Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

запросчика; подавления несинхронных помех (вызванных другими запросчиками, отличающимися по частоте по­ вторения импульсов); совмещения с сигналами от РЛС с пассивным ответом («первичной РЛС»); формирования единого сигнала, несущего информацию о координатах цели. Указанные операции обычно выполняются устройст­ вами, входящими в состав АПОИ (см. § 5.1, п. 1), где осу­

радиолокационной системы с активным ответом в свободном пространстве, полагая для простоты, что запрос и ответ происходят на одной частоте, а для передачи и приема используется одна и та же антенна. В соответствии с формулой (6.1.3) плотность потока мощности у ответчика

По = Рпз G3 / 4jiD2,

где Рпз — мощность передатчика запросчика; G3 — коэф­ фициент усиления антенны запросчика в направлении на ответчик.

На выходе приемника ответчика мощность сигнала рав­

на

где Ао = (№ / 4л) Go — эффективная площадь антенны от­ ветчика.

Отсюда дальность действия запросчика в свободном про­ странстве

D»3 = l/■ (11.1.2)

гПр0 mjn

где РПро mm — чувствительность приемника ответчика. Если сигнал на входе приемника ответчика превышает

некоторый пороговый уровень, т. е. Рпр > Рпро тш» то ответчик вырабатывает ответный сигнал, мощность которо­ го уже не зависит от запускающего сигнала запросчика и равна на входе антенны ответчика некоторой постоянной величине РпоТакой сигнал создает у антенны запросчика плотность потока мощности

П3 = Рпо • Go / 4nD2,

а мощность сигнала на входе приемника запросчика

500

Где А3 — (М / 4л) G3 — эффективная площадь антенны за­ просчика.

При этом дальность действия ответчика в свободном про­

гПр 3 щЩ

где Рпр з mm — чувствительность приемника запросчика. Естественно так выбрать параметры устройства, чтобы дальности по линии запросчик — ответчик и по линии от­

(90 дБ/мВт), то можно выбрать Рпо = 4,5 Вт и Рпр о min= = 2,51 • 10-8 Вт (всего 46 дБ/мВт), что свидетельствует о возможности выполнения очень простой и малогабарит­ ной конструкции ответчика.

11.2.НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

САКТИВНЫМ ОТВЕТОМ

1.Устранение влияния боковых лепестков антенны.

Мощность излучения по боковым лепесткам антенны за­ просчика в горизонтальной плоскости оказывается вполне достаточной для запроса ответчиков, удаленных на боль­ шое расстояние от запросчика.

Для устранения таких ответных сигналов широко ис­ пользуется сравнение сигналов, передаваемых или прини­ маемых направленной и ненаправленной антеннами соот­ ветственно в ответчике или в запросчике. Сигнал запроса ICAO состоит из трех импульсов Рп Р2, Р3 длительностью 0,8 мкс. Для ответа бортового оборудования достаточно излучать направленной антенной импульсы Р± и Р3. Им­ пульс Р2 («контрольный») излучается ненаправленной ан­ тенной и применяется для подавления ответов на запросы по

501

равен 2 мкс.

На рис. 11.2, а показана ДН запросчика и ненаправ­ ленная ДН антенны подавления. На рис. 11.2, б показано, что ответ имеет место, если Рг и Р3 превышают Р2 на 9 дБ, и полностью отсутствует при их равенстве. Может применять­

Другой вариант подавления основан на сравнении в запросчике (например, в АПОИ) ответных сигналов, принимаемых направленной и ненаправленной антеннами. Если сигнал от направленной антенны меньше, чем от ненапрайленной, то приемник запирается (до 45 мкс). Для ис­ ключения влияния изменения коэффициентов усиления основного канала и канала подавления соотношение ампли­ туд может быть преобразовано в соотношение фаз. Жела­ тельно применять подавление как в ответчике, так и в запросчике, так как первое не защищает запросчик от приема ответов, излучаемых ответчиком на запрос по глав­ ному лепестку другого запросчика.

2. Кодирование ответного сигнала. Кодированный сигнал ответчика позволяет получить информацию в пер­ вую очередь о бортовом номере и высоте полета. Ответный код ICAO представлен на рис. 11.3. Опорные импульсы Fi и F2 длительностью 0,45 мкс, разнесенные на 20,3 мкс, используются для определения координат цели, например,

502

на экране ИКО запросчика так же, как это делается в обычных РЛС. Между импульсами Ft и F2 через 1,45 мкс могут передаваться 13 информационных импульсов. Код опознавания ВС передается в двоично-восьмеричной системе счисления четырьмя группами из трех импульсов: А, В, С, D (центральный импульс X является резервным). Каждая из четырех групп передает восемь цифр (от 0 до 7) с помо­

«)

Рис. 11.3. Ответный код ICAO (а) и ответные-сигналы на экране ИКО (б)

£>)1214— коэффициенты соответственно при 2° — 1, 21 = 2,

той разницей, что от двоичного кода переходят к цикли­ ческому двоичному коду. При этом каждое последующее число отличается от предыдущего только в одном разряде. Так как в кодирующем устройстве из-за переходных про­ цессов может произойти ошибка в том разряде, где происхо­ дит смена символа, то в случае циклического кода ошибка не может превзойти единицы младшего разряда, в каком бы разряде ни происходила смена 1 на 0 или наоборот (см. § 8.4,

п.4).

Вответчике высота кодируется через 100 футов (код ICAO), что является и погрешностью кодирования. При этом имеется специальный преобразователь «футы—метры». Кро­ ме того, ответчик может передавать сигнал бедствия (наби­ рается номер 7700), сигнал потери радиосвязи (набирается номер 7600). Сигнал опознавания данного ВС по запросу с земли передается импульсом F3, следующим после Г2 через 4,35 мкс.

503

В СССР применяется также более информативный, но более протяженный по длительности пятизначный двоично­ десятичный информационный код ответного сигнала. Для этого используются 5 декад по 8 позиций в каждой: 1-я —

четыре разряда, предназначенные для кодирования деся­ тичных цифр в двоичной системе счисления. Волее дли­ тельный код увеличивает вероятность наложения кодов от близко расположенных ответчиков.

Возможное отображение ответных сигналов на экране ИКО представлено на рис. И. 3, б. Необработанные коди­

воспроизводятся только для проверки. Сигнал 2 соответству­ ет тому же случаю, дополненному отметкой сигнала первич­ ной РЛС, которая совпадает с Fr. Сигнал 3—это декодиро­ ванный сигнал, представляемый одной отметкой, а сигнал 4 — тот же сигнал, дополняемый отметкой цели первичной РЛС. Сигнал «выбор цели» 5 соответствует конкретному ВС, код которого набирается оператором. Сигнал 6 — отметка «выбор цели», дополненная отметкой цели первичной РЛС.

Появление двойной отметки «выбор цели» соответствует пассивному декодированию, основанному на сопоставлении сигнала с заранее известным кодом. После этого оператор может по радиосвязи запросить интересующее его ВС с известным номером. При этом на ВС (на 30 с) включается сиг­ нал идентификации F3 и после декодирования на экране ИКО появляется широкая отметка 7. В отличие от пас­ сивного активное декодирование проводится, когда код самолета заранее не известен оператору. Для проведения такого декодирования на отметку вида 4 накладывается маркерная отметка, после чего на буквенно-цифровом инди­ каторе (в простейших системах автоматизации) отображаетется буква режима запроса и кодовый номер самолета. Сигнал «авария» 8 отображается с помощью двух жирных линий. Сигнал 9 — отметка цели первичной РЛС.

Всвязи с трудностью идентификации целей на ИКО и выносном буквенно-цифровом индикаторе и ограниченной их пропускной способностью созданы синтезированные инди­ каторные системы (гл. 12).

Взаключение остановимся на несинхронных ответных сигналах. Такие сигналы возникают в данном запросчике от ответчика ВС, запускаемого другим запросчиком. Так как синхронизирующие импульсы различных запросчиков

504

мени между зондирующим импульсом данного запросчика и приемом несинхронного ответного сигнала будет отличать­ ся от одного периода повторения к другому.

3. Влияние паразитных отражений в системах с актив­ ным ответом. На рис. 11.4 показан случай, когда при угле между направлениями запросчик—ответчик и запросчик— отражатель, превышающем ши­ рину луча запросчика, и доста­ точно больших размерах отра­ жателя ответный сигнал воспри­ нимается в ложном направле­ нии, т. е. как ложная цель (ЛЦ).

Рассмотрим энергетические соотношения рис. 11.4. Мощ­ ность на входе приемника от­ ветчика при прямом распростра­ нении согласно (11.1.1)

тической) радиолокации, откуда отношение мощностей как по линци запросчик—ответчик, так и ответчик—запросчик

так как практически запросчик близко раположен к отра­

отражении (11.2.3) составляют 0,076, т. е. лишь И дБ, что и подтверждает важность проблемы ложных целей.

505

Рассмотрим способ уменьшения влияния паразитных от­ ражений. В некоторых случаях для защиты от отражателей в виде различных строений могут быть использованы по­ глощающие покрытия. К расположению РЛС с активным ответом на местности предъявляются более жесткие требо­ вания, чем к РЛС с пассивным ответом. Как видно из рис. 11.5, а, низкое расположение антенны запросчика приве­

дет к отражениям от строений. Подъем антенн с целью уменьшения ширины лепестков ДН в вертикальной плос-

Рис. 11.5. Влияние отражений от строений

кости не избавляет от паразитных отражений (рис. 11.5, б), ко может оказаться целесообразным при большой площади нрыши (рис. 11.5, в). Целесообразно чтобы антенны запрос­

чика имели резкий спад ДН в области малых углов места, при котором луч проходит над переотражающими объектами.

Возможен также ряд мер, основанных на создании ви­ доизмененных запросных и ответных сигналов и совершен­ ствовании методов обработки. В частности, для двухимпульсной системы (рис. 11.2, в, г), где импульс излучает­ ся ненаправленной антенной, а импульс Р3 — направлен­

ной, увеличение времени распространения для импульса Р3 (на рис. 11.4 по пути Dlt Dz) на величину порядка 0,5

мкс приведет к тому, что ответчик не среагирует на такой запрос.

В запросчике можно произвести селекцию, сравнив по­ ложение ответных сигналов, принятых направленной и ненаправленной антеннами. Если запрос происходит, как показано на рис. 11.4, то направленная антенна принимает сначала более слабый сигнал бокового лепестка (по прямо­ му пути), а затем более сильный переотраженный сигнал главного лепестка. Ненаправленная же антенна наоборот— сперва более сильный прямой, а затем более слабый пере­ отраженный. Если же ответ по главному лепестку происхо­ дит в прямом направлейии, то имеет место обратное, т. С,

Ж

соотношение амплитуд первого и второго импульсов сохра­ няется одинаковым в направленной и ненаправленной антеннах. Сказанное позволяет осуществить необходимую селекцию.

4. Моноимпульсный метод измерения азимута в РЛС с активным ответом. Измерение азимута в РЛС с активным ответом основано на использовании обнаружителя с дви-

Рис, 11.6. Моноимпульсный метод измерения азимута в РЛС с ак­ тивным ответом и фиксация азимута методом «движущегося окна>

жущимся окном (§ 5.4, п. 2). Для серии последовательных запросов фиксируется несколько ответных сигналов одной дальности (обычно 2-3, занимающих по азимуту интервал Дрг), соответствующих переднему краю луча. Задний край определяется по серии отсутствия ответов (интервал Др2 по азимуту), после чего азимут цели вычисляется как рц = - (Рн + Р«) / 2 - (АРх + Др2) / 2 (рис. 11.6, а).

В связи с тем, что имеется большая вероятность наруше­ ния серии ответов, определяющих края луча рн и рк, или изменения пороговых значений Др! и Др2, отображение

507

траектории ВС при таком методе определения угла оказыва­ ется искаженным (рис. 11.7, а).

Гораздо лучшие результаты дает моноимпульсный метод определения угла. В таких системах антенная решетка наземного запросчика одновременно формирует суммарную и разностную ДН (рис. 11.6, б). Обычно суммарная ДН используется для пары импульсов Рг и Р3, а разностная

для контрольного импульса Р2 (см. § 11.2, п.1). Как показано на рис. 11.6, б, азимут измеряется путем сравнения с по­ мощью компаратора сигналов суммарного и разностного каналов. Разность амплитуд А(7 является функцией от­ клонения от линии симметрии Д0. Для такой операции достаточно использовать лишь один ответный сигнал, однако с целью предотвращения ответов от других запрос­ чиков требуется еще по крайней мере один ответ. Тем не менее необходимое для определения азимута число ответ­ ных сигналов по сравнению с «движущимся окном» заметно уменьшается, а точность и качество определения траекто­

Врассмотренной системе с активным ответом запрашиваются все цели, находящиеся в Пределах ДН антенны запросчика.

Врезультате возникает перегрузка системы лишними за­ просами и ответами и имеют место синхронные помехи по ответному каналу от близко расположенных ответчиков.

Развитие АС УВД выдвинуло задачи повышения коли­ чества информации, передаваемой по каналам «земля—борт» «борт—земля», уменьшения влияния внутрисистемных по­ мех, повышения разрешающей способности по координа­ там при увеличении интенсивности воздушного движения,.

Данная задача может быть решена путем перехода к индивидуальному адресному запросу каждого ВС. С этой целью ВС присваивается адресный код, и ответчик обеспе­ чивает селекцию запросных сигналов, т. е. ответ имеет место только при приеме запросных сигналов, предназначенных

данному конкретному ВС.

Адресный запрос начинается с преамбулы 3,5 мкс, включающей импульсы Рп Р2, после чего идет адрес вы­

зываемого ответчика (15 или 29 мкс), включающий 56 или 112 бит. Адрес передается с помощью относительной фазовой модуляции для чего в начале посылки излучаются два фазирующих импульса. Переход от 1 к 0 в информационном порядке производится путем инверсии фазы на 180°. Адрес­ ный ответ включает четырехимпульсную преамбулу и блок данных длительностью 56 или 112 мкс, передаваемых

508

позиционным кодом в виде рядом расположенных импуль­ сов.

Для совмещения с обычной системой активного ответа имеется режим общего запроса, в котором используются обычные импульсы Plt PZt Р3 и четвертый — Р4, задержан­ ный относительно Р3 на 1,5 мкс. На такой запрос отвеча­

ют как обычные, так и адресные запросчики.

Адресный запрос целесообразно совмещать с моноимпульсным методом измерения азимута, используя ФАР с быстрым переключением луча, что исключает лишние за­ просы.

Глава 12

ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

ВАВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ

12.1.АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ

ИНФОРМАЦИИ

1. Общие сведения. Использование для визуального съема координат целей ИКО и человека-оператора широко известно. При этом оператор выполняет функцию выделе­ ния полезных целей на основе сопоставления наблюдае­ мого изображения с образцами, полученными в результате прошлого опыта, когда отметка в виде дужки определен­ ной яркости и формы, повторяющейся через цикл обзора, воспринимается как цель.

Оператор как «устройство» съема характеризуется малой скоростью восприятия и оценки информации, низкой точ­ ностью и быстрой утомляемостью. Эти недостатки частично уменьшаются путем ограничения просматриваемого секто­ ра, однако оператор не может производить съем координат, чаще, чем один раз в 2 с, и его способность обнаруживать новые цели быстро падает после первых 30 мин работы. Хо­ тя скорости большинства гражданских самолетов еще лежат в пределах реакции человека, в связи с увеличе­ нием интенсивности воздушного движения и появлением сверхзвуковых пассажирских самолетов оператор уже не в состоянии самостоятельно выполнять всю необходимую работу.

Наиболее радикальным путем преодоления указанных трудностей является автоматизация процесса съема, обра­

509