Утверждаю

Начальник цикла ПВО

военной кафедры

КазНТУ имени К.И. Сатпаева

п-к О.Степаненко

«__»____________2014г.

ПЛАН

РАЗДЕЛ 1 Основы построения и эксплуатации

РТВ ПВО

Тема 1 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ

ЗАНЯТИЕ 6. Основные тактико-технические характеристики

Импульсных РЛС и требования, предъявляемые к ним

1. УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

В результате изучения темы студенты должны:

ЗНАТЬ основные тактические и технические характеристики РЛС;

УМЕТЬ оценивать влияние технических параметров на дальность обнаружения и точность определения координат.

2. МЕТОД - групповое занятие.

3. ВРЕМЯ - 2 часа.

4. МЕСТО - класс ТСП.

5. МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

- слайды №;

-проекционная аппаратура;

6. ЛИТЕРАТУРА:

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.

Учебные вопросы и распределение времени (слайд №3).

	ВВОДНАЯ ЧАСТЬ	10 мин.
1.	Классификация РЛС и области применения радиолокации	30 мин.
2.	Тактические и технические характеристики импульсных РЛС	20 мин.
3.	Требования, предъявляемые к тактико-техническим характеристикам РЛС	20 мин
	ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ	10 мин.

Ход занятий

Вступительная часть:

• Прием доклада дежурного по взводу;

• Проверка личного состава и готовности к занятию;

• Целесообразно провести контрольный опрос по теме 1/1.

1. Методы обзора пространства, преимущества и недостатки кругового обзора.

2. Амплитудные методы определения угловых координат, преимущества и недостатки метода максимума.

3. Принцип определения высоты методом качания луча в вертикальной плоскости.

Оценить ответы и объявить оценки. Сделать выводы об усвоении материала.

• Доведения темы, целей занятия и учебных вопросов;

Основная часть.

Первый учебный вопрос.

Классификация РЛС и области применения радиолокации

Радиолокационная техника нашла широкое применение как в военном деле, так и в народном хозяйстве.

РЛС РТВ СВО классифицируются (слайд 47):

а) по тактическому назначению:

• РЛС разведки воздушных целей и наведения истребителей:

• РЛС обеспечения огневых комплексов:

• РЛС определения (уточнения) высоты целей:

• РЛС определения принадлежности целей:

б) по количеству измеряемых координат:

• однокоординатные (высотомеры);

• двухкоординатные (дальномеры);

• трехкоординатные (РЛК);

в) по маневренности:

• стационарные:

• подвижные (автомобильные, в прицепах, корабельные);

г) по диапазону волн:

• сантиметровые;

• дециметровые;

• метровые;

д) по виду модуляции зондирующего сигнала:

• импульсные;

• частотно-импульсные;

• комбинированные

и по другим признакам.

В других родах войск применяются:

• навигационные самолетные или корабельные РЛС;

• самолетные высотомеры (радиоальтиметры);

• приводные РЛС (для выода самолета в район аэродрома);

• РЛС посадки самолетов;

• опознавательные РЛС;

• станции радиолокационной разведки (для обнаружения и определения параметров работающих РЛС);

• радиолокационные головки самонаведения и взрыватели зенитных и авиационных бомб и т. д.

Этот, далеко не полный перечень убедительно показывает, какое значение имеет радиолокационная техника в военном деле.

Кроме выполнения военных задач радиолокационные средства широко используются и в народном хозяйстве:

• для навигации самолетов и судов (особенно в ночное время и в условиях плохой видимости);

• для управления воздушным движением, движением автомобильного транспорта;

• для метеорологических целей (определять местоположение метеообразований, составлять прогноз погоды);

• для исследования околоземного пространства, изучения метеоритов, обзора космического пространства, запуска и сопровождения космических кораблей, ИСЗ;

• для астрономических наблюдений;

• для топографических съемок и т.д.

Трудно переоценить значение радиолокации в настоящее время, она находит все большее практическое применение в различных областях науки и техники.

Большое значение радиолокация имеет и при межпланетных космических полетах, которые благодаря последним достижениям отечественного ракетостроения станут реальностью в недалеком будущем.

Таков далеко не полный перечень мирных применений радиолокации.

Второй учебный вопрос.

Тактические и технические характеристики

импульсных РЛС

Качественные показатели, характеризующие ожидаемую эффективность боевого использования станции при решении конкретных тактических задач, называются тактико-техническими характеристиками станции.

Возможность боевого использования РЛС определяется ее тактическими характеристиками, которые в свою очередь зависят непосредственно от технических характеристик.

К основным тактическим характеристикам РЛС, работающих импульсным методом, относятся (слайд 63):

1. Максимальная дальность действия, Д_max.

2. Зона обнаружения и ее параметры.

3. Состав радиолокационной информации и ее качественные показатели.

4. Темп выдачи радиолокационной информации.

5. Помехозащищенность.

6. Мобильность и эксплуатационная надежность.

К основным техническим характеристикам импульсных РЛС относятся:

(слайд 68)

1. Мощность излучения (импульсная Р_и и средняя Р_ср).

2. Длительность импульса, τ_и.

3. Рабочая длина волны λ или несущая частота колебаний f_г.

4. Частота повторения импульсов F_n

5. Чувствительность Р_пр.min и полоса пропускания 2ΔF приемного устройства.

6. Углы раствора луча антенны (ДНА) в горизонтальной φ и вертикальной θ плоскости, коэффициент направленного действия (усиления) антенны.

7. Метод обзора пространства.

8. Способы измерения дальности и угловых координат.

9. Тип оконечного устройства (индикатора).

Рассмотрим кратко каждый из этих параметров.

Тактические характеристики РЛС

А. Максимальная дальность действия станции, Д_max

Пределы работы РЛС по дальности определяются максимальной Д_max и минимальной Д _min дальностью действия. Под максимальной дальностью действия понимают предельное расстояние, на котором станция уверенно обнаруживает цели.

Максимальная дальность действия задается тактическими требованиями к РЛС. Ориентировочно она может быть определена при помощи основного уровня радиолокации

.

Максимальная дальность действия зависит от технических параметров станции, отражающих свойств цели и условий распространения радиоволн. Влияние этих факторов было рассмотрено в задании 2.

В реальных условиях боевого применения станций все указанные факторы подвержены случайным изменениям, поэтому Д_max оценивается вероятностью. Обычно указывается значение Д_max по цели определенного типа (например, истребителю, бомбардировщику) с заданной вероятностью.

Дальность действия РЛС дальнего обнаружения обычно ограничивается определенной дальностью прямой радиолокационной видимости Д_пр , которая для условий нормальной рефракции может быть определена по формуле

.

Минимальная дальность действия станции Д_min -наименьшее расстояние, на котором станция еще может обнаруживать цели.

В наземных РЛС при малых углах места реальное значение Д_min определяется засветами экрана индикатора в начале развертки отражениями от местных предметов. В случае отсутствия отражений от местных предметов. В случае отсутствия отражения от местных предметов Д_min выражается техническими параметрами τ_u , t_в

Б. Зона обнаружения РЛС

Зоной обнаружения РЛС называется часть пространства, в пределах которого станция обнаруживает цели с заданной вероятностью и измеряет координаты цели с требуемой точностью.

Графически зона обнаружения в вертикальной плоскости представляется в координатах ДАЛЬНОСТЬ-ВЫСОТА (Д-Н) (рис. 6.1, слайды 48,49, 65, 66).

Дальность действия различна для разных углов места.

Зона обнаружения характеризуется следующими основными параметрами:

• максимальной и минимальной дальностью обнаружения Д_max и Д_min;

• пределами обнаружения по углу места ε⁰_max и ε⁰_min;

• пределами обнаружения по азимуту;

• потолком обнаружения Н_max и беспровальной проводки целей Н_п;

• радиусом «мертвой» воронки R_м.в.

Вид зоны обнаружения и основные его параметры зависят от тактического назначения станции и принятых технических решений в РЛС.

В. Состав радиолокационной информации

РЛС может выдавать следующую информацию:

1. Координаты обнаруживаемых целей,

2. Скорость движения цели.

3. Состав цели (количество самолетов).

4. Государственную принадлежность цели.

5. Интенсивность и вид применяемых помех.

6. Действия, совершаемые целью при ее сопровождении, и др.

Из перечисленного состава информации к основным следует отнести координаты цели. Поэтому, когда оценивают качество выдаваемых координат, то говорят об ошибках определения текущих координат и разрешающих способностях РЛС по каждой координате, то есть по дальности, по азимуту для дальномеров и по высоте или углу места для высотомеров.

Под разрешающей способностью радиолокатора понимают возможность раздельного определения координат близко расположенных целей .

Примечание. Опросом студентов напомнить, что называется разрешающей способностью по дальности и азимуту, от каких параметров станции они зависят. Пояснить разрушающую способность по углу места и высоте.

Чем лучше или, как часто говорят, выше разрешающие способности станции, тем четче изображение на экране индикатора и тем меньше расстояние между двумя соседними целями, при котором эти цели все еще наблюдаются на индикаторе раздельно, то есть выше тактические возможности станции.

О точности определения координат целей РЛС судят по величине ошибок измерения координат. Ошибки подразделяются на систематические и случайные. Систематические ошибки, то есть повторяющиеся от одного измерения к другому, как правило, являются инструментальными (неточностью настроек и регулировок, ошибки горизонтирования и ориентирования РЛС и т.д.), в процессе работы РЛС они остаются постоянными или изменяются по известному закону.

Случайные ошибки – это неизбежные ошибки, возникающие из-за случайного характера всех процессов в блоках станции, распространения радиоволн, ошибки оператора при отсчете координат и т.д. Именно случайные ошибки и определяют точность измерения координат цели.

Для оценки случайных ошибок пользуются срединной (вероятной) и максимальной ошибками. Значение срединной (вероятной) ошибки – это величина, в пределах которой располагаются ошибки, получающиеся в 50 % случаев. Другая половина всех ошибок имеет значение, превышающее величину срединной ошибки.

Максимальная ошибка – это наибольшая случайная ошибка, которая возможна при определенных условиях измерений, она в 4 раза больше средней.

Полная ошибка измерений той или иной координаты цели определяется систематической и случайной ошибками.

Для обеспечения выдачи наиболее точных координат целей необходимо исключить систематические ошибки путем точной настройки и регулировки узлов и блоков станции, уменьшить случайные ошибки повышением мастерства операторов.

Г. Информационная способность РЛС

Под информационной способностью РЛС понимают количество одновременно сопровождаемых станцией целей, по которым выдается информация с заданной дискретностью.

Информационная способность зависит от количества индикаторов, с которых производится съем координат, и от способа съема информации (ручной, полуавтоматический или автоматический).

Д. Помехозащищенность РЛС

Под помехозащищенностью РЛС понимают ее способность выполнять свои функции при воздействии внешних помех. Виды помех и основные механические методы повышения помехозащищенности РЛС рассматриваются в теме 8.

Е. Эксплуатационная надежность

(слайд 71)

Эксплуатационная надежность – способность РЛС выполнять свои тактические функции и сохранять значения параметров при заданных условиях эксплуатации. Эксплуатационная надежность характеризуется способностью к безотказной работе и восстанавливаемостью вышедшей из строя аппаратуры. Чем дольше РЛС работает без отказа и чем быстрее она восстанавливается при выходе из строя, тем выше ее эксплуатационная надежность.

Количественно надежность оценивается либо средним временем безотказной работы РЛС, либо вероятностью безотказной работы в течение определенного числа часов.

Ж. Мобильность

(слайд 72)

Мобильность определяется возможностями РЛС к передислокации на новую позицию, условиями транспортировки, сроками развертывания (свертывания) и готовностью к боевой работе.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

Технические характеристики РЛС зависят от технических характеристик основных блоков станции: передатчика, приемника, антенно-фидерного и индикаторного устройств.

Передающее устройство

Работа передающего устройства импульсной РЛС характеризуется следующими техническими характеристиками:

а) импульсная мощность зондирующего сигнала Р_и – это средняя в течение импульса мощность, отдаваемая передатчиком в антенну (рис. 6.2, слайд 50, 73);

б) средняя мощность излучаемого сигнала Р_ср – это усредненная мощность передатчика за период повторения Т_п;

в) длительность зондирующего сигнала τ_и - это время, в течение которого передатчик вырабатывает энергию СВЧ;

г) частота повторения зондирующего сигнала F_п – это величина, показывающая какое количество импульсных посылок энергии СВЧ вырабатывается передатчиком в единицу времени.

Антенное устройство

Антенные устройства РЛС предназначены для:

• преобразования энергии тока или напряжения СВЧ зондирующего сигнала в энергию электромагнитного поля при излучении;

• преобразования энергии электромагнитного поля эхо-сигнала в энергию тока или напряжения при приеме.

Антенные устройства РЛС характеризуются следующими техническими характеристиками:

а) коэффициент усиления антенны G – это число, показывающее выигрыш в мощности зондирующего или отраженного сигнала, получающейся за счет направленного действия антенны;

б) форма диаграммы направленности антенны.

Диаграммой направленности антенны (ДНА) называется зависимость напряженности поля от угловых координат, определяющих направление излучения.

В импульсных РЛС РТВ используются антенные системы с диаграммами направленности следующих форм (рис. 6.3, слайд 51, 74).

Косекансная (изовысотная) ДН применяется в РЛС обнаружения, целеуказания, наведения, работающих в круговом режиме обзора. Особенность данной ДН заключается в том, что уровень отраженного сигнала от цели, находящейся на различных расстояниях от РЛС, но на одной высоте, не меняются.

ДН лопаточного типа применяются в высотомерах, использующих метод качания луча в вертикальной плоскости, широкая в горизонтальной и узкая в вертикальной плоскости.

Игольчатая ДН – главный лепесток приближенно симметричен относительно направления ее максимума, используется в РЛС для определения угловых координат с большой точностью.

в) Уровень боковых лепестков.

Боковые лепестки ДНА РЛС характеризуют излучение и прием электромагнитной энергии вне основного направления . Это свойство антенн приводит к появлению ложных целей и к снижению помехозащищенности РЛС. Для снижения влияния боковых лепестков на боевые возможности применяют специальные системы подавления боковых отражений (ПБО) и системы защиты от помех, принятых боковыми лепестками.

Приемное устройство

(слайд 75)

Приемное устройство РЛС служит для выделения эхо-сигналов, их последующего усиления и преобразования к виду, необходимому для срабатывания оконечного устройства (индикатора).

Качество работы устройства характеризуется следующими параметрами:

а) Чувствительность Р_{пр. min} – это такая минимальная мощность или напряжение на входе приемника, при которой на его выходе обеспечивается обнаружение сигнала с заданным превышением над собственными шумами.

б) Коэффициент шума К_ш – это величина, показывающая, во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе приемника больше этого же отношения на его выходе

где Р_с и Р_ш – соответственно мощности сигнала и шума.

В радиолокационных приемниках К_ш = 5...25. Чем меньше К_ш, тем лучше приемник.

в) Коэффициент усиления (К) характеризует усилительные свойства приемника. Он показывает, во сколько раз сигнал на выходе приемного устройства больше, чем на его входе. В процессе боевой работы, а также при настройке и контроле функционирования коэффициент усиления подбирается таким, чтобы обеспечивалось устойчивое и контрастное отображение сигналов на экранах индикаторов РЛС.

г) Полоса пропускания приемника 2∆F. Этот параметр характеризует избирательные свойства приемника и определяет область частот, одновременно пропускаемую приемником. Полоса пропускания согласовывается с длительностью зондирующего импульса (2∆F ≈ (1...4)/τ_и). Чем меньше длительность, тем шире должна быть полоса пропускания. Поэтому в тех РЛС, которые предусматривают изменение режима работы по длительности зондирующего импульса, приемные устройства имеют схемы с изменяющейся полосой пропускания.

д) Динамический диапазон. Эта характеристика определяет способность приемника работать без перегрузки при воздействии сильных сигналов и помех. Количественно динамический диапазон определяется отношением максимальной величины сигнала к минимальной, при которых он еще не искажается.

Приемные устройства стараются сделать с высоким динамическим диапазоном. В этих целях применяют различные схемы автоматической регулировки усиления (ВАРУ, БАРУ, ШАРУ).

Система вращения и качания антенны РЛС

Система вращения антенны РЛС предназначена для пуска и равномерного вращения антенного устройства РЛС, а также для переключения скоростей вращения антенны и ее остановки. Благодаря непрерывному вращению антенного устройства РЛС производится обнаружение и сопровождение целей во всех направлениях пространства относительно точки стояния, ограниченного зоной обнаружения РЛС.

Основная характеристика системы – скорость вращения антенны, то есть количество полных оборотов, совершаемых антенной в одну минуту.

Система качания антенного устройства является обязательной принадлежностью радиовысотомеров, а также большинства дальномеров РЛС, хотя системы качания антенн в дальномерах и высотомерах существенно отличаются друг от друга.

Система качания антенного устройства предназначена для перемещения антенны в вертикальной плоскости, чем обеспечивается качание ДН в соответствующих пределах углов места.

Качание ДН дальномеров производится, как правило, в небольшом пределе углов по сравнению с радиовысотомером, тем самым обеспечивается выбор необходимой формы зоны обнаружения целей.

Рассмотренные технические параметры отдельных устройств и систем оказывают существенное влияние на боевые возможности РЛС. При выборе технических параметров руководствуются тактическим назначением РЛС.

Рассмотренное нами основное уравнение радиолокации, предназначенное для расчета дальности действия станции, справедливо только в том случае, если между станцией и целью существует прямая видимость. Причиной, ограничивающей дальность прямой видимости цели, а следовательно, и возможную дальность ее обнаружения, является кривизна земной поверхности (рис. 2.2, слайд 14, 19).

Так как радиоволны распространяются прямолинейно, то под линией горизонта (АС) образуется радиотень Если цель находится ниже линии горизонта (Ц2) , она не будет обнаружена РЛС, хотя дальность действия при прямой видимости может значительно превышать расстояние до этой цели. Обнаружены будут только те цели, которые находятся выше линии горизонта (Ц1), если расстояние до них не превышает дальность действия станции.

Предельная дальность видимости Д_пр зависит от высоты антенны h_a и высоты цели Н_ц относительно поверхности земли. Предельная дальность прямой видимости Д_пр можно определить как

(1)

где R_з - радиус земной поверхности, равный 6375 км.