
- •«Основы авиационной техники»
- •Раздел 2. Основы авиационной техники
- •Тема 7. Комплексы радиоэлектронного оборудования (рэо)
- •1. Общая характеристика рэк воздушной разведки
- •1.1. Аэрофотографические средства воздушной разведки
- •1.2. Телевизионные средства воздушной разведки
- •1.3. Лазерные средства воздушной разведки
- •1.4. Инфракрасные средства воздушной разведки
- •2. Рлс разведывательных комплексов
1.4. Инфракрасные средства воздушной разведки
Инфракрасные (или тепловые) средства воздушной разведки используют собственное тепловое излучение местности и объектов на ней. Эти средства работают по тепловому контрасту, т.е. разности температур между объектами разведки и подстилающей поверхностью, на которой эти объекты размещаются.
Аппаратура ИК воздушной разведки работает точно так же, как аппаратура лазерной разведки в пассивном режиме (без включения лазера).
К достоинствам ИК-систем разведки можно отнести:
возможность производить наблюдение днем и ночью;
способность эффективно обнаруживаются малоразмерные искусственно нагретые объекты, в том числе замаскированные;
возможность обнаруживать подземные и подводные объекты по тепловому контрасту и косвенным признакам (выхлоп двигателей, выбросы системы вентиляции, кильватерный след и т.п.);
возможность получать информацию о функциональном состоянии объекта (идут полеты на данном аэродроме или нет, аэродром действующий или ложный и т.п.);
обеспечение высокой скрытности применения.
Недостатки ИК-систем:
ограниченный диапазон высот применения (до 1000 м);
малая информативность получаемых изображений зимой;
определенная зависимость от метеоусловий.
2. Рлс разведывательных комплексов
В качестве РЛС разведывательных комплексов используются бортовые РЛС обзора земной поверхности различной конструкции.
Такие РЛС функционируют в УКВ-диапазоне.
Основным требованием, предъявляемым к РЛС обзора земной поверхности, является – обеспечение высокого линейного разрешения на дальностях, превышающих радиус действия системы ПВО противника.
В настоящее время нашли применение три типа РЛС обзора земной поверхности:
- панорамные РЛС,
- РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной и
- РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой антенны.
Панорамные РЛС осуществляют обзор земной поверхности путем кругового вращения или секторного качания луча антенны в азимутальной плоскости.
Антенна формирует узкий луч в горизонтальной плоскости и одновременно достаточно широкий в вертикальной плоскости. При этом на экране индикатора формируется радиолокационное изображение местности в координатах азимут - дальность.
Из-за конструктивных особенностей панорамные РЛС позволяют обеспечить требуемое разрешение по дальности за счет применения сложных зондирующих сигналов. Вместе с тем такие РЛС не обеспечивают требуемое разрешение по азимуту, поскольку оно ограничивается размерами авиационных антенн.
В результате, панорамные РЛС могут решать только ограниченный круг задач воздушной разведки.
Увеличить разрешающую способность можно двумя способами:
- уменьшением длины волны и
- увеличением горизонтального размера антенны.
Однако использование таких подходов для увеличения разрешающей способности содержит в себе достаточное количество трудностей технического характера.
В РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной для увеличения разрешения по азимуту используют длинную приемопередающую антенну.
В отличие от антенны в панорамной РЛС, такая антенна неподвижна относительно самолета и располагается вдоль фюзеляжа на его боковой поверхности или в подвесном контейнере. Благодаря этому размер антенны можно увеличить до 15м, что позволяет улучшить разрешение по азимуту в 8... 10 раз.
Антенна формирует один или два луча (при обзоре с двух сторон) (рис.7), направляемых перпендикулярно траектории движения самолета, т.е. в боковом направлении, отсюда и название «РЛС бокового обзора».
В полете лучи РЛС перемещаются вместе с самолетом, просматривая непрерывные полосы местности параллельно траектории полета самолета.
Серьезным недостатком РЛС с вдольфюзеляжной антенной, является зависимость разрешающей способности по путевой дальности (т.е. по азимуту) от дальности до объекта разведки (рис. 8).
Примечание:
если, например, на дальности Д=10км
разрешение по путевой дальности
=50м
, то на дальности Д=100км оно будет равно
500м.
Рис. 7. К объяснению принципа работы РЛС с вдольфюзеляжной антенной
Рис. 8. К объяснению зависимости разрешающей способности
по путевой дальности от дальности до объекта разведки
в РЛС с вдольфюзеляжной антенной
Последнее обстоятельство является существенным недостатком таких РЛС и не позволяет им эффективно решать всех задач радиолокационного наблюдения на больших удалениях от самолета.
Этого недостатка
лишены РЛС
с искусственной (синтезированной)
апертурой антенны (РСА).
Эти РЛС имеют реальную антенну длиной
всего
м,
а синтезированную, получаемую путем
специальной обработки принимаемых
сигналов - несколько сотен метров.
Использование синтезированной антенны позволяет получить разрешение порядка нескольких метров, что вполне достаточно для наблюдения даже таких малоразмерных объектов, как автомобиль, танк, бронетранспортер и т.п. Правда, такие объекты на радиолокационном изображении отображаются как точечные, без передачи элементов их формы.
Принципиальной особенностью РСА является возможность отображения движущихся объектов. Для этого они должны иметь некоторую радиальную по отношению к РСА составляющую скорости движения.
РСА представляет собой когерентно-импульсную РЛС.
Антенна такой РЛС размером dA установлена неподвижно под углом 90° к линии пути самолета х (рис. 9). В этой РЛС обзор по боковой дальности Д осуществляется за счет распространения зондирующих импульсов, а по путевой дальности х (по азимуту) — за счет полета самолета.
Высокое разрешение по дальности обеспечивается за счет применения зондирующих импульсов малой длительности, а по азимуту — в результате когерентного накопления отраженного сигнала большой длительности с ЛЧМ.
Принцип
работы РСА
состоит в следующем. РСА перемещается
вдоль оси х
и
излучает радиоимпульсы в точках 1,
2,
3, ..., N. Расстояние
между этими точками одинаково и равно
(Vn
- постоянная путевая скорость самолета;
-
период следования излучаемых
радиоимпульсов).
Облучение цели начинается в момент входа ее в луч антенны (антенна в точке 1) и заканчивается при ее выходе из луча антенны (антенна в точке N). В течение всего времени облучения (Тобл) радиоимпульсы, которыми облучается цель, должны иметь одинаковые несущие частоты и начальные фазы, т. е. быть когерентными.
Отраженные от цели (точка Ц) радиоимпульсы принимаются этой же антенной практически в тех же точках 1, 2, 3, ..., N.
За счет изменения расстояния R между целью и РЛС начальная фаза отраженных импульсов от периода к периоду меняется по известному квадратичному закону. Выходные сигналы приемника поступают в запоминающее устройство. Запомненные сигналы суммируются в каждом периоде в устройстве когерентной обработки с учетом известного изменения фазы принимаемых импульсов, обусловленного перемещением антенны относительно цели.
В
результате, на
выходе этого устройства образуется
узкий импульс,
достигающий максимума в момент приема
N-го
отраженного
от цели импульса. Длительность этого
выходного импульса
получается такой, как если бы вместо
реальной антенны размером
использовалась
ФАР, длина (апертура) которой равна L.
Дело в том, что для ФАР нет принципиальной необходимости принимать сигнал от цели одновременно всеми ее элементами. Можно иметь только один элемент, который поочередно помещается в точки 1, 2, 3,…N, но при этом необходимо запоминающее устройство.
Расстояние L, которое пролетает самолет за время облучения цели, называют синтезированной апертурой.
Ширина
диаграммы направленности синтезированной
ФАР будет равна:
,
то есть угловая разрешающая способность
РСА по азимуту обратно пропорциональна
дальности до цели.
Линейная
разрешающая способность по азимуту
(по путевой дальности х)
будет равна:
и, таким образом,
не зависит от дальности до цели.
Рис. 9. К объяснению состава и принципа работы РЛС бокового обзора
с искусственной (синтезированной) апертурой
Время
называют
временем
синтезирования.
На практике обычно
и равно отрезку времени, на котором
параметры зондирующих импульсов можно
считать постоянными. При синтезированной
апертуре
обеспечивается разрешающая способность
по азимуту
.
Для
получения высококачественного
радиолокационного изображения в полосе
разведки
,
необходимо выполнять когерентное
суммирование для каждого элемента
дальности. Поэтому запоминающее
устройство и устройство когерентной
обработки (УКО) должны быть многоканальными
по дальности.
Доцент кафедры
Д. Корабейников