Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

Показанная на рис. 1.9 последовательность из N одина­ ковых по амплитуде импульсов' ивх близка к реальной. Пусть яркость свечения, обусловленная действием каждого одиночного импульса, к концу импульса равна Во. Суммар­ ная яркость, как видно из рис. 1.9, равна

кТп ы-\---------

2 вое х = В0

Рассматривая NTа как текущее время, видим, что рост яркости происходит по экспоненциальному закону. С уве-

Рис. 1.9. Накопление яркости при действии пачки импульсов

личением числа импульсов N яркость стремится к значению Bg/{1—e~Tnfx). Уровень 95% от этого значения достигается при NTuh — 3, т. е. при числе импульсов Wmax = 3 т/Гв.

За счет синхронного возбуждения одного и того же участ­ ка экрана (в пределах диаметра пятна) за N разверток даль­ ности яркость отметки цели возрастает до значительной ве­ личины, так как т > Та. Вместе с тем возбуждения, вызван­ ные шумами, возникают хаотически в случайных точках, распределенных произвольно по всему экрану, и поэтому до­ стигают меньшей яркости. Сказанное обеспечивает выигрыш в отношении сигнал-шум после действия всей последователь­ ности импульсов по сравнению с этим отношением для каж­ дого импульса.

В заключение отметим, что для определения степени согласования индикаторного устройства с приемным трак­

30

том РЛС может оказаться полезным понятие полосы про­ пускания частот ЭЛТ. Дело в том что минимальный размер отметки цели на экране определяется диаметром пятна da. Это соответствует минимальной длительности сигнала, вос­ производимого ЭЛТ, тит1п — dn!va (ол — скорость раз­ вертки), а следовательно, ширина полосы частот, требуемая

*= 670 мкс) имеем ил = 2-Ю6 мм/с, что при dn = 0,5 мм обеспечивает Д/э = 400 кГц.

2. Особенности развертки дальности. Как известно, для получения линейно изменяющегося тока в отклоняющей ка­ тушке необходимо использовать напряжение трапецеидаль­ ной формы, т. е. состоящее из пилообразной и импульсной части («подскока»). Для отклоняющей катушки, эквивалент­ ная схема которой включает индуктивность LK и активное сопротивление (обусловленное потерями в проводах и

о. max — максимальный ток катушки iL, определяемый раз­ мером экрана и числом витков катушки. При сдвиге начала развертки на величину /30 вместо единичной функции 1 (t) используется функция 1 (t — /30).

Для перехода с одной шкалы дальности на другую при использовании одной и той же ЭЛТ с магнитным управле­ нием, т. е. при одном и том же радиусе шкалы гшк, когда согласно (1.1.4) меняется масштаб М = rWK/DWKt необходи­ мо, как видно из рис. 1.10, изменить длительность прямого хода развертки Тр = 2£)шк/с при постоянной величине мак­ симального отклоняющего тока. Это достигается измене­ нием скорости нарастания тока через отклоняющие катушки. На нижней диаграмме рис. 1.10 вместо тока ip — iL, про­ текающего через отклоняющие катушки, на оси ординат отмечена пропорциональная ему величина ipwh, где h — чувствительность ЭЛТ в миллиметрах на ампер-виток, a w — число витков катушки.

Для изменения крутизны прямого хода тока развертки должно производиться соответствующее изменение крутиз­

31

осуществить путем изменения длительности расширенного импульса (импульса подсвета) ирас (рис. 1.10), управляю­ щего генератором развертки ир и постоянной времени в це­ пи последнего. Так, на рис. 1.10 повышение Ршк обеспечи­ вается изменением длительности расширенного импульса, с ТР1 на ТР2 и соответствующим уменьшением скорости на­ растания напряжения и тока развертки.

Рис, 1.10. Временные диаграммы напряжений и токов в ИКО с вра­ щающейся катушкой при переключении шкал дальности

При регулировке скорости развертки и неизменной ее длительности, т. е. изменении амплитуды тока развертки, меняется длина линии развертки на экране, но число мас­ штабных линий сохраняется. Если же сохранить постоянст­ во амплитуды тока развертки, но менять ее длительность, то длина линии развертки остается без изменения® а число масштабных линий меняется.

Расширенный импульс управляет генератором разверт­ ки и одновременно используется для отпирания ЭЛТ на время прямого хода развертки дальности.

На рис. 1.10 расширенный импульс запаздывает отно­ сительно синхронизирующего на время /30 = 2D0/c. Такая задержка начала развертки позволяет наблюдать далекие

32

цели в крупном масштабе (для удобства пользования масш­ табными линиями желательно, чтобы Do = nDMt где п — целое число). Дальность цели отсчитывается на экране ико

D — Do + kDw + yDw,

где k — число масштабных линий, укладывающихся от на­ чала развертки до отметки цели, а коэффициент у характери­ зует положение отметки цели между масштабными линиями.

Если необходимо вести наблюдение на всей дистанции и, кроме того, на некотором ее участке требуется более круп­ ный масштаб, то применяют местное увеличение скорости развертки (например, ближние цели, для которых требует­ ся более высокая точность отсчета дальности, целесообраз­ но наблюдать в крупном масштабе, и далекие цели — в мел­ ком). Естественно, что участок быстрой развертки можно переместить по оси дальности, изменив задержку импульса запуска генератора пилообразного напряжения быстрой развертки. Рассмотренный метод называется «электронной лупой времени».

3. Формирование радиально-круговой развертки. Вра­ щение отклоняющей катушки синхронно с вращением ан­ тенны осуществляется с помощью, например, сельсинной передачи. Напряжение развертки на отклоняющую катуш­ ку подается через скользящие контакты. Обеспечение одно­ значной и точной передачи угла поворота антенны связано с известной сложностью сельсинной передачи. Большое рас­ пространение получил ИКО с неподвижными вертикально и горизонтально отклоняющими катушками. Чтобы направ­ ление движения луча на экране ИКО соответствовало ази­ муту антенны, амплитуды пилообразных токов развертки модулируются по синусоидальному и косинусоидальному Законам. Положение линий развертки на экране ИКО в раз­ ные моменты времени показано на рис. 1.11.

Как следует из формулы (1.2.3), угол между радиусами развертки настолько мал (например, при частоте следова­ ния Fn — 400 с-1 и частоте вращения антенны пА — ='6 мин-1 0р ~ 0,09°), что за период развертки дальности можно пренебречь угловым смещением результирующего магнитного поля и принять за угловое положение резуль­ тирующего поля то, которое оно принимает в момент макси­ мального значения тока развертки дальности. При этом смещения электронного луча в горизонтальном х и верти­ кальном у направлениях равны

х = hxwxIx sin Q Kt\ у — hyWyIv cos Q A t,

33

(а следовательно, и сами радиусы) вращаются с угловой ско­ ростью Qa.

Для модуляции амплитуд пилообразных отклоняющих токов по синусоидальному и косинусоидальному законам

4

Рис. 1.11. 'Форми­ рование радиаль­ но-круговой раз­ вертки

с частотой вращения антенны используются электромехани­ ческие модуляторы, связанные с вращением антенны и име­ ющие один вход и два выхода, например синусно-косинус­ ный вращающийся трансформатор (СКВТ), у которого ротор вращается синхронно с антенной, а две статорные обмотки расположены перпендикулярно, так что огибающие снимамаемых с них напряжений имеют фазовый сдвиг 90°. Если на ротор СКВТ (рис. 1.12) поступают трапецеидальные им­ пульсы развертки дальности, на статорных обмотках фор­ мируются модулированные напряжения, которые после усиления поступают на отклоняющие катушки (ОК) гори­ зонтального и вертикального отклонения. В нодобных уст­ ройствах часто используется двухтактное включение ка­ тушек. Это позволяет выбрать транзистор с вдвое мень-

34

Шим током потребления и уменьшить нелинейные иска­ жения.

Так как СКВТ не передает постоянной составляющей трапецеидальных импульсов, амплитуда которых изменя­ ется при вращении антенны, то изменяется и среднее зна­ чение напряжения на входе усилителя тока развертки.

Усилители тока

Рис. 1.12. Функциональная схема формирования радиально-круго­ вой развертки при неподвижных отклоняющих катушках с помощью синусно-косинусного вращающегося трансформатора

Рис. 1.13. Секторные ин­ дикаторы:

а —• центр с краю экрана,

б— центр за экраном (вне сеКтора ЭЛТ заперта)

Если не скомпенсировать это изменение, то начало линий развертки будет смещено относительно центра экрана. Кро­ ме того, каждое переключение с одной шкалы дальности на другую потребует новой компенсации, а случайные измене­ ния питающего напряжения будут сдвигать начало разверт­ ки. Чтобы линии развертки начинались точно в центре экра­ на, в ИКО используются управляемые фиксаторы уровня (рис. 1.12). Они обеспечивают фиксированное напряжение

35

на входах ОК перед началом рабочего хода развертки даль­ ности.

Для укрупнения азимутального масштаба целесообразно перейти к секторной индикации с вынесенной к краю экра­ на (рис. 1.13,л) или даже за пределы экрана (рис. 1.13, б) точкой начальной дальности. Такой индикатор именуется секторным индикатором с полярным растром или ИКО со смещенным центром. Начало развертки можно сместить

Рис. 1.14. Индикатор азимут — дальность с прямоугольным растром

(а)и временные диаграммы (б)

влюбом направлении, что позволяет воспроизвести изобра­ жение целей для соответствующих участков пространства.

4.Индикатор азимута и дальности (ИАД) с прямоуголь­ ным растром. Для индикатора с таким видом растра (назы­ ваемого также индикатором типа В) координаты целей опре­ деляют в прямоугольных координатах. На рис. 1.14, а изображен растр вместе с отметкой цели и масштабными ли­

ниями дальности. Горизонтально расположенные линии раз­ вертки дальности охватывают интервал дальности от Do (начальная задержка) до Do + Ршк, а вертикально распо­ ложенная развертка азимута охватывает сектор от ро до Ро + Ршк' Обычно имеется возможность регулировать на­ чальную границу обзора р0 в пределах 0—360°. При этом антенна может совершать как круговое движение, так и кача­ ние в секторе, укладывающемся вдоль шкалы рШл. Масштаб­ ные линии расположены вертикально, и отметка цели имеет вертикальную, протяженность, охватывая интервал, соответ­ ствующий ширине луча антенны.

36

Временные диаграммы основных напряжений и токов, необходимых для получения такого изображения, показаны на рис. 1.14, б, где ia3 — ток развертки азимута, протекаю­ щий в данном случае через вертикально отклоняющие ка­ тушки от момента р.0/Й А До (Ро + ршк)/Й а пропорциональ­ но углу поворота антенны; ЙА — угловая‘скорость враще­ ния антенны; мсин — синхронизирующие импульсы; iд — ток развертки дальности (протекающий через горизонталь­ но отклоняющие катушки); нпаз — импульсы подсвета ази­ мутальной развертки; мпд — импульсы подсвета развертки дальности. Заметим, что синхронизация разверток дальности и азимута часто отсутствует. В-результате происходит слу­ чайное изменение положения начала развертки дальности относительно начала азимутальной развертки и некоторое дрожание растра вдоль оси азимута. Однако при большом числе разверток дальности за время ршк/О А (плотный растр с перекрытием линий развертки по дальности) дрожание незаметно для глаза.

Для формирования строчной развертки и ИАД необхо­ димо, чтобы ток азимутальной развертки изменялся в оп­ ределенном секторе 0ШК пропорционально углу поворота антенны. В связи с этим возникает задача преобразования угла поворота антенны в ток азимутальной развертки. При этом из-за. весьма малой скорости развертки зависимость между напряжением и током развертки практически ли­ нейная. В качестве датчиков напряжения азимутальной развертки используются электромеханические датчики в виде кругового потенциометра, конденсатора переменной емкости, сельсин-трансформатора.

1.4. НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛА ИМПУЛЬСНОЙ РЛС КРУГОВОГО ОБЗОРА

1. Структура отраженного сигнала на входе пркемника Рассмотрим форму отраженного сигнала в РЛС кругового обзора. Как следует из рис. 1.7, по мере вращения антен­ ны амплитуда зондирующих импульсов, облучающих цель, изменяется в соответствии с диаграммой направленности (ДН) пропорционально отрезкам АВ, AC, AD, и т. д. Диаг­ рамму направленности по напряженности поля обозначим

где Qa — угловая скорость вращения антенны, то ДН мо­ жет рассматриваться как функция времени FE (t).

37

Таким образом, зондирующий сигнал, облучающий цель, оказывается модулированным и описывается функцией вре­ мени s3(/) — Fe (0sи (О» где sn (0 — радиоимпульсы пере­ датчика.

Предположим, что цель практически не изменяет форму отраженного сигнала, в частности, не увеличивает длитель­ ность отраженных импульсов. Это условие можно рассмат­ ривать как первоначальное определение точечной цели. Кроме того, предположим, что движением цели за время облучения можно пренебречь. Тогда отраженный сигнал характеризуется функцией KFe (t — (t — /3), где К — постоянный коэффициент. Для одноантенной РЛС, у кото­ рой ДН при приеме описывается той же функцией Fe (О» что и при передаче, сигнал на входе приемника записывает­ ся в виде

= KFE(t-t3)FE(t)sa(t-t3). (1.4.2)

Так как скорость вращения антенны сравнительно неве­ лика и смещение луча за время запаздывания обычно го­ раздо меньше, чем ширина ДН, то Ре,(Г)~£е((—4)« Функция, характеризующая ДН по мощности,

С учетом сказанного (1.4.2) можно представить в виде snp (/) KF2e (0 Sn (t- /з) = KFp (О $п (/-<),• (1.4.4)

т. ё. импульсы на входе приемника оказываются промодулированными по амплитуде в соответствии с ДН антенны по мощности.

Как известно, ДН антенны с равномерным распределе­

в пределах даже нескольких лепестков sin р « р,"так что ДН по мощности имеет вид

мума,# а 0О15 — ширина ДН по половинной мощности, от­ считываемая в обе стороны от максимума (действительно, при р = 0о>5/2 имеем Fp (Р) = 0,5).

38

Сигнал на входе приемника snp (t) имеет вид последо­ вательности радиоимпульсов (рис. 1.15), следующих через интервал времени Тп, огибающая которых FP (t) построена с помощью выражений (1.4.1), (1.4.3) и (1.4.5). Если принять максимальную амплитуду в пределах главного лепестка за единицу, то в боковых лепестках она равна 0,0470; 0,0164; 0,0083 (т. е. —13; —18; —21 дБ). В ряде случаев действи-

Рис. 1.15. СигиаЯ на входе приемника РЛС кругового обзора

ем боковых лепестков можно пренебречь. В пределах же главного лепестка ДН по мощности хорошо аппроксими­ руется функцией

где p и 0O 5 — те же, что и в формуле (1.4.6).

Описанная последовательность импульсов именуется пачкой (иногда пакетом). В некоторых случаях удобно в ка­ честве аппроксимации использовать пачку 'с прямоуголь­ ной огибающей. Общая длительность пачки характеризует время облучения цели Тобп. В случае огибающей вида (1.4.7) отсчет длительности пачки часто производится по точкам на уровне половинной мощности

2. Энергетические соотношения при импульсном методе. Для непрерывных колебаний мощность определяется усред­ нением по периоду. Такой же подход возможен для радио­ импульсов с произвольной огибающей U (/) (рис. 1.16, а). Действующее (эффективное) значение напряжения для каж­ дого периода колебания равно U (t)/]/2, а значение сред­

39