Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

дальности относительно начала излучения зондирующего импульса. Она может быть условно принята положитель­ ной. Если начальная задержка t30 — 2Н/с, то начало раз­ вертки и момент прихода первого отраженного сигнала сов­ падают, так что высотное кольцо стягивается в точку. Та­ кой режим называется «закрытием центра»..

Как было показано в § 1.5, п. 4, в ИКО разрешающая способность по азимуту ухудшается при расположении от­ меток вблизи центра экрана. Для повышения разрешающей

Рис. 10.2. Режимы «закрытия» и «открытия» центра:

а — временные диаграммы, б — экран ИКО при /зо=О, в — экран ИКО при /з0<0

способности по азимуту целесообразно сместить близкие цели, например, в середину экрана. Это осуществляется посредством отрицательной задержки, начало которой пред­ шествует началу зондирующего импульса (рис. 10.2, а). Такой режим именуется «открытием центра».

Степень приближения изображения объектов на экра­ не к их действительному расположению на местности опре­ деляется степенью искажения масштаба. Рассмотрим ради­ альный масштаб (вдоль линии развертки по дальности) и тангенциальный масштаб (перпендикулярно линии раз­

470

нен по всей развертке, но и одинаков во всех направлениях, так что искажения местности отсутствуют.

Пусть для той же высоты Н « 0 вводится начальная

тангенциальный масштаб больше радиального. При D -> 0 тангенциальный масштаб 7Ит->оо, так как изображением точки на местности является окружность. При D » |П0| тангенциальный масштаб Л4Т -> Л(. В режиме закрытия центра для случая D = Do тангенциальный масштаб равен нулю. Это связано с тем, что окружность на местности стя­ нута в точку. Если D > Do, то тангенциальный масштаб меньше радиального и приближается к нему при D ^>DQ. Если же D < D0, то соответствующие цели не изображают­ ся на экране.

Для местности в виде правильных квадратов при откры­ тии центра, как видно из рис. 10.3, а, точка под самолетом растянута в окружность и квадраты как бы выжимаются из центра. При закрытии центра происходит обратное яв­ ление (рис. 10.3, б). Можно подобрать значение D 0 >• 0, при котором искажение мало.

3. Масштаб по горизонтальной дальности. Расстояния,

измеряемые РЛС, являются наклонными дальностями. Вместе с тем желательно, чтобы расстояния в изображении на экране были пропорциональны соответствующим го-

471

рйзоитальным дальностям. Учитывая, что зависимость наклонной дальности от горизонтальной нелинейная (рис. 10.4, а), определим масштаб по горизонтальной даль­

ности в радиальном направлении посредством производ-

Рис. 10.3. Искажения изобра­ жения при открытии и закры­ тии центра

Рис. 10.4. К объяснению мас­ штаба по горизонтальной даль­ ности

ной Л4гр = dr/dDf или с учетом (10.1.4) Л4гр = MdD/dDr.

Так как

молетом, где £)г=0. Далее при £)г-> оо имеем Л4гр->Л4р = ~ М. Масштаб но горизонтальной дальности в тангенци­

альном направлении равен

= м(/1 + ^—<10.1.7)

причем искажение местности, вызванное изменением мас­ штаба вдоль развертки, характеризуется рис. 10.3.

Рисунок 10.3, а соответствует Do = 0, а рис. 10.3, б — случаю Do Н, когда тангенциальный масштаб вблизи центра сильно сжат. Следует выбрать Do~ Н/2, чтобы на

472

большом участке горизонтальной дальности масштаб Л4ГТ был максимально близок к М.

Масштаб изображения при обзоре земной поверхности можно скорректировать. Если исходить из требования ли­ нейной развертки по горизонтальной дальности, то

г = Мгр Dr = Л1гр /D2-H2 =

=Мгр0,5с/1<1-/3!и№, (10.1.8)

где t — ts = 2Dlc, а /,и = 2Н!с.

Форма импульса тока в пределах прямого хода разверт­ ки дальности, необходимая для получения такой развертки,

отклоняющей катушки.

Ток развертки характеризуется половиной ветви гипер­ болы, которая асимптотически приближается к прямой (Яоу)МГрО,5 • ct (рис. 10.4, б). Начало развертки соответст­ вует моменту t3H прихода первого импульса от земли. Ги­

перболическая функция может быть приближенно синте­ зирована с помощью экспоненциальных функций.

4. Радиолокационное изображение земной поверхности на экране индикатора азимут-дальность. Для получения радиолокационного изображения земной поверхности НАД обычно не применяется, так как при этом получаются ббльшие искажения изображаемой местности, чем в индикаторе кругового обзора. В индикаторе азимут—дальность,, как уже отмечалось (см. § 1.5, п. 4), азимутальный масштаб Mj? = Z/p (где I — длина на экране вдоль линии развертки

азимута £) не зависит от дальности. Что касается танген­ циального масштаба, то он равен

Мт = Z/DT = М0р/Гф = Мэ/Р,

т. е. чем ближе рассматриваемый участок, тем крупнее тан­ генциальный масштаб.

Это приводит к существенным искажениям радиолока­ ционного изображения. На рис. 10.5, а показана прямо­ угольная сетка на местности, а на рис. 10.5, б — ее радио­

локационное изображение. Как видно, сектор на местности преобразуется в квадрат на экране, а все линии прямоуголь­ ной сетки искривляются.

5. Методы улучшения контрастности радиолокационно­ го изображения. Как следует из § 3.8, отраженный сигнал

473

от различных участков суши и моря меняется в широких пределах (до 50 дБ и выше). Вместе с тем динамический диапазон простого супергетеродинного приемника ниже этих пределов (перегружается сигналами, превышающими собственные шумы на 20 ...30 дБ), а ЭЛТ еще ниже. Если

раз превышающий уровень, близкий к шумовому (U ут 1П),

Рис. 10. 5. Искажение изображения в ИАД

вызывает «насыщение» ЭЛТ, т. е. контрастность радиоло­ кационного изображения оказывается недостаточной.

Для выделения характерных целей можно использовать ручную регулировку усиления, однако усиление, пра­ вильно подобранное для одних целей, является большим или недостаточным для других. Для уменьшения засветов сигналами от близко расположенных целей применяется ВАРУ. Она обеспечивает уменьшение усиления приемника после излучения импульса и затем плавное восстановление усиления. Такая регулировка особенно эффективна над морем, где отражение от волн имеет большую величину на малых дальностях и быстро убывает с расстоянием.

Приемники с логарифмической характеристикой УПЧ позволяют предотвратить ограничение сигналов и сохра­ нить некоторые характерные особенности сильного радио­ локационного сигнала. Однако нивелирование сигналов, которое вызывает логарифмический УПЧ, приводит к ухуд­ шению контрастности изображения. Трудно, например, отличать сушу, воду и строения. Чтобы повысить четкость изображения таких целей, используют трехтоновую амп­ литудную характеристику, которая исключает промежу­ точный диапазон сигналов, лежащих между слабыми и сильными. На экране выделяются три «тона»: «черный»

474

(отсутствие отраженного сигнала, что соответствует глад­ ким водным поверхностям), «серый» (слабые сигналы, соот. ветствующие отражению от земных поверхностей), «белый- (сильные сигналы от интенсивно отражающих объектов)»

а)

Рис. 10.6. Метод трех тонов

Структурная схема трех­

канала большого усиления и тем самым регулировать уро­ вень слабых сигналов, наблюдаемых на экране ЭЛТ, а так­ же коэффициент усиления канала низкого усиления, что позволяет регулировать уровень сильных сигналов.

475

в. Понятие о Цветовой индикации. Глаз может различать при­ мерно в два раза больше градаций цвета, чем яркости. В связи с этим цветовая индикация может повысить контрастность радиолокацион­ ного изображения земной поверхности.

Для получения цветного изображения можно использовать двух­ лучевую ЭЛТ со штриховым экраном. Схематически такая ЭЛТ изо­ бражена на рис. 10.7, а. Она имеет два электронных прожектора,

лучи которых с помощью линзы сведения и теневой маски направ­ ляются на элементы люминофора определенного цвета — зеленого

Рис. 10.7. Цветовая индикация

и красного. Желательно, чтобы при слабом сигнале светились только зеленые элементы люминофора, причем по мере роста сигнала яр­ кость зеленого цвета возрастала. Начиная с определенного уровня сигнала, яркость зеленого цвета не должна расти и должен «проби­ ваться» красный цвет, яркость которого повышается при дальнейшем увеличении сигнала. В то же время яркость зеленого цвета падает, так что в конце концов остается только красный цвет.

На рис. 10.7, б показан способ выполнения указанной програм­

мы. Имеются два канала, в одном производится ограничение сверху на уровне н01, а в другом — снизу на том же уровне и сверху на уровне п02, причем u02 > uOiПока сигнал ис < п01, он не проходит

по «красному» каналу и проходит по «зеленому» каналу без искаже­ ния, воздействует на соответствующий прожектор и управляет яр­ костью зеленых элементов экрана. Таким образом, с ростом сигнала растет яркость зеленого цвета. При ис^ и01 сигнал начинает про­

ходить также по «красному» каналу н электронный луч будет воз­ буждать красные элементы экрана. Одновременно «красный» сиг­ нал будет вычитаться в «зеленом» канале нз пог, и яркость «зеленого»

476

исчезает, а красный перестает нарастать.

Аналогичный метод может применяться в системах СДЦ для отметки движущихся целей и в других подобных случаях.

10.2. РЛС БОКОВОГО ОБЗОРА

1. Некогерентная РЛС бокового обзора с остронаправ­ ленными антеннами, расположенными вдоль фюзеляжа са­ молета. Панорамные РЛС кругового обзора можно исполь­ зовать для картографирования земной поверхности, одна­ ко разрешающая способность по дальности в тангенциаль­ ном направлении оказывается совершенно недостаточной, особенно на расстояниях свыше нескольких километров. Принципиально новые возможности дают РЛС бокового обзора. Они обеспечивают возможность решения таких за­ дач, как ледовая разведка и другие виды разведок местно­ сти, причем качество изображения приближается к аэро­ фотоснимкам.

Ширина луча антенны по точкам половинной мощности (в радианах)

откуда линейная разрешающая способность в тангенциаль­ ном (по отношению к оси луча) направлении на расстоянии D равна

р. (10.2.2)

Таким образом, линейная разрешающая способность ухудшается прямо пропорционально расстоянию D. Лишь вблизи антенны на границе зоны излучения, которую можно Принять равной Dmm ~ d^/k, имеем 6DTmm — kd/Jd^ = = dA,

Для уменьшения 6DT требуется увеличить размеры антен­ ны dA. Этому условию удовлетворяет многовибраторная антенна (например, волноводная многощелевая), установ­ ленная слева и справа вдоль фюзеляжа самолета -( и имею­ щая длину порядка нескольких метров). Лучи такой ан­ тенны направлены препендикулярно оси самолета (рис. 10.8, а, б). При движении самолета происходит облучение двух полос слева и справа от линии курса, т. е. боковой

ния. При этом развертка в одном из направлений, напри­ мер в вертикальном, осуществляется пропорционально дальности, а горизонтальная развертка — пропорциональ­

477

но путевой скорости самолета /рис 10.9, а). В данном слу­ чае можно применить две (фактнчес ки автономные) РЛС с от­ дельными индикаторами для левого и правого лучей либо поочередно работу с помощью антенного коммутатора и двух индикаторов в одной РЛС. Кроме того, изображение слева и справа от линии пути можно воспроизвести на одном индикаторе слева и справа от средней линии.

Рис. 10.8. Диаграмма направленности антенны РЛС бокового об­ зора

Для фоторегистрации результатов наблюдения земной поверхности используются ЭЛТ без послесвечения с одной линией развертки дальности и яркой отметкой. С помощью оптического устройства такая линия развертки проектиру­ ется на фотопленку, которая протягивается в перпендику­ лярном направлении со скоростью, пропорциональной путевой скорости самолета (так называемая z-индикация, рис. 10 9, б). Качество радиолокационного изображения оказывается при этом очень высоким, что иллюстрируется рис. 10.10, где сравнивается результат аэрофотосъемки (а) и радиолокационной съемки (б) одного и того же участка морского *.льда

* Из книги «Применение радиолокационной съемки при геолого географических исследованиях»/ Под ред. Глушкова В. М. и Комарова В. Б. — Л: Недра, 1981.

478

Рассмотрим соотношение основных параметров в РЛС бокового обзора. Время облучения точечной цели, распо­ ложенной на расстоянии D,

Рис. 10.10. Изображение участка морского льда с помощью аэро­ фотосъемки (а) и РЛС бокового обзора (б)

Число импульсов, отраженных от цели за время То6л,

т. е. оно растет пропорционально дальности, что может привести к различной яркости одинаковых целей.

Так как яркость отметки цели Вц на фотопленке или

пропорциональности.

С помощью уравнения дальности для поверхностно-рас­ пределенных целей в случае диффузно-отражающей поверх­ ности (6.3.2) и (10.2.4) получим

k2 Рл X2 Ffe (е) у0 . Б Fn сти/2

ц== 64л3 Я2 Г css3 е cos е ' U

479