книги из ГПНТБ / Пелюхов П.И. Основы радиолокации учебное пособие

Такие индикаторы условно принято называть индикатора­ ми типа А. Шкала времени на них создается равномерным прямолинейным движением светового пятна вдоль диаметра электронно-лучевой трубки от одного края экрана к другому. Путь перемещения светового пятна по поверхности экрана называется р а з ь е р т к о й .

Индикаторы типа А преимущественно применяются в на­ земных радиолокационных станциях обнаружения и целеука­ зания. Основные преимущества индикатора — простота устрой­ ства, высокая точность измерения дальности до цели и воз­ можность судить по форме отраженных сигналов о характере цели.

Однако определение угловых координат по отметкам целей, наблюдаемых на экране индикатора типа А, невозможно. Сле­ дует также подчеркнуть, что на экране индикатора видны от­ метки только от тех целей, которые одновременно находятся в пределах зоны, равной ширине диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости.

Блок-схема индикатора типа А, отображающая основные элементы и их взаимодействие, представлена па рис. 91.

Пусковой импульс синхронизатора станции (рис. 91,6) одно­ временно с передатчиком запускает расширитель — генератор прямоугольных импульсов (рис. 91,в). В качестве расширителя может быть использован мультивибратор, работающий в жду­ щем режиме. Длительность импульса расширителя опреде­ ляет продолжительность прямого хота развертки, импульса подсвета трубки и рабочий цикл генератора масштабных импульсов.

Передним фронтом импульса расширителя запускается ге­ нератор развертки, который генерирует линейно изменяющееся напряжение (рис. 91,г). Это напряжение после усиления по-

Рис. 91,а

дается на пластины горизонтального отклонения электронно-' лучевой трубки индикатора.

В индикаторе типа А обычно используется электронно-лу­ чевая трубка с электростатическим управлением. Подача ли­ нейно нарастающего напряжения на пластины горизонтального отклонения обеспечивает равномерное движение светового пятна по экрану трубки вдоль линии развертки.

Амплитуда пилообразного напряжения развертки устанав­ ливается такой, чтобы можно было получить длину развертки,

оавную диаметру трубки.

Путь перемещения светового пятна от начальной точки к противоположному краю экрана называется прямым ходом луча, движение в обратном направлении — обратным ходом. Время прямого хода обычно выбирается значительно больше времени обратного хода.

Вследствие инерционности нашего зрения быстрое пере­ мещение светового пятна по экрану индикатора восприни­ мается в виде непрерывной световой линии, называемой линией развертки.

Время перемещения светового пятна по экрану электронно­ лучевой трубки в течение прямого хода развертки называется временем (или длительностью) развертки (гр).

Дальность, соответствующая длительности развертки, при­ нято называть м а с ш т а б о м р а з в е р т к и или м а с ш т а- б ом д а л ь м о с т и:

Чтобы перейти к другому масштабу развертки, необходимо изменить время развертки. Время развертки, соответствующее

132

времени нарастания напряжения развертки (рис. 91,г), всегда известно и может быть рассчитано или измерено приборами.

Масштаб дальности устанавливается меньше или несколько больше максимальной дальности радиолокационной станции. Один и тот же индикатор может иметь несколько масштабов дальности (50, 100, 200, 400 км и т. д.).

Перемещение светового пятна по экрану с постоянной ско­ ростью позволяет разделить шкалу времени (дальности) на равные интервалы. Таким образом, подача линейно нарастаю­ щего пилообразного напряжения развертки обеспечивает соз­ дание равномерной шкалы времени, которая может быть за­ менена шкалой дальности.

Для образования амплитудных отметок выход радиолока­ ционного приемника подключается к пластинам вертикального отклонения.

Движущееся но экрану световое пятно под воздействием импульсного напряжения отклоняется от прямолинейного пути на время, равное длительности импульса. В начале шкалы наблюдается импульс своего передатчика.

Каскад засветных импульсов выдает прямоугольный им­ пульс положительной полярности на время прямого хода раз­ вертки, который подводится к сетке трубки (рис. 91,d ); в ре­ зультате потенциал сетки относительно катода становится более положительным и трубка отпирается. Задний фронт им­ пульса засве“га соответствует окончанию прямого хода раз­ вертки.

Запирание эдектронно-лучезон трубки в паузе между засветными импульсами устраняет обратный ход развертки ц увеличивает срок службы трубки. Наличие обратного хода могло бы привести к ошибкам в отсчете дальности.

Генератор масштабных импульсов создает кратковременные импульсы, следующие с постоянным периодом посылки (рис. 91,е). Эти импульсы подводятся к пластинам вертикаль­ ного отклонения и образуют на экране индикатора масштаб­ ные отметки дальности, которые используются при отсчете дальности с целью увеличения точности отсчета.

Генератор напряжения развертки управляется отрицатель­ ными импульсами расширителя (рис. 91,в), при отсутствии ко­ торых лампа Л открыта (рис. 92); конденсатор Ci заряжен от источника питания до напряжения, равного анодному на­ пряжению:

133

Передним фронтом отрицательного импульса лампа запи­ рается, и конденсатор Сi начинает заряжаться от источника питания. Напряжение на конденсаторе Сt, возрастая, стремит­ ся к напряжению Ел по экспоненциальному закону. Заряд кон­ денсатора продолжается в течение времени, равного длитель­ ности отрицательного импульса расширителя при постоянно]! времени цени заряда тn = CiRa.

Амплитуда пилообразного импульса напряжения развертки па выходе равна:

ис -■ -=- и( £я ао) ( l - е С ^ ' ) ,

где /,, — длительность импульса расширителя. Следовательно, время заряда конденсатора

С П Л п ' У " ' . (III,3)

Чтобы возрастание напряжения было более равномерным, сопротивление Ял выбирается достаточно большим, что позво­ ляет использовать только начальный, наиболее линейный уча­ сток экспоненты ис = ггс (t).

Изменение масштаба разкертки достигается переключением одновременно элементов схемы расширителя, определяющих длительность его импульса, и конденсаторов (сопротивлений) в генераторе развертки.

Индикатор дальности с кольцевой разверткой

В индикаторе с кольцевой разверткой световое пятно на экране перемещается по окружности с постоянной скоростью (рис. 87). Путь светового пятна по окружности есть линия раз­

134

вертки. Длина этой линии в 3,14 раза больше диаметра и, сле­ довательно, для каждой трубки больше ее прямолинейной разьертки. Увеличение длины линии развертки дает возможность повысить точность отсчета дальности или использовать трубку меньшего диаметра. Другое достоинство рассматриваемого индикатора состоит в том. что при кольцевой развертке нет обратного хода луча.

Расстояние до цели отсчитывается по шкале относительно импульса передатчика (или отметочного импульса). Отражен­ ные сигналы на кольцевой развертке получаются в виде ра­ диальных выбросов, амплитуда которых зависит от интенсив­ ности отраженного сигнала. Масштаб развертки здесь опре­ деляется временем одного цикла движения светового пятна по окружности.

Индикаторы с кольцевой разверткой применяются как в наземных, так и в самолетных радиолокационных станциях Наиболее широкое распространение они получили в радио­ высотомерах больших высот и в самолетном устройстве дальнемерной системы самолетовождения и бомбометания, в стан­ циях слежения за целью в зенитной артиллерии.

Кольцевая развертка может быть создана путем подачи на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки с электро­ статическим управлением двух синусоидальных напряжений, одинаковых по амплитуде и частоте и с фазовым сдвигом на

И)°:

импульсов или частота, кратная частоте посылки импульсов). На рис. УЗ изображе­

на простейшая схема подачи развертывающих напряжений к отклоня­ ющим пластинам. В этой схеме для уравнивания амплитуд колебаний т и и.г сопротивление R под­

135

В цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления R и емкости С колебания напряже­ ния па участке с активным сопротивлением сдвинуты по фале на 90° относительно колебаний напряжения па участке цепи с емкостью С, Электрические силы, воздействующие на элект­ ронный поток в пространстве между пластинами, прямо про­ порциональны напряжениям щ и Щ>, приложенным к пласти­ нам, т. е. закон изменения этих сил соответствует закону изме­ нения приложенных напряжений.

Возьмем прямоугольную систему координат с осями X и У и совместим ее начало с центром экрана индикатора (рис. 94').

Пусть точка а --- произвольная точка на окружности с те­ кущими координатами х и у. Из треугольника Оаб следует, что для любой точки на окружности справедливо уравнение:

г — \ X2-г У2 ~ const.

'Движение светового пятна по окружности возможно лишь в том случае, когда отклоняющая сила, действующая на электронный поток, будет постоянной по величине.

Под действием синусоидального электрического поля между горизонтально отклоняющими пластинами световое пятно бу­ дет перемещаться вдоль оси иксов по закону:

х = г sin О t.

Под действием электрического поля между вертикально отклоняющими пластинами световое пятно будет перемещать­ ся вдоль оси игреков по закону:

у = г cos П /.

136

При одновременном воздействии на электронный поток Двух взаимно-перпендикулярных электрических полей на него будет действовать равнодействующая сила. Результирующей траекторией движения светового пятна по экрану индикатора будет окружность, так как сила F, отклоняющая электронный поток, в любой момент времени будет постоянной:

F' =k \ У]2-j- и>~ ----- к \ Uт- (sin2£2 <-f cos212 t) ■- к V т,

где /.' — постоянный коэффициент.

Так как амплитуда Um =const, то F = k U const.

Для получения на кольцевой развертке амплитудных отме­ ток от объектов наблюдения применяют специальные элект­ ронно-лучевые трубки, снабженные дополнительным электро­ дом в виде металлического стержня, укрепленного вдоль оси трубки и имеющего вывод в центре экрана. Этот электрод иногда называют центральным (рис. 95). Видеоимпульсы с вы­ хода приемника подводятся к центральному электроду, вокруг которого на время действия импульса образуется радиально отклоняющее электрическое поле. Когда центральный элект­ род заряжен отрицательно, выброс на кольцевой развертке направлен от центра экрана, так как одноименные заряды отталкиваются. Когда же центральный электрод заряжен по­ ложительно, выброс будет направлен к центру экрана, так как разноименные заряды, притягиваются.

К передающему

устройству

Рис. 95

137

Изменение масштаба развертки в индикаторе достигается путем изменения частоты (периода) синусоидальных колеба­ ний при помощи одного или нескольких делителей частоты.

Для выделения первого или какого-либо другого периода развертки из всех периодов повторения импульсов передатчика на управляющий электрод трубки подается импульс засвета прямоугольной фермы.

§ IK. ИНДИКАТОРЫ ДАЛЬНОСТИ И АЗИМУТА

Существенный недостаток рассмотренных выше индикато­ ров дальности состоит в том, что они пригодны для непосред­ ственного измерения только одной координаты цели -—наклон­ ной дальности — и не дают возможности наблюдать общую воздушную или наземную обстановку. Мри измерении ази­ мута цели их применение должно сочетаться с применением других, например стрелочных индикаторов, в которых пере­ мещение стрелочного указателя в любой момент времени соот­ ветствует положению антенны относительно направления, от которого отсчитывается азимут. Отсчет азимута цели в таком случае осуществляется по азимутальной шкале стрелочного прибора, а момент для отсчета определяется по наибольшей интенсивности отметки цели на экране индикатора дальности. Этот момент соответствует, например, такому положению ан­ тенны, когда направление максимального излучения в азиму­ тальной плоскости совпадает с направлением на цель.

В современных наземных и самолетных радиолокационных станциях широко применяются индикаторы с электронно-луче­ выми трубками, позволяющими одновременно наблюдать за

воздушной пли наземной обстановкой и определять две коор­ динаты цели — дальность и азимут.

Измерять дальность и азимут цели по положению ее от­ метки па экране индикатора можно в полярной или прямо­ угольной системе координат.

Рассмотрим два вида индикаторов дальности и азимута: индикатор с радиально-круговой разверткой и индикатор со строчной разверткой.

Индикатор с радиально-круговой разверткой

Индикатор с радиально-круговой разверткой принято на­ зывать индикатором кругового обзора (ИКО). В этом индика­ торе отсчет координат целй ведется в полярной системе. Точ­ ка, соответствующая началу развертки, принципиально может быть помещена в любую точку экрана трубки. Очень часто начало координат совмещают с центром экрана. В этом случае

138

линия развертки (линия дальности) прочерчивается вдоль Радиуса экрана (рис. 87,в).

Перемещение линии развертки по экрану синхронизируется с вращением антенны станции в азимутальной плоскости. Следовательно, положение линии развертки в любой момент времени соответствует положению антенны относительно на­ правления, принятого за начальное (северное направление географического меридиана, направление продольной оси са­ молета и т. д.).

Направление линии развертки связано с направлением из­ лучения антенной системой максимума энергии.

Наличие строгой синхронности н синфазности вращения линии развертки и антенны обусловливает возможность опре­ деления азимута цели, так как появление отметки цели на экране индикатора зависит от положения антенны, которая излучает и принимает отраженные радиоволны в определен­ ном секторе.

В рассматриваемом индикаторе применена яркостная от­ метка цели. Обычно свечение линии развертки подбирается слабым. Яркость светового пятна заметно увеличивается, как только на индикатор поступит сигнал, отраженный от цели.

Отметки целей имеют вид ярких дужек, толщина которых пропорциональна длительности импульса цели, а длина — Ширине диаграммы направленности антенны в горизонталь­ ной плоскости.

Расстояние между отметкой цели и точкой, соответствую­ щей началу развертки, прямо пропорционально наклонной дальности до цели. Угол между направлением, принятым за начальное, и направлением, проходящим через середину от­ метки цели, соответствует азимуту или курсовому углу цели.

Отсчет координат целей, обнаруженных на экране индика­ тора, может быть произведен с помощью заранее отградуи­ рованных шкал азимута и дальности. Эти шкалы могут быть механическими или образованы при помощи специальных ка­ либрационных ,меток дальности и азимута, создаваемых электрическими устройствами. В последнем случае метки даль­ ности имеют вид концентрических окружностей, а метки ази­ мута— радиальных линий (рис. 87,в). Обычно угол между двумя метками азимута равен 5 или 10°.

Время послесвечения экрана индикатора кругового обзора выбирается не менее продолжительности одного оборота ан­ тенны. По этой причине после прекращения возбуждения в данной точке экрана отметки цели мгновенно не исчезают.

Расположение отметок целей на экране соответствует пла­ ну расположения целей в пространстве относительно радиоло­ кационной станции. Таким образом, на экране индикатора

139

кругового обзора в соответствующем масштабе наглядно изо­ бражается окружающая обстановка в пределах радиусу дей­ ствия станции. По положению отметок цели можно определять координаты целен, находящихся на разных дальностях и ази­ мутах, и следить за изменениями в воздушной или наземной обстановке.

Достоинство индикатора кругового обзора— наглядность изображения воздушной обстановки или местности, макси­ мальное использование площади экрана — обусловили широ-

140