Подполковник запаса ж.Атчабаров

ЗАНЯТИЕ 5

МЕТОДЫ ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ

И ВЫСОТЫ ПОЛЕТА ЦЕЛЕЙ

• Слуцкий В.З., Фогельсон Б.И. Импульсная техника и основы радиолокации.

• Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства.

• Справочник по основам радиолокационной техники. Воениздат, 1967.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

10 мин.

1.

Методы обзора пространства

20 мин.

2.

Принцип определения высоты полета целей

25 мин.

3.

Принцип измерения высоты целей в современных РЛС

25 мин.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

10 мин.

№ п\п

Изучаемый вопрос

метод

время

1

2.1

2.1

2.2

2.3

3

Вступительная часть:

• Прием доклада дежурного по взводу;

• Проверка личного состава и готовности к занятию;

• Опрос по пройденной теме:

-Принцип импульсно-частотного метода радиолокации (сжатия импульсов).

-Сущность эффекта Допплера, уравнение допплеровской частоты т его анализ.

-Принцип работы двухчастотной импульсной РЛС одновременного излучения.

-Сущность метода пеленгации по максимуму.

• Доведения темы, целей занятия и учебных

вопросов;

____________________________________________

Основная часть.

Первый учебный вопрос.

Методы обзора пространства

Для обнаружения воздушных целей с помощью РЛС необходимо обеспечить облучение радиоволнами окружающего пространства. Облучение окружающего пространства осуществляется перемещением излучаемой электромагнитной энергии, сконцентрированной с помощью антенны РЛС в пределах определенного телесного угла в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Сечение направленного электромагнитного луча в горизонтальной или вертикальной плоскости называется диаграммой направленности антенны (ДНА) в соответствующей плоскости. Форма и ширина ДНА в соответствующей плоскости определяется конструкцией антенной системы РЛС.

Перемещение направленного электромагнитного луча антенны для последовательного облучения окружающего пространства называется радиолокационным обзором ( слайд 51).

В зависимости от способов перемещения ДНА в пространстве различают следующие виды обзора:

- круговой	- конический
- секторный	- пилообразный
- винтовой	- строчный
- спиральный

Графически они характеризуются кривой, которую описывает линия максимального значения ДНА при ее перемещении в пространстве.

Скорость радиолокационного обзора во всех случаях должна быть согласована с шириной ДНА в горизонтальной (φ_0,5р) и вертикальной (θ_0,5р) плоскостях и с частотой повторения зондирующих импульсов (F_n), чтобы обеспечить облучение каждой точки пространства, то есть надежного обнаружения целей. (φ_0,5р и θ_0,5р - ширина ДНА соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне 0,5 по мощности.)

Применение видов обзора зависит от тактического назначения РЛС.

Круговой обзор

Круговой обзор используется в РЛС дальнего обнаружения, работающих в режиме кругового обзора. Эти РЛС должны обнаруживать средства воздушного нападения (самолеты, самолеты-снаряды, ракеты) противника в больших заданных зонах пространства. При круговом обзоре электромагнитный луч (ДНА) вместе с антенной вращается в горизонтальной плоскости с постоянной угловой скоростью Ω_А (^о/_с).

Чтобы за один оборот антенны облучились все цели в больших зонах пространства, ДНА делается достаточно широкой в вертикальной плоскости и узкий в горизонтальной ( рис. 5.1, слайд 36, 52).

Скорость вращения антенны выбирается из следующих соображений. Для надежного обнаружения целей необходимо, чтобы она облучалась 5...10 импульсами РЛС. Время облучения t_облпри ширине ДНА в горизонтальной плоскостиφ_0,5рможно определить по формуле

Число импульсов, вырабатываемых передатчиком РЛС за время t_обл, зависит от частоты повторения зондирующих импульсов, то есть

Подставив значение t_обл, получим

или (5.1)

Угловая скорость Ω ⁰/_с переводится в число оборотов в минуту по формуле

Ω ⁰/_с = 6 ∙n_об/мин; n_об/мин = .

Из формулы (5.1) следует, что повышение скорости обзора при заданном N _обл.minможет быть осуществлено либо за счет расширения ДНА в горизонтальной плоскостиφ_0,5р, либо за счет увеличения частоты повторения зондирующих импульсовF_nРЛС. Однако оба эти способа ускорения обзора пространства не всегда осуществимы, поскольку расширениеφ_0,5руменьшает точность пеленгования цели по азимуту и ухудшает разрешающую способность. Увеличение частоты повторения импульсовF_nограничивается однозначностью определения дальности до цели. Учитывая, чтоN_обл = 5...10иΩ_A^о/_с = 6 ∙nоб/мин, определим максимально возможную скорость вращения антенныn_Аmax при круговом обзоре:

(5.2)

Так, например, для станции обнаружения и наведения, имеющей φ^о_0,5р=1^о,F_n = 330 Гц.

.

Для станций кругового обзора скорость вращения выбирают равной (2...10) об/мин.

Достоинство кругового обзора заключается в следующем.

1. Простота метода.

2. При круговом обзоре обеспечивается самое минимальное время обзора всего пространства.

3. Обеспечивается почти непрерывное отображение воздушной обстановки в заданной зоне обзора.

Секторный обзор

Секторный обзор является частным случаем кругового обзора. Отличается от кругового тем, что луч антенны совершает периодическое перемещение не на 360^о, а в пределах заданного сектора. При этом уменьшается время обзора заданного сектора. Режим секторного обзора используется:

- при поиске, если от других источников ориентировочно известны местоположение и направление движения цели;

- при поиске в заданном районе;

- для получения лучших разрешающих способностей и более точного отсчета координат ранее обнаруженных целей.

Винтовой обзор

Винтовой обзор пространства достигается путем кругового движения луча антенны по азимуту с одновременным медленным перемещением по углам места (рис. 5.2., слайд 37,53).

Шаг по углу места определяется шириной ДНА в вертикальной плоскости и не должен превышать половины ширины ДНА в вертикальной плоскости θ_0,5р/2с целью перекрытия облучаемой зоны при последующем обороте антенны.

Винтовой обзор применяется в станциях, определяющих обе угловые координаты β и εи имеющих диаграмму направленности узкую в обеих плоскостях.

К РЛС с винтовым обзором пространства относятся станции орудийной наводки (СОН).

Спиральный обзор

Спиральный обзор пространства представляет комбинацию вращения диаграммы направленности с одновременным изменением угла между осью вращения и осью диаграммы направленности (рис. 5.3, слайд 38, 54). Спиральный обзор может применяться только для обзора узкого сектора пространства, ограниченного по азимуту и углу места.

Шаг спирали не должен превышать половину ширины ДНА в вертикальной плоскости θ_0,5р/2, чтобы в просматриваемом пространстве не было пропусков целей.

При спиральном обзоре для определения угловых координат целесообразно использовать индикатор со спиральной разверткой, в которой луч ЭЛТ повторяет движение ДНА.

Спиральный обзор пространства применяется в самолетных РЛС для обзора передней и задней полусфер.

Конический обзор

Конический обзор является разновидностью спирального обзора, при котором угол наклона оси ДНА не изменяется. При этом методе узкая диаграмма направленности вращается в пространстве, образуя конус с вершиной у антенны. Каждая точка ДНА описывает в пространстве окружность (рис. 5.4, слайд 39, 55).

Если объект наблюдения находится на оси конуса в точке А, то он подвергается постоянному по величине облучению, несмотря на вращение ДНА, и имеет постоянную интенсивность свечения на экране ЭЛТ индикатора. Если объект находится не на оси, то при вращении ДНА по окружности интенсивность его будет меняться. Это даст возможность определить с большой точностью угловых координаты цели по интенсивности свечения отметки от цели.

Конический обзор применяется в РЛС наведения ракет, автосопровождения целей по угловым координатам.

Пилообразный обзор

Пилообразный обзор пространства достигается путем качания антенны в пределах заданного сектора по углу места 2Δε с одновременным вращением по азимуту β^о (рис. 5.5, слайд 40, 56).

Пилообразный обзор применяется в радиолокационный станциях, предназначенных для измерения высоты целей (радиовысотомерах).

Диаграмма направленности радиовысотомеров создается сильно сжатой в вертикальной плоскости θ^о = 1...2^о и несколько расширенной в горизонтальной плоскости φ^о = 2...4^о . Период качания Т_кач и скорость вращения антенны по азимуту выбирается из условия получения минимального числа отраженных импульсов N_{обл min}, необходимых для обнаружения целей.

где - угловая скорость качания антенны в вертикальной плоскости.

Найдем время, за которое антенна переместится в вертикальной плоскости на угол, равный ширине ДНА θ_0,5р

.

Зная, что N_обл = t_обл ∙ F_n > N_{обл min}, тогда

или

(5.3)

Из данной формулы видно, что период качания антенны Т_качв заданном секторе должен быть согласован с шириной ДНАθ_0,5ри частотой повторения зондирующих импульсовF_n, чтобы обеспечить облучение каждой точки пространства обзора, то есть надежного обнаружения целей.

С целью исключения «пропусков» целей за один период качания Т_качв вертикальной плоскости антенна должна перемещаться по азимуту на величину не более, чем ширина ДНА в горизонтальной плоскостиφ^о_0,5, то есть заТ_кач антенна перемещается по азимуту на уголk∙ φ^о_0,5? , гдеk– коэффициент перекрытия (k < 1), тогда

(5.4)

Вращение ДНА в горизонтальной плоскости должно обеспечивать не только хорошую наблюдаемость каждой цели за период качания антенны, но и возможность определения координат. Поэтому при пилообразном методе обзора скорость кругового вращения выбирается довольно медленной (обычно 1 оборот за 4 минуты) и качание по углу места довольно быстрое (1 качание за 2 секунды). Данный метод позволяет довольно точно определять угол места (высоту) целей и нашел широкое применение в наземных радиолокационных высотомерах.

Строчный обзор

Строчный обзор – разновидность пилообразного обзора.

ВЫВОД

Рассмотренные выше методы обзора пространства в РЛС, использующих однолучевые антенны, позволяют одновременно определять одну (круговой и секторный обзоры) или обе угловые координаты всех целей, находящихся в заданной части пространства.

Периоды обзора пространства слишком велики и не всегда обеспечивают необходимой информацией о местоположении современных скоростных воздушных целей.

Необходимость уменьшения периода обзора пространства привела к созданию многолучевых РЛС. Антенные системы таких РЛС создают два и более лучей, что позволяет уменьшить период обзора и повысить точность определения угловых координат за счет сравнения сигналов, принятых различными лучами.

Второй учебный вопрос.

Принцип определения высоты полета целей

В предыдущем учебном вопросе были рассмотрены методы определения угловых координат целе β^о и ε^о . Однако, на практике для обеспечения боевых действий истребительной авиации целесообразно выдавать третью координату, определяющую пространственное положение цели не как угол места цели ε^о , а выдавать данные о высоте полета цели над поверхностью земли Н_ц, так как на большей части маршрута самолеты летят, как правило, на одной высоте, а угол места непрерывно изменяется.

В радиолокации высота полета цели Н_ц измеряется путем определения угла места ε^о и наклонной дальности Д_н . При известных значениях угла места и наклонной дальности высоты цели Н₁ для ровной горизонтальной поверхности определяется тригонометрическим путем (рис. 5.6, слайд 57)

Н₁ = Д_н ∙sinε^о.

Однако в этом уравнении не учитываются такие факторы, как атмосферная рефракция и кривизна земной поверхности. Атмосферная рефракция может быть учтена путем замены действительного радиуса Земли R_зтак называемым эффективным радиусом Земли. Для нормальной атмосферной рефракцииR_э

R_э = 4/3 R_э= 4/3 ·6370 = 8500; R_э = 8500 км.

Для реальных условий Рис. 5.7 (слайд 41, 58), когда Н_ц <<R_з и Д_н <<R_з

Н_ц = Н₁ + Н₂,

где Н₁ = Д_н ·sinε^о - высота цели относительно линии горизонта;

Н₂ = Д² _н/2R_э - поправка на кривизну Земли, зависящая от дальности цели.

Тогда

. (5.5)

Из уравнения (5.5) видно, что задача определения высоты полета цели сводится к измерению угла места цели и дальности.

Наиболее распространенным методом измерения угла места цели в сантиметровом диапазоне волн является метод максимумас качанием луча в вертикальной плоскости. Для реализации этого метода ДНА должна быть широкой в горизонтальной плоскости и узкой в вертикальной. Такая ДНА качается в вертикальной плоскости, дважды облучая цель за период качания (рис. 5.8. слайд 42,59). Управление ДНА осуществляется механически поворотом всей антенной системы.

Отраженные сигналы наблюдаются на экране ЭЛТ с яркостной индикацией цели в прямоугольной системе координат ДАЛЬНОСТЬ-ВЫСОТА. Развертка высоты (вертикальная развертка) создается подачей на вертикально отклоняющие катушки ЭЛТ напряжения, пропорционального углу наклона антенны (ДНА), которое вырабатывается в специальном счетно-решающем устройстве.

Достоинствами данного метода определения высоты цели являются простота и высокая точность.

Метод максимума также используется при определении угла места с использованием парциальных диаграмм (парциальный – частичный, составляющая часть чего-то). Сущность этого метода состоит в том, что создается веерообразная ДНА в вертикальной плоскости. При этом каждый лепесток облучает пространство в определенном секторе по углу места и на своей рабочей длине волны (рис. 5.9, слайд 43, 60).

Приемное устройство имеет число каналов, равное числу лепестком. Для определения угла места цели достаточно узнать канал, по которому ведется прием отраженных сигналов.

Достоинства этого метода:

• способность определять высоту полета цели на «проходе»;

• простота отсчета высоты.

Недостатки:

• сложность антенного и приемо-передающего устройства;

• точность определения высоты зависит от ширины лепестков парциальной диаграммы в вертикальной плоскости.

Третий учебный вопрос.

Принцип измерения высоты целей в современных РЛС

Радиолокационный высотомер – это РЛС, предназначенная для определения высоты воздушных объектов над поверхностью земли. Обычно он выполняется как автономная станция, имеющая аппаратуру для сопряжения с дальномером. Структурная схем импульсного радиовысотомера подобна схеме импульсной РЛС, но содержит ряд дополнительных устройств, необходимых для определения высоты полета целей (рис. 5.9)

Тракт формирования зондирующих импульсов, прием и фильтрация эхо-сигналов от помех не отличается от одноименных трактов импульсной РЛС. Обработанные в приемном тракте высотомера эхо-сигналы поступают в аппаратуру защиты от помех и далее отображаются на экране ЭЛТ индикатора высоты (ИВ) в прямоугольной системе координат ВЫСОТА-ДАЛЬНОСТЬ. Каналы развертки и высоты ИВ запускаются импульсами запуска синхронизатора. Канал дальности обеспечивает равномерное отклонение электронного луча трубки ИВ по горизонтали (по дальности). Канал развертки высоты формирует импульсы тока, нарастающие по закону уравнения высоты.

Рассмотрим принцип построения канала развертки высоты на основании решения уравнения высоты. С этой целью нарисовать на доске схему устройства (рис. 5.10, слайд 45, 61) без пояснительных надписей. Путем опроса студентов решить задачу получения напряжений, пропорциональных дальностей, sinε и параболической составляющей. После обобщения сделать выводы.

Напряжение, пропорциональное дальности, это пилообразное напряжение развертки дальности U_рд ∞ Д = at. Обозначить генератор развертки на схеме.

Напряжение, пропорциональное синусу угла места, можно получить с помощью функционального датчика, связанного с механизмом качания антенны (обозначить на схеме).

Напряжение, пропорциональное параболической составляющей, получается путем интегрирования напряжения развертки дальности

.

В изучаемом радиовысотомере это напряжение берется из канала развертки дальности индикатора высоты (обозначить на схеме).

Далее показать функциональные связи канала развертки высоты с эпюрами напряжений в характерных точках (х –умножитель,∑- сумматор).

Импульсы масштабных отметок высоты и дальности, формируемые отдельными схемами, образуют на экране МВ сетку электрического масштаба. На экране индикатора ИВ высвечивается 17 меток, равных высот. Масштабы индикатора по высоте выбраны равными 8,5, 17, 34, 85 км. Определить высоту цели при разных масштабах.

Переключатель УГОЛ МЕСТА-ВЫСОТА позволяет определять либо Д и Н, либоДиε, пользуясь одним и тем же индикатором.

Схема сопряжения обеспечивает управление высотомером оператором АСУ и выдачу данных о воздушной обстановке с РЛС 5Н84.

В Ы В О Д

1. Выбор методов обзора пространства определяется, в основном, тактическими требованиями, предъявляемыми к станции.

2. Добиться того, чтобы в одной станции все показатели тактических характеристик были высокими, практически невозможно. Поэтому чаще применяют РЛК, состоящие из РЛС различного назначения, например, из дальномера и высотомера.

Заключительная часть

- Вывод по занятию;

Достигнуты учебные цели;

- Вопросы для контроля усвоения материала

Задание на самоподготовку:

1. Слуцкий и др. Импульсная техника и основы радиолокации. С. 328-336, 339-343, 345-353.

2. Справочник по основам радиолокационной техники. Воениздат. С. 40-46, 55-56.

3. Принципы и методы радиолокации. Учебное пособие. Часть 1.

4. Знать -основные методы обзора пространства;

- принцип определения высоты полета целей;

- работу радиовысотомера по структурной схеме.

Окончание занятия;

устно

под запись

под запись

под запись

под запись

устно

устно

под запись

2 мин

2 мин

4 мин

20 мин

25 мин

25 мин

2мин

3 мин

5 мин