малой дальности (30 ÷ 50 км).
Используются индикаторы: азимут - угол места; дальность - азимут.
8.5. Спиральный обзор пространства
Спиральный обзор похож на винтовой и отличается только сектором обзора, который прижат к оси сканирования,
γ ≤
(см. рисунок 8.9). Этот способ обзора нашел примене-
ние в самолетных локаторах, предназначенных для предупреждения об опасности и наведения оружия.
2γ
Рисунок 8.9. Спиральный обзор пространства
Период обзора рассчитывается по формуле, аналогичной
(8.7)
=
0,5
Θ
. (8.8)
β
202
И
СЖ
cRk
τ
8.6. Параллельно-последовательный обзор пространства
В современных трехмерных РЛС противовоздушной обороны используется круговой или секторный обзор пространства, причем антенные системы имеют в вертикальной плоскости веер пересекающихся лучей для определения угла места
(см. рисунок 8.10).
ДНА в верт. пл-ти
Рисунок 8.10. ДНА РЛС с параллельно-последовательным обзором
пространства
- ДНА в гориз. пл-ти
Многолучевые ДНА реализуются с помощью антенных
решеток.
8.7. Радиолокационные станции бокового обзора с
синтезированной антенной
8.7.1. Разрешающая способность панорамных РЛС
Рассмотрим РЛС обзора земной поверхности, установленную на летательном аппарате и имеющую сканирующую направленную антенну (панорамную РЛС). Потенциальная разрешающая способность по дальности в такой РЛС определяется длительностью зондирующего сигнала и коэффициентом сжатия,
δ =
2
Разрешающая способность по азимуту приблизительно
равна ширине диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости и зависит от размера антенны в этой плос-
кости L,
203
Lαλ
==
R
δ
RR
=⋅
/100
λ
=
км
100
R
τ
δ
δαθ
(рад)
Детальность радиолокационного изображения земной
поверхности зависит от разрешающей способности в радиальном по отношению к локатору направлении
а также в по-
перечном по отношению к нему направлении, выраженной в
линейных единицах,
δδθ
τ
(тангенциальная разрешаю-
щая способность).
Тангенциальная разрешающая способность ухудшается с
увеличением дальности и при больших R становится недопустимо плохой.
Пусть, например, R = 100 км,
1
100101
Rτδ =⋅=
3
L
.
. Тогда,
Можно улучшить тангенциальную разрешающую способность уменьшением длины волны . Пределом является зависимость радионаблюдаемости от метеоусловий. Другой способ применить антенну больших размеров. Но на борту скоростного летательного аппарата невозможно использовать вращающуюся антенну очень больших размеров. На практике неподвижные антенны больших размеров (L
≤ 15 м) стали распо-
MAX
лагать вдоль фюзеляжа самолета. Так появились РЛС бокового
обзора. Однако ухудшение разрешаюшей способности
с
ростом дальности сохранилось. Положение радикально изменилось, когда стали применять синтезированные антенны.
8.7.2. РЛС обзора земной поверхности
с синтезированной антенной
8.7.2.1. Принципы построения
На борту летательного аппарата устанавливается слабонаправленная антенна, осуществляющая боковой обзор пространства. Сигналы, принятые в разных точках траектории запоминаются и затем обрабатываются как в антенной решётке.
204
L
λθ=
L
ФВФВФВ
ФВ
∑
П
vT
П
T
Напомним, что в обычной антенной решетке сигналы,
принятые её элементами, складываются синфазно. Это обеспечивает максимум амплитуды суммарного сигнала. Для обеспечения синфазности сигналов, принятых с нужного направления, в цели элементов решетки вводят управляемые фазовращателями (см. рисунок 8.11). Ширина диаграммы направленности антенной решетки на нормали к ней определяется фор-
мулой
(8.9)
где
- габаритный размер решетки.
Рисунок 8.11. Структурная схема антенной решетки. ФВ - фазовращатели
Синтезированная антенна образуется за счет движения
одного элемента, ось диаграммы направленности которого ориентирована перпендикулярно прямолинейной траектории полета (см. рисунок 8.12).
L
Э
vT
П
Рисунок 8.12. Образование синтезированной антенны
х
РЛС излучает импульсные сигналы. Принимаемые сигналы запоминаются в точках траектории, отстоящих друг относи-
тельно друга на расстоянии
, где v - скорость полета,
период повторения импульсов. Запомненные сигналы сумми-
-
205
Э
L
П
T
Э
L
/8
λ
λ
руются как в обычной решетке. Расстояние
, на котором про-
исходит суммирование, представляет собой апертуру синтезированной антенны, иными словами, её эквивалентную длину.
Описанный алгоритм реализуется в структурной схеме рисунка
8.13, где ЛЗ - линия задержки с отводами через период повторения импульсов
. Суммирование сигналов осуществляется
в линии задержки.
ТП ТП ТП Т
Рисунок 8.13. Структурная схема нефокусированной синтезированной
ЛЗ
П
антенны
Различают нефокусированные и фокусированные синте-
зированные антенны.
Структурная схема нефокусированной антенны приведена на рисунке 8.13. Ее особенность заключается в том, что принимаемые сигналы суммируются не синфазно за счет непрерывного изменения положения целей относительно локатора.
Эквивалентная длина
ограничивается такой величиной, ког-
да ещё можно считать, что сигналы суммируются в приблизительно фазе (различие не более 90°), то есть когда разность рас-
стояний от РЛС до цели не превосходит
L
Э
R
цель
Рисунок 8.14. Эквивалентная длина нефокусированной антенны
(см. рисунок 8.14).
/8
206
Э
L
288644
R
λλλλ
/64
LR
λ
LR
λλλ
R
τ
δ
2
RRR
δθλ
R
τ
δ
R
ФВ ФВ
Исходя из рисунка 8.14 для расчета
составим уравне-
ние
2 2
L
Э
RRR
=+−=+=
2
2
Пренебрегая в правой части членом
2
.
2
λ
ввиду его от-
носительной малости, получим
=
Э
. (8.10)
Так как в процессе формирования диаграммы направленности синтезированной антенны сигнал проходит двойной путь
между РЛС и целью, ширина синтезированной диаграммы вдвое
уже, чем определяемая по формуле (8.7) для обычной решетки,
θλ===
Э
22
2
Э
R
1
. (8.11)
На основании полученной формулы найдем разрешающую
способность
,
τ
==
1
Э
Отметим, что разрешающая способность улучшилась по
сравнению с панорамной РЛС. Теперь
не R, а
.
пропорциональна
Особенность фокусированных антенн заключается в том,
что в цепи элементов решетки вводятся фазовые сдвиги для
компенсации перемещения РЛС относительно цели (см. рисунок 8.15).
Рисунок 8.15. Структурная схема фокусированной синтезированной
ФВ
Т
П
антенны
207
Э
L
R
τ
δ
/
L
α
θ
LR
α
θ
,
222
LL
LRR
λλ
.
2
L
==
Определим эквивалентную длину фокусированной антен-
ны
и тангенциальную разрешающую способность
.
Пусть размер реальной антенны в горизонтальной плоско-
сти равен L, ширина её диаграммы
λΘ= . Длина синтези-
α
рованной антенны равняется траектории полета, на которой
локатор облучает цель. Из рисунка 8.16 получаем, считая шири-
ну диаграммы реальной антенны
≈ ;
Э
Θ
α
L
Э
R
малой,
х
Θ
α
LЭ/2
цель
Рисунок 8.16. Длина фокусированной антенны
Ширина эквивалентной диаграммы
θλ===
Э
Э
(8.13)
откуда
RR
δθ
τ
Э
(8.14)
Таким образом, теоретически тангенциальная разрешающая способность фокусированной антенны не зависит от дальности и равна половине размера реальной антенны.
8.7.2.2. Пути построения радиолокаторов с
синтезированной антенной
Традиционным путём радиолокаторы с синтезированной
антенной (РСА) построить невозможно. Действительно, при-
208
v
/Lλ
LLR м
/10
Lv с
4
/10
Э
L
2
θ
2
θ
.
2
vvv
cLcL
θλ=⋅==
мем что L=1 м; λ=3 см;
Тогда
NTτ==
З MAX П
(/)310
λ==⋅
Э
(число суммируемых импульсов).
=300 м/с; R=100 км;
3
;
τ ==
З MAX Э
=0,03.
Традиционным путем создать задержку СВЧ-сигнала на
время порядка 10 с точностью в доли периода несущей частоты
невозможно.
Для построения РСА используется эффект Доплера и согласованная фильтрация.
Найдём доплеровский сдвиг частоты сигнала, отраженного от точечной цели. Из рисунка 8.16 нетрудно видеть, что
при движении самолета по апертуре
цели относительно локатора изменяется от
точке начала облучения до
vv
R
=−
sin
радиальная скорость
α
sin
vv
=
R
α
в конце облучения.
в
Соответствующее изменение доплеровской частоты можно представить графиком, изображенным на рисунке 8.17, при-
чем
2
fff
Д MAX
00
α
(8.15)
;
f
f
д MAX
Рисунок 8.17. Изменение доплеровской частоты в процессе полета
t
Если локатор излучает непрерывный сигнал, то принимается сигнал, огибающая которого повторяет ДН реальной антенны, а длительность равна времени облучения цели. Можно
209
22
L
fv
v
⋅
22
LL
vv
рассматривать этот сигнал, как радиоимпульс с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Если пропустить его через согласованный фильтр, на выходе будем иметь более узкий импульс,
длительность которого
τ ==
ИВых
1
Д MAX
.
За время выходного импульса фильтра самолет пролетает
расстояние
τ
ИВых
. Очевидно это и будет тангенциальная раз-
решающая способность,
Rv
δ =⋅=
τ
.
Сравнивая полученный результат с (8.14), видим, что сжатие позволяет получить разрешающую способность как у фокусированной антенны.
Структурная схема аппаратуры, производящей подобную
обработку, представлена на рисунке 8.18.
Пер
Рисунок 8.18. Структурная схема сжатия сигналов в РСА
Вх. ц. СФ И
В отличие от схемы, представленной на рисунке 8.18, локатор должен обладать разрешающей способностью по дальности.
Таким образом, локатор с синтезированной антенной должен содержать:
1. Когерентно-импульсную РЛС с истинной когерентностью;
2. Систему обработки сигналов, которая должна произво-
дить оптимальную обработку по азимуту в каждом элементе
разрешения по дальности.
210
cos()
ϕ
12
ВхВх
UU
ϕ
П
T
Один из вариантов построения когерентно-импульсного
локатора с истиной когерентностью представлен на рисунке 7.4.
Конкретные схемы могут существенно отличаться от данной,
но они сохраняют её основное качество: излучаемые радиоимпульсы являются вырезкой из одного и того же гармонического
колебания.
Фазовый детектор выполняет обычную функцию,
где
uUU
,
- амплитуды входных сигналов,
=
ВыхФДВхВх
12
,
- разность фаз между ними.
Сигнал от точечной цели на выходе фазового детектора,
являющегося выходным элементом приемной части когерентно-импульсного локатора, представляет собой импульсную последовательность с огибающей, повторяющей ДН реальной антенны, и амплитудной модуляцией частотой Доплера. Вид сигнала иллюстрируется рисунком 8.19.
Т
U
Вых ФД
Рисунок 8.19. Сигнал от точечной цели на выходе фазового детектора
П
- реальная ДН
t
На периоде повторения
могут быть сигналы от множества целей. Для каждой из них требуется осуществлять согласованную фильтрацию по азимуту. Существует два пути построения соответствующей аппаратуры:
1. Запись сигналов с выхода ФД на фотоплёнку и сжатие
по азимуту оптическим путём после её проявления и просушивания.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]