Литература / бакулев радиолокация распозн

УДК621.396 Б19

ББК 32. 95

Учебник

Р е ц е 11 з е 11 т ы

Федоров И.Б. - докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой "Радиоэлектронные устройства" МГТУ им. Баумана;

Засовин Э.А. - докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой

'·Радиотехнические системы и УL"J'J)ойства" МГИРЭА

Глава 1. Общие сведения

о радиолокационных

системах

1.1. Основные понятия и определения

Радиолокация это обнаружение и распознавание объектов с помо­

щью радиоволн, а также определение их местоположения и параметров

движения в пространстве. Объекты радиолокации (ОЛ) называются ра­

диолокацuонны.ми целями или просто целями. В радиолокации обычно

используются отраженные от цели сигналы или сигналы, излучаемые

самой целью и радиоустройствами, установленными на ней. Радиотехнические системы и устройства, решающие задачи ра­

диолокации, называются радиолокационными системами (РЛС) и уст­ ройствани (РЛУ), радиолокационны,wи станциями и реже радuолока­

торалtи или радарами.

Радиолокационные системы относятся к классу радиотехнических

систем извлечения информации об объектах из принимаемого радиосиг­

нала. Таким образом, РЛС осуществляют поиск и обнаружение радиосиг­

нала с последующим измерением его параметров, содержащих полезную

информацию. В РЛС задачи обнаружения и определения местоположения

цели решаются, как правило, без помощи аппаратуры объекта. Определение местоположения ОЛ в РЛС требует измерения коор­

динат объекта (цели). В некоторых ситуациях необходимо также знание составляющих вектора скорости объекта (цели). Геометрические или

механические величины, которые характеризуют положение и переме­

щение объекта или цели, называют локационными элементами (Jf,').

Радиолокационные системы обычно используются в качестве дат­ чиков информации в более сложных структурах - комплексах.

Комплексы - это совокупность функционально связанных датчи­

ков, систем и устройс_тв, предназначенная для решения конкретной так­

тической задачи, например, при управлении воздушным движением,

обеспечении полета и посадки самолетов. В комплекс могут входить:

-информационные датчики (Ид), как радиоэлектронные, так и не­

радиотехнические (например, инерциальные);

-вычислительная система (процессор) на базе одной или несколь­ ких электронных вычислительных машин (ЭВМ) или на базе специали­

зированных вычислителей, закрепленных за отдельными датчиками, в

4

б)

Р11с. 1.4. Вид экрана РЛС управления воздушным движением: а- общий вид экрана; б­ укрупненное изображение фрагме1Па -экрана с формуляром

1.3. Физические основы радиолокационных измерений

Информативный параметр сигнала. Информация о геометриче­

ских элементах W, характеризующих положение и элементы движения объекта (цели), содержится в параметрах радиосигнала. Такой параметр

называется инфор:wативны:w. В общем случае электромагнитное поле в точке приема является одновременно функцией времени и координат пространства. Поэтому информативными параметрами у радиолокаци­ онного сигнала могут быть время прихода, частота, начальная фаза, ам­

плитуда, а также направление прихода сигнала (два угла в пространст­

ве) и параметры поляризации поля.

Поиск сигнала производится по его информативному параметру. При этом приходится либо поочередно просматривать все значения этого

параметра, либо одновременно наблюдать их. Устройства поиска, осно­

ванные на первом методе (устройства последовательного поиска), более

просты в реализации, но требуют времени на просмотр всех возможных

значений параметра. Устройства, основанные на втором методе (устрой­

ства параллельного поиска), способны обнаруживать сигнал за сущест­ венно меньшее время, однако оказываются технически более сложными.

Следует отметить, что обнаружение сигнала по информативному

параметру при поиске эквивалентно грубой оценке (измерению) этого параметра, а следовательно, и элемента W. Эта .информация использует­ ся при последующем точном измерении (уточнении) W.

Реальная среда не является однородной и обладает определенным

коэффициентом преломления п. В такой среде скорость распростране­

ния радиоволн v = с/п, где с - скорость радиоволн в вакууме (скорость света), равная 299792458,2± 1, 1 м/с. Неоднородность среды, в которой

распространяются радиоволны, приводит к тому, что скорость их рас­

пространения в реальных условиях не остается постоянной, а траекто-

8

рия радиоволн не совпадает с кратчайшим расстоянием (прямой) между точками излучения и приема колебаний. Поэтому в точных РЛУ необ­

ходим учет влияния среды распространения на точность определения

элемента W. В приближенных расчетах влиянием п часто пренебрегают

и считают v =с= 3· 108 м/с.

Дальность до цели в РЛС измеряют по времени запаздывания при­

нятого сигнала относительно известного времени его излучения. На­ пример, в РЛС время запаздывания отраженного сигнала относительно

излучаемого (зондирующего сигнала) tu=2Rlc, где R - дальность до це­

ли; с - скорость распространения радиоволн.

Скорость объекта обычно определяют по доплеровскому сдвигу несущей частоты сигнала fo. В рад11олокационных измерителях ради­ альной скорости, например, доплеровский сдвиг частоты Fд связан с ра­

диальной скоростью движения объекта Vr соотношением

F;. =-(2Vr )fo =_2Vr ,

сJ0

где л.0 - длина волны излучаемого сигнала; Vr - радиальная скорость от­

носительного движения цели.

Угловые координаты можно измерять, используя направленные свойства антенны. Например, при обзоре пространства узким лучом ан­ тенны угловое положение объекта относительно направления, принято­ го за опорное, можно определить в момент достижения амплитудой

принятого сигнала максимума. Используют и другие методы определе­

ния угловых координат.

Одной из основных задач при обнаружении сигналов и измерении их информативных параметров является разрешение сигналов, осущест­

вляемое РЛУ, способным обнаруживать и раздельно измерять мало от­

личающиеся информативные параметры, соотве;ствующие мало отли­

чающимся элементам W, характеризующим положение и параметры

движения объекто,в (целей). В радиолокации обычно говорят о разреше­

нии целей, незначительно отличающихся по дальности, угловым коор­

динатам или скорости. Способность РЛУ разрешать сигналы (цели) оп­

ределяется типом используемого сигнала, шириной диаграммы направ­

ленности антенны, а также способом обработки сигнала и видом приня­ того в системе представления информации об объекте (цели).

В некоторых случаях по принятому сигналу требуется решить за­

дачу распознавания объекта (цели). В радиолокации применяют ана­

лиз тонкой структуры принятого сигнала или анализ спектра отражен­

ного сигнала, и тот и другой зависят от конфигурации и размеров от­ ражающеrо объекта.

9