flesh / Книга / 17_g

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

Работой измерителя управляет синхронизатор, запускающий передатчик (Прд) и синхронизирующий работу оконечного устройства. В оконечном устройстве осуществляется измерение времени запаздывания отраженных импульсов относительно синхронизирующих. Измерение временного интервала в устройствах с выводом информации на экран осуществляется путем использования линейной развертки электронного луча. Смещение отметки сигнала, отраженного от цели, относительно начала развертки определяет дальность до цели.

Измерениедальности можнопроводитьи в цифровомвиде. Для этого в момент посылки зондирующего импульса начинается накопление счетных импульсов, заканчивающееся в момент прихода отраженного. Число счетных импульсов переводится в цифровую форму. Точность измерения дальности определяется, в том числе, интервалом между счетными импульсами.

Импульсный метод прост, пригоден для одновременногоизмерениядальности домногихцелей, позволяетиспользоватьоднуантенну. Однако у него есть и недостаток. На время излучения зондирующего импульсаприемникдальномеразаперт.Этовремякакминимумравняется длительности импульса и доходит до сотен метров. Появление «мертвой зоны»непозволяетизмеритьмалыерасстояния, в частности при использовании в качестве высотомера малых высот.

Частотный метод измерения дальности предполагает использование непрерывного сигнала, модулированного по частоте. Как правило, используетсялинейнаячастотнаямодуляция(ЛЧМ)(рис.17.12).

Частотный модулятор осуществляет модуляцию высокочастотныхколебаний генератора высокой частоты(ГВЧ). Всмеситель(СМ) поступают два сигнала – отраженный от цели и опорный от ГВЧ. Сигнал разностной частоты выделяется и усиливается в усилителе низкой частоты (УНЧ), после чего поступает на частотный анализатор (ЧА). Целям, находящимся на разных дальностях, соответствуют разные частотные составляющие, которые выделяются с помощью ЧА. На рис. 17.12, б приведены временные диаграммы, поясняющие работу дальномера.

228

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

менно, принятый сигнал отличается от зондирующего толькона время задержки ТD = 2D/C:

Зондирующий ипринятый сигналыотличаютсяна разностьча-

стот fр = | fпр – fизл|:

В случае если для выполнения условия однозначности результата выполняется неравенство D < TM,дальность определяется измерением разностной частоты:

Так как частотный дальномер характеризуется точностью, малой минимальной дальностью и простотой конструкции при необходимости измерения толькоодной цели, он широкоиспользуется в качестве высотомера малых высот в авиации.

229

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

Как известно, измерение радиальной скорости изменения расстояния между целями и РЛС основано на измерении доплеровского сдвига отраженного сигнала. Как уже отмечалось, измерение частотного сдвига наиболее просто провести при непрерывном гармоническом сигнале (рис. 17.13).

А1

ГВЧ

ц

Ч УНЧ Д

А2

Рис. 17.13. Измеритель радиальной скорости

Передатчик вырабатывает гармонический сигнал fs, которым облучается цель. На приемную антенну А2 приходят отраженные колебания с частотой fs + fд, причем доплеровское изменение частоты fд = fs 2Vr/C. На детектор Д приемника поступает как зондирующий, так и отраженный сигнал. В результате опорный сигнал fs модулируется по амплитуде разностной частотой fд. После выделения огибающей биений и их усиления усилителем низкой частоты УНЧ они поступают на частотомер Ч, в котором частота измеряется. Информацияорадиальнойскоростиможетбытьпредставленакакваналоговом, так и в цифровом виде.

Предъявляютсядовольновысокиетребованияпократковременнойстабильности частотыпередатчика. Требуетсяразвязка антенных устройств. Вариантыконкретныхтехническихреализаций будутрассмотрены далее.

17.1.3. Обзорные радиолокационные станции

Радиолокационные обзорные станции решают задачи поиска целей, обнаружения целей и измерения их координат. ОбзорныеРЛС одновременно работают по многим целям. Обзорные РЛС используют импульсные зондирующие сигналы (пачки радиоимпульсов), отличающиеся частотой следования и наличием или отсутствием коге-

230

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

рентности. На практике используются импульсные некогерентные РЛС, когерентно-импульсные РЛС с селекцией движущихся целей (СДЦ), РЛС бокового обзора и импульсно-доплеровские РЛС.

Поиск и обнаружение целей в заданной области пространства называется обзором пространства.

Временем обзора называется продолжительность однократного просмотра области обзора. Оно зависит как от размера области обзора, так и от требуемого качества обнаружения целей и выбранного способа обзора.

Обзор пространства может быть параллельным и последовательным.Припараллельномобзоревесьтелесныйуголобластиобзораплотно заполняется парциальными пересекающимися на уровне половинной мощностилучамистелеснымугломкаждоголуча,равнымразрешению поуглу. В каждом парциальном лучеосуществляется просмотр дальности вдоль оси луча за время приема пачки отраженных импульсов tп =nTсл. Числоимпульсов в пачкевыбираетсяисходя изпараметров обнаружения, а общеевремя обзора Тобз = tп= nTсл . Дляосуществления такого обзора требуется сложная РЛС, использующая многолучевую ДН антенной системы, новремя обзора всегопространства минимально.

При последовательном обзоре луч ДН перемещается по заданной области обзора, находясь в каждом направлении в течение времени п = nTсл. Время обзора определяется скоростью обз движения луча. Значение обз ограничено сверху условием обз < /nTсл.

В случае кругового обзора (рис. 17.14, а) пространство обзора

Вслучаевинтового(спирального) обзора(рис. 17.14,б)пространствообзора ограниченокоординатами: дальностью 0<D < Dmax;азимутом0< аз =360° иугломместа0< у.м <90°. Времясовершения одного витка равноТвит = 360°/ обз =360° n Tсл / у.м, общеевремяобзора

231

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

Вслучаесекторного(строчного)обзора (рис. 17.14,в)пространствообзораограниченокоординатами:дальностью0<D<Dmax;азиму-

том min < аз < maxиугломместа min < у.м < max. Время,затрачиваемое на одну строку, определяется временем Тстр = ( max – min ) / обз >

> ( max – min )nTсл / аз , а числострок ( max – min ) / у.м. Время, затрачиваемое на переход от строки к строке, обозначим tпер. Число перехо-

дов равно nпер = 2(nстр – 1). Общеевремя обзора будет определяться по формуле:

tобз nстрTстр 2 nстр 1 .tпер

в

Рис. 17.14. Варианты обзора пространства:

а – круговой; б – винтовой (спиральный); в – секторный (строчный)

Отметим, что в случае электрического управления лучом возможен ступенчатый (поэлементный) обзор пространства. В случае применения многопозиционных РЛС по-разному формируются как зона обзора, так и варианты обзора пространства. Кроме того, дальнейшее развитие РЛС приводит к методам адаптивного обзора.

232

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

Рассмотрим некогерентную РЛС. В ней возможно измерение угловых координати дальности (рис. 17.15). Рассматривая РЛС как систему, назовем основные входящие в нее подсистемы: синхронизатор, передатчик,приемник,антенноеустройство,индикаторноеустройство и устройствосъема цифровой информации. Заметим,чтоантенноеустройство может быть выполнено как с механическим изменением положения антенны, так и с управлением лучом с помощью электрических сигналов – в видефазированной антенной решетки.

Передатчик

Рис. 17.15. Обзорная некогерентная импульсная РЛС

233

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

Входящий в РЛС синхронизатор (Синхр.) обеспечивает согласованнуюработуподсистемРЛС. Периодследованиясинхроимпульсов выбран из условия обеспечения однозначности измерения дальности – сигнал от цели, находящейся на расстоянии Dmax, должен быть принят допосылки следующегозондирующегоимпульса:Tсл > 2DmaxС. Частота следования Fс = 1/Tсл достаточно низкая (в пределах сотен герц). Передатчик включает в себя модулятор (МОД) и генератор высокой частоты (ГВЧ). Промодулированный сигналом МОД ГВЧ генерирует мощный СВЧ-импульс, поступающий через антенный переключатель (АП) в антенну А и излучающийся в свободное пространство. В состав антенногоустройства входит устройствоперемещенияантенны– редуктор (РД) и электродвигатель (ЭД). Информация о положении антенны снимается с датчика углового положения (ДУП). На время излучениязондирующегосигналаантенныйпереключательзащищает вход приемника, а затем обеспечивает благоприятные условия для приема отраженных сигналов. Приемник РЛС осуществляет усиление и селекцию входных сигналов, перенос их на промежуточную частоту смесителем и квазиоптимальную фильтрацию в усилителе промежуточной частоты(УПЧ). Предусмотреныавтоматическаяподстройка частоты (АПЧ) и автоматическая регулировка усиления (АРУ), с помощью которой осуществляется согласование коэффициентаусиленияУПЧсдинамическимдиапазономпринимаемыхсигналов. После детектирования в амплитудном детекторе (АД) и усиления в видеоусилителе (ВУ) сигнал поступает в индикаторное устройство. В качестве примера приведем индикатор с радиально-круговым растром и яркостной отметкой цели. При поступлении синхроимпульса схемой развертки по дальности (СРД) луч линейно перемещается по ЭЛТ от центра к периферии. Синхронно с вращением луча антенны схема развертки по азимуту осуществляет угловое смещение развертки. Накопителем энергии пачки импульсов является электронно-лу- чевая трубка (ЭЛТ). РЛС может быть оснащена устройством съема цифровой информации,включающимв себяцифровойобнаружитель (ЦО), цифровой измеритель азимута (ЦИА) и цифровой измеритель дальности (ЦИД). С помощью цифрового вычислительного устрой-

234

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

ства (ЦВУ) осуществляется вторичная обработка радиолокационной информации и слежение за целями; восстановление и запоминание ихтраекторий;цифроваяфильтрацияпоследовательностей отсчетов; отбрасывание аномальных результатов. Информация с РЛС может передаватьсяполиниямсвязи и воспроизводитьсяна мониторахкомпьютеров.

Основным достоинством некогерентных РЛС является сравнительная простота технических решений, а основным недостатком – отсутствие разрешения целей по скорости и, следовательно, слабая помехоустойчивость при воздействии пассивных помех.

Большими возможностями обладают когерентно-импульсные РЛС с селекцией движущихся целей.

Выделитьсигнал, отраженный отцели при наличии пассивных помех, увеличением энергетики РЛС не удается, так как пропорционально растут уровни отраженных сигналов от цели и помехи (например, от пассивных отражателей). Более эффективен путь использования различий в сигналах от цели и помехи.

На практике, как правило, интересны подвижные цели. Даже если источники пассивных помех подвижны, они имеют различие с целью по скорости. Следовательно, возможно использование доплеровского сдвига частот отраженного сигнала от цели и пассивной помехи.

Использование в качестве зондирующего сигнала когерентной пачкиимпульсов,частотаследованиякоторыхобеспечиваетоднозначноеизмерениедальности, позволяетпостроить РЛС с селекцией движущихся целей (СДЦ).

Учтем, что однозначное измерение скорости не следует из однозначногоизмерениядальности. Однакоосновной задачей является не измерение, а селекция движущихся целей; доплеровское смещение частоты можно не измерять.

Сделаем предположение, что источники пассивных помех неподвижны и будем рассматривать зондирующий сигналкак непрерывное гармоническое колебание, в дальнейшем перейдя к импульсному режиму работы РЛС (рис. 17.16).

235

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

Рис. 17.16. Принцип селекции движущихся целей

РЛС излучает зондирующий сигнал US0 с частотой fS0 . Отра-

женныесигналыотподвижной цели Uотр имеютчастоту fS fS0 fД .

При подаче зондирующего и отраженного сигналов для сравнения частотможносравниватьихфазы в фазовомдетекторе. Если имеется сдвиг частот между сигналами, подаваемыми на фазовый детектор,

появляется набег фазы и соответственно, зондирующий US0 и отра-

женный Uотр сигналы периодически оказываются синфазными или противофазными друг другу. В результате на выходе фазового детектора возникает гармоническое колебание UД с частотой, равной разности частот подававших сигналов, т.е. fД. Так как сигнал от непод-

вижной цели по частоте совпадает с частотой fS0 , то у него отсут-

ствуетмодуляцияамплитуды.Движущиесяжецели даютотраженный сигнал с частотой fД и промодулированы по амплитуде. Такое же яв-

236

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

ление можно получить, формируя зондирующие импульсы, вырезая их из колебаний, создаваемых генератором высокой частоты передатчика. Тогда на фазовый детектор подают сигнал с генератора и отраженные радиоимпульсы, высокочастотное заполнение которых несет информацию о движении целей.

ОднимизвозможныхвариантовреализацииРЛС сСДЦявляется схема с магнетроном. Для создания опорногонапряжения используется внутренний когерентный гетеродин (КГ), синхронизируемый пофазезондируемымсигналом.Таккакмагнетрон работаетвимпульсном режиме, после излучения зондирующего импульса опорное напряжение продолжает синхронные колебания с излученным импульсом на протяжении всего периода зондирования. Технически проще осуществить фазирование на промежуточной частоте (рис. 17.17).

Рис. 17.17. Когерентно-импульсная РЛС с селекцией движущихся целей

ичерезпериодной компенсацией

Всхеме есть два канала – приемный и фазирования. Перенос частот осуществляется с помощью местного гетеродина (МГ). Снятый с ГВЧ сигнал переносится на промежуточную частотуи фазирует когерентный гетеродин (КГ). Опорный сигнал с КГ и усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника поступает на фазовый детектор (ФД), на выходе которого имеется модулированная по амплитудепоследовательностьимпульсов,отраженныхотподвижной цели,

237