Слайд № 2/1

Краткое содержание вопросов занятия, последовательность их изложения, время

Организационно-методические указания преподавателя

1

2

1. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ – 15 мин.

1. Проверить наличие студентов.

2. Провести контрольный опрос.

3. Объявить тему занятия, учебные цели, вопросы и порядок отчетности.

Вопрос 1. Методы обзора пространства.

Вопрос 2. Методы измерения дальности.

Вопрос 3. Методы измерения угловых координат.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ – 70 мин.

Введение.

Явление распространения радиосигналов в пространстве и их отражения от объектов нашли широкое применение для решения задач войсковой ПВО от начала ведения воздушной разведки до наведения ракеты на цель и подрыва боевой части.

Вопрос 1. Методы обзора пространства. - _____ мин.

Первым этапом на пути выполнения задач войсковой ПВО по прикрытию войск от нападения воздушного противника является своевременное выявление воздушных целей и вычисление их характеристик и параметров движения.

Как отмечалось, в состав боевых средств ЗРК входят РЛС различного назначения, причем способы обзора пространства могут быть так же различными.

Радиолокационный обзор должен либо обеспечивать одновременное определение координат целей, находящихся в заданной части пространства, либо давать периодическую информацию о координатах каждой цели.

При этом, с одной стороны обзор должен обеспечивать минимальный период обновления информации, с другой – для обеспечения надежности обнаружения и увеличения дальности действия РЛС необходимо, чтобы каждая цель облучалась достаточно долго, т.к. только в этом случае в отраженном сигнале содержится минимально необходимое количество энергии.

Такое противоречие разрешается выбором метода обзора пространства, что в свою очередь обеспечивает вычисление требуемых координат и параметров движения воздушной цели с заданной точностью.

К основным методам обзора пространства, применяемых в РЛС различного назначения, относятся:

• круговой;

• винтовой;

• спиральный;

• конический;

• строчный.

Закон перемещения луча, формируемого РЛС в пространстве, так же меняется.

Круговой метод обзора пространства применяется в случаях, когда требуется вычисление двух координат: дальности и азимута.

Диаграмма направленности антенны (ДНА) в этом методе широкая в вертикальной плоскости и узкая (доли градусов) – в горизонтальной.

П еремещение луча производится вкруговую с заданной скоростью.

Рис. 1. Круговой метод обзора пространства

Очевидно, что ДНА при излучении и приеме должны совпадать.

Разновидностью кругового метода является секторный метод. В этом случае луч антенны совершает перемещение в заданном секторе азимута.

Рис. 2. Секторный метод обзора пространства

Здесь сокращается время обзора пространства.

Многие РЛС кругового обзора формирует в вертикальной плоскости 2, 3, 4 лепестка диаграммы направленности, что дает возможность приближенного вычисления угла места (высоты).

Для точного определения второй угловой координаты – угла места – применяется винтовой метод. ДНА при этом формируется значительно уже и, кроме кругового движения по азимуту, луч антенны одновременно перемещается по углу места в заданном секторе.

Рис. 3. Винтовой метод обзора пространства

Совершая полный оборот луч антенны поднимается на угол, соответствующий ширине диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Достигнув максимального угла подъема, он возвращается в исходное положение.

Число оборотов по азимуту составляет 5-10 в минуту, сектор по углу места 20⁰ – 40⁰.

В РЛС, применяющих спиральный метод обзора пространства, луч антенны совершает движение по плоской спирали.

Рис. 4. Спиральный метод обзора пространства

Обзор ведется в заданном секторе азимута и угла места. Такие РЛС используются, главным образом, для сопровождения одной цели и требуют предварительного наведения.

Другим методом, позволяющим осуществить автоматическое сопровождение, является конический. ДНА в этом случае вращается с небольшой частотой, описывая конусную поверхность, что и определяет название метода. Если цель находится на равносигнальном направлении (РСН), то в каждый момент времени амплитуда отраженного от цели сигнала одинакова. При отклонении от РСН в какую либо сторону, появляется разность амплитуд отраженного сигнала, что позволяет определить направление отклонения.

Рис. 5. Конический метод обзора пространства

Луч антенны РЛС, применяемых строчный метод обзора пространства, перемещается так же в заданном секторе азимута и угла места, но сканирование ведется построчно. Сектор сканирования значительно уже, чем в спиральном и коническом.

Рис. 6. Строчный метод обзора пространства

Такой метод может использоваться для компенсации ошибок при наведении антенны СНР по командам СРЦ.

Рассмотренные методы радиолокационного обзора для определения координат и параметров движения цели используются в РЛС с однолучевыми антеннами. Но для увеличения точности требуется сужение диаграммы направленности, что, в свою очередь, увеличивает время обзора пространства.

Для одновременного решения обеих задач применяются многолучевые РЛС, антенны которых формируют одновременно 1, 2, 3 и более лучей.

Так же следует отметить, что для перемещения луча в пространстве может использоваться электронный способ, сущность которого заключается в коммутации облучателей антенны. Но это требует жесткой синхронизации работы элементов приемо – передающих систем РЛС во времени.

Вопрос 2. Методы измерения дальности - ___ мин.

Радиодальнометрия – определение дальности до цели при использовании радиосигналов.

К основным методам радиодальнометрии относятся:

• импульсный;

• частотный;

• фазовый.

В импульсном методе дальность до цели определяется путем измерения длины траектории распространения радиоволн туда и обратно. При этом, длина траектории вычисляется измерением времени запаздывания зондирующего импульса от момента излучения до момента приема. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отчета времени до приема отраженного сигнала.

D =

Рис. 7. Временная диаграмма импульсного метода

1 – зондирующий импульс

2 – отраженный импульс

Тп – период повторения зондирующих импульсов

τ – длительность зондирующих импульсов.

За время прохождения импульса туда и обратно луч индикатора вычерчивает линию, длина которой пропорциональна дальности.

Видно, что минимальная дальность, при использовании импульсного метода дальнометрии, определяется с учетом длительности импульсов, а так же, временем восстановления чувствительности приемника, что является особенностью работы импульсных радиолокаторов при использовании одной антенны для передачи и приема. Максимальная дальность – периодом повторения импульсов.

Для нормальной работы импульсного радиолокатора необходима синхронизация импульсного передатчика с индикатором, т.е. момент излучения зондирующего импульса и начало развертки индикатора должны совпадать.

Рис. 8. Блок – схема импульсного радиодальномера

Этот метод отличается достаточной простотой реализации и, что важно, возможностью измерения дальности до нескольких целей. Однако, точность вычисления дальности невысока, невозможно измерение малых дальностей, а так же с пропаданием отраженных импульсов пропадает информация о дальности до цели.

Для устранения перечисленных недостатков применяют специальную модуляцию излучаемых сигналов: линейно – частотную модуляцию и внутриимпульсную фазовую манипуляцию, а так же другие способы.

Другим методом измерения дальности является – частотный метод. В этом случае используется РЛС непрерывного излучения частотно – модулированного ВЧ сигнала, модуляция которого происходит, как правило, по линейному закону.

Рис. 9. Временные диаграммы частотно – модулированного сигнала

Отраженный от цели сигнал поступает через приемную антенну в смеситель приемника. Здесь происходит сравнение частоты сигналов излучаемого и принимаемого в данный момент.

Рис. 10. Временная диаграмма сравнения частот излучаемого и

принимаемого сигналов

∆F = Fпер – F пр

∆F – изменение частоты излучаемого сигнала за время

запаздывания отраженного сигнала

Fпер – сигнал, формируемый передатчиком

Fпр – сигнал, принятый приемником.

Особенностью работы частотного радиодальномера является сложение прямого и отраженного сигналов и получение результирующего сигнала, модулированного по частоте и по амплитуде (рис.12).

Ч исло максимумов огибающей результирующего сигнала в единицу времени зависит от времени запаздывания отраженного сигнала, т.е. дальности до объекта. Если теперь путем детектирования результирующего сигнала выделить огибающую и после необходимого усиления подать ее на частотомер, то его показания будут соответствовать измеряемому расстоянию.

Р ис. 11. Блок – схема частотного радиодальномера

Рис. 12. Временные диаграммы преобразования излучаемого и принимаемого сигналов

Достоинствами метода являются малая мощность излучения и возможность измерения малой дальности. Недостатком – сложность измерения дальности до нескольких объектов.

Все изложенное справедливо для измерения дальности до неподвижного объекта. Если расстояние меняется, то частота отраженного сигнала отличается от частоты облучаемого за счет эффекта Допплера. В этом случае частота биений увеличивается, а их амплитуда меняется и появляется возможность раздельного измерения дальности и скорости приближения объекта.

Еще одним методом измерения дальности является - фазовый, при использовании которого дальность до объекта измеряется по изменению фазы излученного радиосигнала за время его распространения туда и обратно при отражении от цели.

В фазометре сравниваются фазы обоих сигналов и выделяется разность, зависящая только от расстояния до объекта. Использование этого метода позволяет определить дальность с высокой степенью точности, но неоднозначно, т.к. фазовый сдвиг, кратный 2π, измерить невозможно. Так же, сложно осуществить измерение дальности до нескольких объектов (реализацию разрешающей способности по количеству определяемых объектов).

Рис. 13. Блок схема фазового радиодальномера

Чем дальше находится объект, тем больше фазовый сдвиг ∆φ между прямым и отраженным сигналами.

∆φ =

D – дальность до цели

λ – длина волны зондирующего сигнала

Таким образом, в радиодальномерах, применяемых в войсковой ПВО, используется, в основном, импульсный метод.

Вопрос 3. Методы измерения угловых координат -____ мин

Радиопеленгация – определение направления на цель, т.е. измерение ее угловых координат – азимута и угла места.

Пеленг – угол между основным направлением и направлением на цель.

В ЗРК в качестве основного направления в горизонтальной плоскости используется направление на север, а в вертикальной – плоскость горизонта. Соответственно, вычисляется азимут и угол места.

Различают следующие методы радиопеленгации:

• амплитудные;

• фазовые;

• амплитудно – фазовые.

Использование амплитудных методов основано на направленности излучения и приема антенн радиопеленгаторов (диаграмма направленности излучения и приема должны совпадать).

Различают следующие амплитудные методы радиопеленгации:

• метод максимума;

• метод минимума;

• метод равносильной зоны.

При пеленгации по методу максимума амплитуда отраженного сигнала будет тем выше, чем ближе направление максимума диаграммы направленности к направлению на цель. Во всех остальных случаях амплитуда сигнала ниже и даже равна нулю, когда ДНА повернута в сторону от цели.

Такой метод используется в РЛС кругового обзора, формирующую ДНА с одним лепестком, имеющим ярко выраженный максимум, узкую (доли градусов) в горизонтальной плоскости. При вращении антенны по азимуту амплитуда сигнала будет меняться. Она достигает максимального значения при совмещении максимума диаграммы направленности с направлением на цель.

Если применяется индикатор кругового обзора, то линия развертки дальности вращается синхронно с антенной. Азимут цели определяется по угловому положению яркостной отметки от цели на экране индикатора.

Метод максимума прост для технической реализации и позволяет получить большое соотношение сигнал – шум в момент измерения. Однако, его недостатком является низкая точность. Метод максимума широко применяется в РЛС обнаружении.

Для увеличения точности измерения угловых координат сравнительно простыми средствами используется метод минимума. При этом антенна РЛС формирует диаграмму направленности с выраженным минимумом. Максимумы обоих лепестков разнесены друг относительно друга на некоторый угол. Для этого достаточно иметь одну антенну с двумя облучателями.

Рис. 14. Метод максимума

Рис. 15. Метод минимума

Вращая антенну и анализируя амплитуду отраженного сигнала, пеленг определяют по ее минимуму.

Основное достоинство – достаточно высокая точность измерения угловых координат.

Однако, преимущественным недостатком является то, что в момент измерения амплитуда сигнала равна нулю и, следовательно, РЛС обладает низкой помехозащищенностью.

Метод минимума нашел применение в радионавигации. В радиопеленгации распространения на получил.

При использовании, для определения углового положения объекта, метода равносильной зоны антенна РЛС формирует направление равных сигналов, образуемое двумя диаграммами направленности. Прием отраженного сигнала осуществляется двумя антеннами. Угловое положение объекта при этом определяется по равенству амплитуд обоих принимаемых сигналов. Это соответствует совпадению равносигнального направления (РСН) с направлением на цель.

При отклонении объекта от РСН появляется возможность определить направление отклонения, что в свою очередь позволяет осуществить автоматическое сопровождение по направлению. Для определения одной угловой координаты необходимо формировать две ДНА, двух –, как правило, четыре.

На практике нашли применение одноканальные пеленгаторы с коническим сканированием, обеспечивающее автосопровождение объекта в двух плоскостях.

Рис. 16. Метод равносигнальной зоны

Достоинством такого пеленгатора является простота, основными недостатками являются зависимость сигнала ошибки от амплитуды радиолокационного сигнала и низкая помехоустойчивость (возможность поставить угловую помеху, срывающую автосопровождение).

Многоканальный пеленгатор лишен этих недостатков, т.к. любое изменение силы принимаемого сигнала сказывается на оба канала. Кроме этого, такому пеленгатору сложно поставить эффективную угловую помеху.

Наряду с амплитудными методами для определения углового положения объекта нашли применение фазовые.

П ри использовании фазовых методов о пеленге цели судят по разности фаз напряжений двух разнесенных в пространстве приемных антенн, получаемой вследствие разности хода отраженных сигналов от объекта до каждой антенны.

Рис. 17. Фазовый метод

d – расстояние между двумя пеленгаторами А и В;

ΔD – разность хода сигналов от Ц до А и В;

α – угловое перемещение объекта Ц;

– разность фаз.

Δφ =

ΔD ≈ d ∙ sin α, т.к.

АЦ ›› d и ВЦ ›› ‹d

отсюда α = arcsin

Такой метод достаточно прост для реализации, но наличие двух разнесенных в пространстве антенн снижает мобильность и маневренность ЗРК и, кроме этого, появляется неоднозначность измерения разности фаз при больших значениях угла поворота объекта.

Амплитудно – фазовые методы радиопеленгации основаны на использовании как амплитудных, так и фазовых соотношений напряжений двух разнесенных в пространстве приемных антенн. Такая обработка сигнала от обеих антенн значительно усложняет аппаратуру, но повышает точность определения угловых координат и помехозащищенность РЛС.

Т.о. используя основные принципы радиолокации:

• прямолинейное распространение радиоволн с постоянной скоростью;

• отражение радиоволн от объектов;

• направленность излучения и приема сигнала антеннами РЛС.

осуществляется обзор воздушного пространства для выявления, опознавания воздушных целей, вычисления их координат и параметров движения: D, β, ε, Vr, автоматического слежения за их изменением для предварительного наведения средств поражения ЗРК на цель.

3. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ – 5 МИН.

3.1. Подвести итог занятия.

3.2. Ответить на вопросы студентов.

3.3. Дать задание на самоподготовку.

Изучить методы обзора пространства применяемые

в войсковой ПВО, методы измерения дальности и угловых координат.

Ознакомиться с блок-схемами радиодальномеров, использующих различные методы измерения дальности.

3.4. Закончить занятие.

Добиваться выполнения требований устава

Тема № 1.

С-200:

8⁰ по азимуту

4⁰ по углу места

0,5⁰ шаг перемещения

Пояснить содержание ошибок наведении

Пояснить сущность использования ФАР

Пояснить устрой-ство и работу им-пульсного радио-дальномера по блок схеме

Пояснить устрой-ство и работу час-тотного радио-дальномера

, где

– частота биений, возникающих вслед- ствие запаздывания сигнала;

– скорость измене- ния частоты;

– дальность;

– скорость света;

– радиальная сос-тавляющая скорости цели;

– частота Доплера

– несущая частота

– частота биений, вследствие сближе-ния цели.

Пояснить устройство и работу фазового радиодальномера.

Напомнить сущность кругового МОП.

Напомнить конический МОП

Учитывая сантиметровый диапазон принимаемых радиосигналов, база между приемниками может ограничиваться десятками сантиметров.