Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические системы. Учебное пособие-1
.pdf
ЗАДАЧИ
1. В РЛС увеличена рабочая длина волны в два раза при сохранении
чувствительности приемника, дальности действия в свободном пространстве и разрешающей способности по дальности и угловым координатам. Как это повлияет на требуемую мощность передатчика РЛС?
В РЛС уменьшена рабочая длина волны в три раза при сохране-
2.
нии размеров антенны и дальности действия в свободном пространстве. Как это повлияет на разрешающую способность РЛС по угловым
координатам и необходимую мощность передатчика?
Как изменится дальность действия РЛС, если при неизменной
3.
длине волны необходимо в два раза улучшить разрешающую способность РЛС по угловым координатам?
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ
1. Основные сведения об РЛС: информационные параметры, так-
тические характеристики.
2.
Основные сведения об РЛС: используемые сигналы, классифи-
кация РЛС.
ЛЕКЦИЯ 8. ИЗМЕРЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ В РЛС
ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ В РЛС
ИЗМЕРЕНИЕ РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ
ИМПУЛЬСНЫЕ ДОПЛЕРОВСКИЕ РЛС
ИЗМЕРЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ В РЛС
В основе измерения дальности в РЛС лежит свойство электромагнитной волны прямолинейно и с постоянной скоростью распространяться в однородной среде (рис. 28).
2R
tc
з
Рис. 28. Определение дальности в РЛС
с = 300 000 км/с
61
Фазовый метод
R
Фазовый метод основан на измерении времени запаздывания, производимом путем измерения разности фаз между модулирующими
колебаниями, которые выделяются из излучаемого и принимаемого
сигнала.
2
c
()Ut
изл
. Даль-
Пусть излучаемый сигнал описывается выражением
cosUt. Тогда принимаемый сигнал запишется следующим обра-
00
зом:
() cos ( )
UtU tt. Разность фаз:
пр 00
з
t
0 з 0
ность определяется из соотношения
Поскольку для однозначного измерения разности фаз должно выполняться условие 02
возможно однозначное измерение фазовым методом:
c
0
. Для однозначного измерения на расстоянии
2
0
должна выбираться из условия:
Пример: если
, максимальная дальность, на которой
R
max
R частота
max
cR
.
0max
100R
max
км, то
1, 5f кГц. Это низкие частоты,
0
2
c
2
0
на которых невозможно осуществлять радиолокацию. ■
Достоинства и недостатки метода:
+ выбором частоты
может быть обеспечена высокая точность
0
измерений;
– невозможность одновременно измерять дальности нескольких
объектов;
– необходимость подавлять излучаемый сигнал, который поступает
в качестве паразитного воздействия на вход приемника;
– сложность реализации.
Область применения: при измерении дальности объектов, обору-
дованных ретрансляторами.
62
Импульсный метод
R
R
R
у
Импульсный метод основан на измерении времени запаздывания
импульсов сигнала, отраженного от цели (рис. 29).
и
Tп
t
t
з
t
Рис. 29. Импульсный метод измерения дальности
Зондирующие сигналы следуют с
периодом
T
. Период следования им-
п
пульсов определяется из условия однозначного измерения дальности
tT и определяет максималь-
зmax п
ную дальность (зону обзора):
0.5
max п
cT . При
никает ошибка, кратная
0.5
cT воз-
0.5 cT .
п
п
Время запаздывания отраженного
сигнала относительно зондирующих
импульсов
до цели:
t определяет дальность
з
0.5
ct . Разрешающая способность по дальности зависит
з
от длительности зондирующего импульса
Рис. 30. Структурная схема им-
п
льсного измерителя дальности
:
и
0.5 Rcτ
.
и
Достоинства и недостатки метода:
+ сравнительная простота конструкции, нет необходимости осуществлять развязку приемного и передающего тракта, так как используется импульсный режим излучения (рис. 30);
+ легко реализовать измерение дальности нескольких целей;
– не пригоден для измерения малых дальностей, наличие «мертвой
зоны».
Область применения: широко применяется в РЛС различного
назначения.
63
Частотный метод
f
р
р
t
f
Частотный метод основан на использовании непрерывного сигнала
с частотной модуляцией (рис. 31). Если цель неподвижна, то частота
принимаемого сигнала изменяется по тому же закону, но с запаздыва-
нием
2tRc (рис. 32).
з
Пд ГМК
А
См
У Ч
Пд – передатчик ГМК – генератор модулирующего колебания
У – усилитель А – аттенюатор (ослабляет излученный сигнал)
Ч – частотомер См – смеситель (формирует биения)
Рис. 31. Структурная схема измерителя дальности частотным методом
f
пе
f
п
tз
fб
Рис. 32. Частотный метод измерения дальности неподвижной цели:
– девиация частоты;
м
Tм
1TF
мм
– период модуляции излучаемого колебания
м
t
t
Разность частот или частота биений определяется по формуле
ft
бз
dt dt c
64
2df df R
,
где
f
R
F
f
R
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
df
dt T
м
– скорость изменения частоты излучаемого
м
F
мм
22f
сигнала. Получаем
ffF fF f
244.
бмм мм м
2
ccTc
RR
м
Таким образом, дальность определяется из соотношения
Если имеется несколько неподвижных целей, то каждой цели соответствует своя частота биений. Минимальная разность частот биений
двух целей, которые могут быть зафиксированы раздельно, равна
Этой разности соответствует разность расстояний:
c
R
4
м
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО ДАЛЬНОСТИ
деляется девиацией частоты
сигнала:
c
R
4
.
м
или шириной спектра излучаемого
м
м
.
опре-
Если цель движется, вследствие эффекта Доплера возникает дополнительное смещение частот
(рис. 33). При приближении цели к
д
РЛС доплеровское смещение положительно (частота принимаемого
сигнала больше, чем у зондирующего). При удалении цели доплеровское смещение отрицательно.
При
стоянно за период модуляции:
тельно, частота биений и доплеровское смещение:
0.5( )
дб2 б1
ff
Таким образом, определив
f (а это условие всегда выполняется) смещение по-
мизм
ff
б1 бд
и
ff
б2 бд
, следова-
0.5( )
бб1 б2
.
б1
и
, можно найти дальность цели
б2
ff
,
и ее скорость:
4
,
м
Tc
бм
R
fc f
дд0
V
.
f
22
0
.
65
р
р
f
пе
t
f
п
t
f
f
б
fб1
б2
t
Рис. 33. Частотный метод измерения дальности подвижной цели
Приведенные соотношения справедливы только для симметричного пилообразного закона частотной модуляции.
Достоинства и недостатки метода:
+ малая пиковая мощность по сравнению с импульсным методом
при высокой точности и разрешающей способности по дальности;
+ возможность измерения очень малых расстояний;
– сложность реализации при измерении дальностей нескольких
объектов;
– трудность развязки приемного и передающего трактов
;
– высокие требования к линейности измерения частоты при измерении дальности многих объектов.
Область применения: радиовысотомеры малых высот, радиодаль-
номеры для измерения расстояний до близких целей; при измерении
дальности до одного объекта может применяться гармонический закон
изменения частоты, что упрощает аппаратуру.
ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ В РЛС
Амплитудный метод
Метод максимума (анализа огибающей) реализуется с помощью
остронаправленной антенны. Применяется этот метод преимущественно в РЛС обзорного типа. Метод основан на том, что огибающая
66
амплитуд пачки импульсов принимаемого сигнала изменяется в соот-
Р
ветствии с формой диаграммы направленности антенны и достигает
максимального значения в момент времени, когда луч антенны
направлен на цель. Измеренное направление определяется положением
луча антенны в этот момент времени (рис. 34).
Пр АО УСч ДУП МПА
Пр – приемник МПА – механизм поворота антенны
АО – анализатор огибающей УСч – устройство считывания
ДУП – датчик углового положения (антенны)
Рис. 34. Структурная схема измерителя угловых координат
по максимальной амплитуде отраженного сигнала
ПЕЛЕНГАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА – это нормированное
выходное напряжение в зависимости от угловой координаты.
В пассивном режиме пеленгационная характеристика пропорциональна диаграмме направленности антенны (ДНА), в активном – квадрату ДНА. Разрешающая способность по направлению определяется
шириной пеленгационной характеристики.
Пассивный режим Активный режим
() ()ff
па
() ()ff
па
2
Достоинства и недостатки метода:
+ простота технической реализации;
– относительно малая точность,
которая зависит от ширины ДНА,
→ повышение точности требует
узкой ДНА → увеличение размера
раскрыва антенны и усложнение
конструкции пеленгатора.
Метод сравнения реализуется с
помощью направленной антенны,
имеющей два пересекающихся в
пространстве лепестка (рис. 35).
ис. 35. Структурная схема много-
канального (моноимпульсного) из-
мерителя угловых координат
67
Облучатели расположены в фокальной плоскости зеркала, но смещены
Р
Р
х
относительно фокуса, что приводит к отклонению максимумов лепестков ДНА от геометрической оси зеркала на угол
.
0
Метод основан на сравнении амплитуд сигналов, принятых по этим
лепесткам. При равенстве амплитуд
направление на цель совпадает с равносигнальным направлением (РСН).
ис. 36. Пеленгационная харак-
теристика измерителя угловы
координат по методу сравнения
амплитуд
При отклонении цели от РСН возникает сигнал рассогласования, величина которого определяется степенью
отклонения
. Пеленгационная харак-
теристика показана на рис. 36.
При импульсном режиме работы благодаря одновременному сравнению принятых сигналов полная информация об угловых координатах цели может быть извлечена из каждого импульса.
Достоинство метода: поз-
воляет обеспечить при равных
условиях более высокую точность по сравнению с методом
максимума.
В одноканальном пеленгаторе (рис. 37) облучатели поочередно подключаются ко
входу приемника с помощью
коммутатора. Сигналы целей,
смещенные относительно РСН,
модулированы по амплитуде.
Параметры модуляции (амплитуда и фаза) зависят от степени
ис. 37. Структурная схема однока-
нального измерителя угловых коор динат
и стороны смещения.
Фазовый метод
Информация о направлении извлекается из фазовых соотношений
сигналов, принятых в разных точках пространства.
Фазовый метод получил большее распространение в радионавигационных системах и будет рассмотрен в соответсвующем разделе.
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО УГЛОВЫМ КООРДИНАТАМ
зависит от ширины диаграммы направленности антенны.
68
ИЗМЕРЕНИЕ РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ
f
f
р
Определение радиальной скорости в радиолокации основано на
измерении доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала относительно частоты зондирующего сигнала (рисю. 38).
f0
ГВЧ
+ fд
f
0
ГВЧ – генератор высокой частоты Д – детектор
УНЧ – усилитель низкой частоты ИЧ – измеритель частоты
Рис. 38. Структурная схема измерителя радиальной скорости
f
0
Д
f
д
УНЧ ИЧ
Генератор высокой частоты создает незатухающие колебания с частотой
, которые излучаются в пространство. Часть мощности зон-
0
дирующего сигнала поступает в приемный канал в качестве опорного
напряжения. Отраженный от цели сигнал отличается от зондирующего
ff
на
д 0
2V
.
c
При сложении двух колебаний с разными частотами возникают биения, проявлением которых является амплитудная модуляция суммарного
сигнала с частотой
. Детектор выделяет огибающую биений – допле-
д
ровский сигнал, который поступает после усиления в измеритель частоты.
Для измерения скорости могут использоваться и непрерывные, и
импульсные сигналы.
Непрерывные сигналы Импульсные сигналы
Простота конструкции; однозначность измерений; отсутствие «мертвой зоны»; трудность
азвязки приемного и передающего тракта (две
антенны); высокие требования к кратковременной стабильности частоты передатчика
Работа на одну антенну;
усложнение конструкции; неоднозначность измерений;
наличие «мертвой зоны»
Импульсные доплеровские РЛС
В импульсно-доплеровских РЛС используется когерентный им-
пульсный сигнал с большой частотой следования зондирующих
69
импульсов (десятки или сотни килогерц). Из-за большой частоты име-
f
ется возможность однозначно измерять доплеровскую частоту, т. е.
радиальную скорость. Но период следования может быть меньше времени запаздывания сигналов от удаленной цели, в этом случае измерение дальности может быть неоднозначным.
Импульсно-доплеровские РЛС обычно устанавливаются на летательных аппаратах
жения и наблюдения движущихся целей на фоне отражений от земной
поверхности (рис. 39). Доплеровское смещение частоты сигнала, отраженного элементами земной поверхности, зависит от скорости движения летательного аппарата и ориентации элемента относительно РЛС:
2
V
f
д
cos
0
(самолетах, ракетах) и предназначены для обнару-
.
V
ц
V
ц
Рис. 39. К принципу работы импульсно-доплеровских РЛС
Сигналы пассивной помехи принимаются как по основному лучу
2 f
дmax
.
= 0 и
ДНА, так и по боковым лепесткам, т. е. при
Спектр пассивной помехи занимает полосу
с несущей частотой
Если РЛС и цель движутся на встречных курсах, то частота Доплера полезного сигнала определяется по формуле
зондирующего сигнала (рис. 40).
0
2( )
VV
f
дц ц
0
70
ц
cos
f
дmax
, а центр совпадает
2 V
.
0
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]