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

эти ошибки для двухлучевой системы при одинаковых вели­ чинах ДДд, W и у получаются меньше.

Увеличение точности измерения путевой скорости дости­ гается путем использования двухлучевой системы'«вперед — назад», т. е. системы, имеющей два радиолуча А\ и Л», ори­ ентированных вперед и назад по направлению движения са­

21

отметить, что двухлучевая система имеет значительно мень­ шие ошибки измерения путевой скорости за счет неточности

Метод радиолокации, основанный на использовании частотной модуляции

Частотпо-модулированными называются колебания, час­ тота которых изменяется по определенному закону, а амп­ литуда колебаний в процессе модуляции остается неизменной:

и= Umsin [ш (t) t — <р].

Вцелях упрощения математических выражений допустим, что частота колебаний, создаваемых передатчиком, периоди­

чески изменяется по линейному закону в пределах от f m\n

дающей антенной радиоволны, встречая на своем пути объ­ ект, отражаются от него и принимаются приемной антенной. На смеситель приемника одновременно поступают колебания от передатчика (прямой сигнал) и колебания, отраженные объектом. В результате преобразования этих колебаний воз­ никают колебания, частоты которых отличаются от частот колебаний прямого сигнала и сигнала, отраженного от цели.

Среди новых колебаний будет колебание, частота которо­ го равна разности частот прямого и отраженного сигналов. Колебание разностной частоты выделяется в смесителе при­ емника при помощи колебательного контура, настроенного на разностную частоту.

22

Закономерность изменений частоты .отраженного сигнала и частоты передатчика одна и та же. График изменения час­ тоты отраженного сигнала показан на рис. 10. Он изображен в виде пунктирных отрезков прямой линии. Изменения часто­ ты отраженного сигнала отстают по времени от изменений

частоты передатчиков. Время запаздывания этих изменений и, следовательно, величина разностной частоты пропорцио­ нальны дальности до отражающего объекта:

t = 2D

с

Обращаясь к рис. 10, найдем величину разностной часто­ ты. Из треугольника АБВ и Абв имеем:

В — /пер — /п р — бв — БВ • Ав АВ

Подставив взамен БВ, Ав и АВ соответственно А Л

с4

8 А f - D

(I, 16)

ТтС

Из формулы (1,16) находим дальность

8 А /

23

Из этой формулы видно, что при частотном методе радио­ локации величина F служит мерой расстояния в отличие от допплеровских систем, где она была мерой радиальной ско­ рости цели. В выражении (I, 17) с, А/ и Тт — постоянные ве­

личины.

Разностная частота может быть измерена при помощи устройства, называемого частотомером. Шкала частотомера градуируется в единицах дальности, поскольку разностная частота, как было показано выше, пропорциональна дально­ сти до цели.

Метод частотной модуляции используется в ряде радио­ локационных устройств. Наиболее существенным достоинст­ вом этого метода является возможность применения радио­ локационных станций с частотной модуляцией для измерения сравнительно малых расстояний с высокой степенью точности. Из авиационных радиолокационных устройств с частотной модуляцией наибольшее распространение получили радиовы­ сотомеры малых высот, применяемые для измерения истинной высоты полета.

Минимальное расстояние, до которого может быть изме­ рена дальность, определяется выражением:

меньше частоты модуляции Fm= — </•". Наименьшее значение

ее F ~ F m . Подставив это соотношение в формулу (I, 17), полу­

чим выражение (I, 18).

В настоящее время радиолокационные станции с частот­ ной модуляцией находят ограниченное применение ввиду трудности создания станции, допускающей одновременное на­ блюдение за несколькими объектами.

§ 5. РАДИОЛОКАЦИЯ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ РАДИОВОЛН

Импульсный режим излучения радиоволн характеризуется тем, что передающее устройство РЛС излучает радиоволны в течение коротких промежутков времени, пауза между им­ пульсами используется для приема отраженных или ретранс­

24

лированных сигналов. Этот процесс протекает с периодом повторения Т, причем во многих радиолокационных станциях Т^> г, где т — длительность излучаемых импульсов.

Импульсный режим излучения позволяет наиболее просто разделить прямой и отраженный (ретранслированный) сиг­ налы. Порядок работы передатчика и приемника радиолока­ ционной станции показан на рис. 11.

Воел/я ра& огпы

2

К достоинствам импульсного режима излучения радиоволн по сравнению с непрерывным излучением следует отнести:

—возможность сравнительно просто и быстро осуществ­ лять наблюдение и определение координат одновременно не­ скольких объектов:

—возможность использования для передачи и приема одной антенны;

—возможность использования генераторов высокой час­ тоты в составе передатчиков с относительно низкой стабиль­ ностью частоты.

Благодаря этим преимуществам импульсные радиолокаци-

очные станции в настоящее время в ВВС и войсках ПВО на­ шли широкое распространение.

Следует, однако, отметить, что импульсному методу радио­ локации свойственны и некоторые крупные недостатки, кото­ рые являются причиной новых поисков совершенствования радиолокационной техники, и в ряде случаев эти недостатки обусловливают отказ от импульсной радиолокации и переход

кнепрерывному излучению.

Кхарактерным недостаткам импульсной радиолокации следует отнести:

— наличие у импульсных радиолокационных станций «мертвой :зоны», радиус которой в направлении распростране­

ния радиоволн равен — , что затрудняет обнаружение близ­

ко расположенных объектов;

— трудность работы с высокими импульсными напряже­ ниями на больших высотах, характерных для современных самолетов и ракет, а также сложность установки мощных бортовых радиолокационных станций;

—• необходимость использования широкой полосы про­ пускания в радиолокационных приемниках, что затрудняет их защиту от воздействия радиопомех.

Однако поскольку импульсные радиолокационные станции наиболее широко распространены в системе радиотехниче­ ского вооружения ВВС и ПВО, дальнейшее изложение будет вестись в основном применительно к этим станциям.

Блок-схема импульсной радиолокационной станции

Радиолокационные станции в зависимости от назначения могут отличаться одна от другой методами измерения коор­ динат, размерами, конструкцией отдельных узлов, числом ка­ налов в пространстве. Однако РЛС имеют, как правило, оди­ наковые по назначению элементы: синхронизатор, передатчик, антенну, переключатель антенны, линию передачи, приемник,

датчика, приемника, индикаторов. В синхронизаторе форми­ руются пусковые импульсы (рис. 13,а).

сверхвысоких частот (СВЧ) применяются обычно магнетроны. Перспективно применение многокамерных клистронов, платинотронов и других мощных генераторных приборов.

26

А н т е н н а используется для передами импульсов радио­ волн и приема сигналов цели. Как правило, антенна имеет резко направленное действие, что обусловлено необходимо­ стью измерения угловых координат и концентрацией энергии в узком телесном угле в целях достижения большой даль­ ности действия. Для обзора заданного сектора пространства конструкция антенны должна обеспечить перемещение диа­ граммы направленности в пространстве.

В РЛС, работающих в импульсном режиме, одна и та же

чает антенну на время генерирования кратковременного им­ пульса к передатчику, а в течение паузы между импульса­

ливает и преобразует сигналы в вид, удобный для исполь­ зования их в индикаторе и другом выходном устройстве (рис. 13,г). Для выделения сигналов из шумов (помех) в со­ ставе приемного канала имеются, как правило, различные помехозащитные устройства.

И н д и к а т о р ы позволяют вести наблюдение за отметка­ ми целей и определять координаты объектов. Кроме визу­ альных индикаторов, рассчитанных на обязательное участие операторов, в качестве выходного устройства могут исполь­ зоваться автоматические устройства, выдающие координаты

28

целен в виде пропорциональных напряжений в счетно-решаю­ щие устройства непрерывного действия или автоматические

чертах сводится к следующему. Синхронизатор через равные промежутки времени Т посылает кратковременные импульсы к передатчику и индикатору. Эти импульсы называются пус­ ковыми, так как они используются для запуска передатчика и индикатора. Передатчик через промежуток времени Т со­ здает мощные импульсы переменного тока высокой частоты (рис. 13,6). Импульсы передатчика по линии передачи посту­ пают к антенне.

Для предохранения приемника от воздействия мощного импульса передатчика переключатель антенны автоматически запирает вход приемника на время прохождения импульса от передатчика к антенне. Однако незначительная часть энер­ гии импульса передатчика просачивается в приемник, усили­ вается, преобразуется и подается на индикатор. После излу­ чения импульса радиоволн переключатель антенны подклю­ чает антенну к приемнику радиолокационной станции.

Радиоволны, излученные антенной направленного дейст­ вия, распространяются от радиолокационной станции в за­ данных направлениях. Встречая на своем пути препятствие (цель), они отражаются от пего по многим направлениям, з том числе и в направлении на радиолокационную станцию. Отраженные-радиоволны принимаются антенной станции. Сигналы цели от антенны поступают в приемник (рис. 13,в), где они усиливаются, преобразуются и далее поступают на индикатор.

При помощи индикатора измеряется время запаздывания отраженных сигналов относительно импульсов передатчика. Время запаздывания пропорционально расстоянию до обна­ руженной цели.

Направление на цель определяется по положению антен­ ны в момент приема отраженного сигнала. Измерение угло­ вых координат цели осуществляется при помощи специаль­ ных индикаторов или того же индикатора, по которому ве­ дется определение дальности. Число индикаторов и их вид зависят от назначения радиолокационной станции.

29

Г л а в а II

ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА ИМ ПУЛЬСНЫ Х РА Д И О Л О К А Ц И О Н Н Ы Х СТАНЦИЙ

§ 6. ВИДЫ, ПАРАМЕТРЫ И СТРУКТУРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

В радиолокации при импульсном излучении радиоволн используются импульсные колебания тока (напряжения) различной формы.

Импульсом называют кратковременный электрический сигнал, длительность которого т меньше продолжительности переходных процессов., возникающих в электрических цепях при воздействии этого сигнала, т. е. пауза между импульса­ ми должна быть достаточной для того, чтобы к началу дей­

могут быть как положительной, так и отрицательной полярно­ сти. Аналитически импульс напряжения можно записать в виде:

где Um— амплитуда импульса;

/(/) — функция, определяющая его форму.

30