Доклад: Радиолокация, радиолокационные цели. Реферат радиолокация

Реферат - Радиолокация - Радиоэлектроника

1.Чтотакое радиолокация?

Радиолокация - область науки и техники, предмет которой — наблюдение различных объектов(целей) радиотехническими методами: их обнаружение, распознавание, определениеих координат и скорости и др.

Еще А.С. Попов заметил, что радиоволны имеютспособность отражаться. На этом и основан принцип действия радиолокационнойстанции. Мощный луч радиолокационного передатчикам фокусируется большой антенной  в направлении исследуемого объекта,фиксируется и изучается отраженный радиосигнал, на основе чего делаются выводыо тех или иных характеристиках объекта.

2. Начало радиолокации.

Первые работы по созданию радиолокационных системначались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокациивысказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института(ЛЭФИ)  П.К. Ощепков еще в 1932 году.Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико — техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффесостоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружениясамолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любыхпогодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых.Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В.Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку.Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макетимпульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высотецели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецовв 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоеныГосударственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основномна увеличение дальности действия и повышение точности определения координат.Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имелааналогов в мире по своим техническим характеристикам, она сослужила хорошуюслужбу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражескойавиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения вомногих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация исудовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты  Солнечной системы и поверхность нашей Земли,определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков.За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

3. Основы радиолокации.

Определение координат цели радаром производится сучетом выбранной системы координат. Выбор той или иной системы координат связансо сферой применения радиолокационной установки. Например, наземнаярадиолокационная станция (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой измеряет трикоординаты цели: азимут, угол места и наклонную дальность.

 РЛС

Объект

R

<img src="/cache/referats/966/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1074">В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  <span Courier New"; mso-ascii-font-family:В«Times New RomanВ»;mso-hansi-font-family:В«Times New RomanВ»; mso-bidi-font-family:В«Times New RomanВ»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: В«Courier NewВ»"><span Courier New"">О±

<span Courier New";mso-ascii-font-family:В«Times New RomanВ»; mso-hansi-font-family:В«Times New RomanВ»;mso-bidi-font-family:В«Times New RomanВ»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:В«Courier NewВ»"><span Courier New"">Гџ

В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В 

         Система координат обзорной РЛС :

В В В В В В В В В В  <span Courier New"; mso-ascii-font-family:В«Times New RomanВ»;mso-hansi-font-family:В«Times New RomanВ»; mso-bidi-font-family:В«Times New RomanВ»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: В«Courier NewВ»"><span Courier New"">О±

РЛС такого типа используются на аэродромах.Работает эта станция в сферической системе координат. 

Различают два основных режима работы РЛС: режимобзора (сканирования) пространства и режим слежения за целью. В режиме обзоралуч РЛС по строго определенной системе просматривает все пространство илизаданный сектор. Антенна, например, может медленно поворачиваться по азимуту ив то же время быстро наклоняться вверх и вниз, сканируя по углу места. В режимеслежения антенна все время направлена на выбранную цель и специальные следящиесистемы поворачивают ее вслед за движущейся целью.

Удаленность того или иного объекта определяется позапаздыванию отраженного сигнала относительно излучаемого. Запаздывание сигналаочень мало, поскольку радиоволны распространяются со скоростью, близкой кскорости света (300 000 км/с). Действительно, для самолета, находящегося нарасстоянии 3 км от РЛС, запаздывание сигнала составит всего 20 мкс. Такойрезультат получается из — за того, что радиоволна проходит путь в обоихнаправлениях, к цели и обратно, так что общее расстояние, пройденное волной,составит 6 км. Однако при радиолокации Марса, успешно проведенной в начале 60-хгодов, задержка сигнала составила около 11 мин, а это время малым назватьнельзя. Современная вычислительная техника способна с высокой точностьюобрабатывать  сигналы с ничтожным временемзапаздывания, поэтому с помощью радаров можно регистрировать объекты,расположенные как на больших, так и на малых расстояниях от наблюдателя. Существуетединственное существенное ограничение применения радаров в целях сверхдальнихнаблюдений — это ослабление сигнала. Если сигнал проходит большое расстояние,то он частично рассеивается, искажается и ослабевает и выделить его в приемникеиз собственных шумов приемника и шумов иного происхождения зачастую крайнезатруднительно. Ослабление сигнала при радиолокации вполне поддается расчету,который основан на простых физических соображениях. Если в какой — то точкеизлучается мощность Р, то поток мощности через единичную площадку, находящуюсяна расстоянии R, будет пропорционален Р/4<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">p

всем направлениям, и если облучающий цель потокэнергии ослабевает обратно пропорционально R^2 то приходящий к приемникурассеяный поток еще ослабляется во столько же раз и оказывается обратно пропорциональнымR^4. Это означает, что для повышения дальности действия РЛС в два раза припрочих равных условиях мощность ее передатчика надо повысить в 16 раз. Стольвысокой ценой достигаются высокие характеристики современных РЛС.

В В 

4. Радиолокационная техника.

Рассмотрим структурные схемы простейшихрадиолокаторов. Доплеровская РЛС непрерывного излучения — самая простая извсех. Именно по такому принципу были построены первые «радиоуловители»самолетов. Она содержит генератор высокочастотных колебаний ( ГВЧ), передающуюАпери приемную Апр антенны, смеситель иусилитель низкой частоты биений (УНЧ). На его выходе включаются либо наушники,либо частотомер.

<div v:shape="_x0000_s1150">

Апер

В  В В В VВ В  РјРњРњРњ

   ГВЧ

Cмеситель

В  РЈРќР§

РђРїСЂ

Доплеровская РЛС не обнаруживает неподвижныепредметы. Сигнал, отраженный от них имеет ту же самую частоту, что иизлучаемый. Но если обнаруживаемый объект движется в направлении локатора илиот него, частота отраженного сигнала изменяется вследствие эффекта Доплера(эффект Доплера -  изменение длины волны l (или частоты), наблюдаемое придвижении источника волн относительно их приемника. Характерен для любых волн(свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику l уменьшается, а при удалении растет навеличину l — lо = vlо/c, где lо  — длина волны источника, c — скорость распространения волны, v — относительная скорость движения источника.)

При радиолокации эффект Доплера проявляется вдвоесильнее. Самолет, летящий навстречу излучаемой локатором волне, встречает болеечастые колебания электромагнитного поля. Переизлучая их во время движения, онеще повышает их частоту. При удалении же самолета от локатора частотаотраженного сигнала понижается. В приемную антенну попадают два сигнала:прямого прохождения (от излучающей антенны) и отраженный от цели. В смесителеони взаимодействуют, образуя разностную частоту биений, в точности равнуюдоплеровской Fд=2foV/C

где fo — частота излучаемого сигнала; С — радиальная скорость цели; V — скоростьрадиоволн, равная скорости света.

Определить дальность доплеровским локатором нельзя,но если частоту излучаемых колебаний изменять в некоторых пределах, т.е. ввестив генератор частотную модуляцию, то появляется возможность измерить дальность.Первую опытную установку, действующую по такому принципу, построил известныйученый Б. К. Шембель и использовал ее при локации Крымских гор. Пусть частота передатчикаизменяется по пилообразному закону. Частота отраженного сигнала будет изменятьсятакже, но с запаздыванием на некоторое время t, время распространения волн доцели и обратно. Если частота передатчика в какой — то момент t1равна f 1 , то отраженный сигналвозвращается с этой же частотой. Но частота передатчика к времени t1  + t успеет измениться до значения

f 1 + <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:В«Times New RomanВ»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

<img src="/cache/referats/966/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1176"><div v:shape="_x0000_s1171">

Излучаемый сигнал

t1 + t

В В В В В В В В В  t1

В В В В  f1

t

F

f1+<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:В«Times New RomanВ»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

В 

Эта частота тем выше, чем больше расстояние до цели.Частотно — модулированные локаторы нашли свое применение в авиации, на судах, атакже для выполнения операции стыковки космических кораблей на орбите,обеспечивающие очень хорошую точность определения дистанции.

Наибольшее распространение получил импульсный способопределения дальности. Работой импульсного локатора управляет генератор импульсов(ГИ), следующих с относительно невысокой частотой повторения — порядка сотенимпульсов в секунду. Мощные импульсы подаются на генератор высокой частоты(ГВЧ), вырабатывающий очень мощные короткие импульсы высокочастотных (ВЧ) колебаний.Через антенный переключатель (АП)  ВЧимпульс поступает в антенну и излучается. После излучения импульса антеннаподключается ко входу приемника (Пр).

Одновременно с излучением импульса запускаетсягенератор развертки (ГР), вырабатывающий линейно нарастающее пилообразноенапряжение. Оно поступает на пластины горизонтального отклонения электронно — лучевой трубки, экран которой и является т.н. экраном РЛС.   

<img src="/cache/referats/966/image031.gif" v:shapes="_x0000_s1190">

<img src="/cache/referats/966/image032.gif" v:shapes="_x0000_s1187"><img src="/cache/referats/966/image033.gif" v:shapes="_x0000_s1185"><img src="/cache/referats/966/image033.gif" v:shapes="_x0000_s1181"><img src="/cache/referats/966/image034.gif" v:shapes="_x0000_s1177"><img src="/cache/referats/966/image035.gif" v:shapes="_x0000_s1049">В 

   ГИ

   ГВЧ

В В  РђРџ

В 

<img src="/cache/referats/966/image039.gif" v:shapes="_x0000_s1202"><img src="/cache/referats/966/image040.gif" v:shapes="_x0000_s1199"><img src="/cache/referats/966/image039.gif" v:shapes="_x0000_s1196"><img src="/cache/referats/966/image040.gif" v:shapes="_x0000_s1193"><img src="/cache/referats/966/image041.gif" v:shapes="_x0000_s1172"><img src="/cache/referats/966/image042.gif" v:shapes="_x0000_s1162"><div v:shape="_x0000_s1101">

 ЭЛТ

   ГР

В В  РџСЂ

Усиленный и продетектированный сигнал с выходаприемника подается на пластины вертикального отклонения. Что же можно наблюдатьна экране? Прежде всего в самом начале линии развертки появится мощный импульссигнала ВЧ генератора, который служит началом шкалы дальности. Спустя некотороевремя, нужное для распространения волн, придут сигналы от целей. Луч к этомувремени переместится правее. Чем дальше цель, тем дальше от начала разверткиокажутся отраженные импульсы. А их амплитуда будет соответствоватьинтенсивности отраженного сигнала. По ней в какой — то мере можно судить овеличине цели. Определять дальность на экране импульсного локатора достаточнопросто: под линией развертки можно расположить шкалу. Но, поскольку такойспособ уж очень несерьезен, в схему локатора ввели масштабные генераторы меток.Шкалу дальности стал рисовать электронный луч параллельно со своим основнымназначением — индикацией целей. Генератор развертки совершенствовался, напримердостигнута возможность «растянуть» по горизонтали любое место линии развертки,чтобы подробнее рассмотреть отраженные сигналы в заданном интерваледальностей.  У описанного индикатора ( онполучил название «индикатор типа «А») есть существенный недостаток: он даеттолько дальность, а направление на цель надо определять по шкалам поворотногоустройства антенны. Поэтому очень скоро был разработан другой индикатор (типВ), используемый в РЛС кругового обзора. Антенна этой станции вращается вокругвертикальной оси, «просматривая» все азимутальные направления от 0 до 360градусов. Структурная схема РЛС и порядок работы остаются прежними, но индикаторкругового обзора (ИКО) выполнен совсем по — другому. Пилообразное напряжениеразвертки подается на специальный кольцевой отклоняющий электрод, и линияразвертки проходит по радиусу — от центра к краю экрана. Она поворачиваетсясинхронно с антенной. Для поворота линии развертки на обычные отклоняющиепластины  X и Y подают синусоидальныепеременные напряжения в квадратуре, т.е. на одну пару пластин — косинусоидальноенапряжение, а на другую синусоидальное. Частоты этих напряжений равны частотевращения антенны и составляют доли герца. Луч при этом описывал бы круги наэкране, но, поскольку имеется еще напряжение радиальной развертки на кольцевомэлектроде, изменяющееся значительно быстрее с частотой повторения излучаемыхимпульсов, луч чертит линию развертки, вращающуюся вместе с вращением антенны.

Сигнал с выхода приемника подается на управляющий электрод(сетку) ЭЛТ и заставляет луч увеличивать яркость при наличии отраженных импульсов.Таким образом, на экране ИКО луч «рисует» радиолокационную карту местности.Место расположения самой РЛС соответствует центру экрана. Локатор круговогообзора хорошо подходит для морской навигации, дальнего обнаружения воздушных целей,диспетчерского контроля в аэропортах. Теперь все чаще переходят к секторномуобзору, при котором антенна «осматривает» не весь горизонт, а только нужную егочасть. Большие наземные РЛС снабжают индикаторами нескольких типов: круговогообзора для обнаружения целей и контроля обстановки, типа А для точногоопределения дальности и т.д. Если, например, диаграмма направленности антенныможет «качаться» еще и по углу места (для этого обычно не наклоняют всюантенну, достаточно «качать» ее облучатель ), то применяют в дополнение к ИКОиндикатор «дальность — высота». В нем луч развертывается по радиусу и «качается»в некотором секторе синхронно с антенной, а координаты выбраны прямоугольными.Такой индикатор наглядно покажет и высоту цели.

5. Конструкции отдельных элементов РЛС .

<img src="/cache/referats/966/image044.gif" v:shapes="_x0000_s1241"><img src="/cache/referats/966/image045.gif" v:shapes="_x0000_s1240"><img src="/cache/referats/966/image044.gif" v:shapes="_x0000_s1239"><div v:shape="_x0000_s1238">

V2

V1

Р’Р§

C

+ Ea

L

проводной линии, выполненной из толстых медныхтрубок. Линия на

страивается передвижным короткозамкнутым мостиком.Симметричная линия лучше всего совмещается с двухтактным генератором :

Конденсатора в контуре нет — его роль выполняютмеждуэлектродные емкости ламп. Через них осуществляется и обратная связь. Частьпеременного анодного напряжения через емкость анод — катод возбуждает другойконтур — линию, включенную между катодами ламп. Ее настройкой подбирают нужнуюдля возбуждения колебаний фазу напряжения обратной связи. Сетки ламп заземляютпо высокой частоте. Отбор мощности ВЧ колебаний осуществляют петлей связи, расположеннойвблизи анодной линии. Напряжение анодного питания подают на короткозамкнутыймостик этой линии через ВЧ дроссель (катушку индуктивности), изолирующийисточник питания от ВЧ колебаний. Генератор будет работать в импульсном режиме,если его питать не постоянным анодным напряжением, а мощными высоковольтнымиимпульсами. Они генерируются в устройстве с тиратроном — газоразрядной лампой,поджигаемой управляющим импульсом. Пока тиратрон погашен, накопительный конденсаторС заряжается через дроссель с большой индуктивностью  L от высоковольтного источника. Ток заряданевелик, а время заряда может достичь периода повторения импульсов. Короткийзапускающий импульс поджигает тиратрон, и генератор ВЧ оказывается подключеннымк накопительному конденсатору, заряженному до высокого потенциала (десятки киловольт).Генерируется очень короткий радиоимпульс, причем анодный ток ВЧ генератораможет достичь десятков ампер. Заряд конденсатора расходуется в течениенескольких микросекунд или даже долей микросекунды, генерация прекращается, итиратрон гаснет. Конденсатор С снова начинает медленно заряжаться черездроссель L. Если бы ВЧ генератор работал при такой мощности несколько дольше,то электроды лампы неминуемо расплавились бы, выгорели или испарились. Толькоблагодаря краткости импульсов ничего этого не происходит, а средняя мощностьгенератора оказывается для него невысокой и вполне безопасной.

Импульсный модулятор с накопительным конденсатором имеет один существенный недостаток. Помере расходования заряда конденсатора при генерировании радиоимпульсанапряжение на нем быстро падает, а с ним — и мощность высокочастотныхколебаний. В результате генерируется остроконечный радиоимпульс с пологимспадом. Гораздо выгоднее работать с прямоугольными импульсами, мощность которыхв течение их длительности остается примерно постоянной. Прямоугольные импульсыбудут генерироваться описанным генератором, если накопительный конденсаторзаменить искусственной длинной линией, разомкнутой на свободном конце;например, может использоваться отрезок коаксиального кабеля. Волновоесопротивление линии должно равняться сопротивлению генератора ВЧ колебаний состороны зажимов питания, т.е. отношению его анодного напряжения к анодномутоку. В момент поджигания тиратрона вдоль длинной линии пойдет волнанапряжения, разряжающая линию. Процесс закончится, когда волна напряжения,отразившись от разомкнутого конца линии, вернется к аноду тиратрона. Линиябудет разряжена полностью, и тиратрон погаснет. Таким образом, длительностьимпульса определяется длинной линии и равна отношению удвоенной длины линии кскорости распространения волн в ней. Генераторы модулирующих импульсов сискусственными длинными линиями получили самое широкое распространение врадиолокационной технике.

Для перехода к дециметровым и сантиметровым волнамВЧ генератор с двухпроводными линиями оказался непригодным, поскольку длина линиисоставляет менее четверти длины волны. Кроме того, время пролета электрона влампе оказывается больше периода колебаний, что полностью нарушаетработоспособность триода. Выход был найден в использовании объемного резонатора. Объемный резонатор — ограниченный объем, внутри которого могут возбуждатьсяэлектромагнитные  колебания. Обычнообъемный резонатор — замкнутая полость с проводящими стенками, форма и размерыкоторой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрических и магнитныхполей, бывают прямоугольные, цилиндрические, тороидальные и др. форм. Объемнымрезонатором является  также объем,заполненный средой с др. электрическими и магнитными свойствами. Применениеобъемных резонаторов позволило повысить резонансную частоту ВЧ контура, неуменьшая его размеров.

В годы второй мировой войны были разработаныконструкции принципиально новых генераторов сантиметровых волн — клистронов имагнетронов. В клистроне электронный луч формируется подобно тому, как этопроисходит в электронно — лучевой трубке. Луч проходит последовательно черездва объемных резонатора, настроенных на одну и ту же частоту. Если к первомурезонатору подвести СВЧ колебания, луч окажется промодулированным по скорости.Электроны, пролетевшие резонатор за один полупериод колебаний, ускоряются,поскольку электрическое поле разгоняет их, а электроны, пролетевшие за второйполупериод, замедляются, так как их тормозит электрическое поле, и их скоростьуменьшается. По пути ко второму резонатору электроны сгруппировываются в «пакеты», поскольку быстрые электроны догоняют медленные. На еще большем расстояниипакеты электронов снова рассеиваются. В том месте, где происходит группировкаэлектронов стоит второй резонатор и возбуждается пакетами электронов иливолнами их пространственного заряда. Энергия колебаний, отдаваемая электронамиво второй резонатор, оказывается намного больше энергии, затраченной на модуляциюэлектронного луча. По такому принципу действует клистрон — усилитель. Егонетрудно превратить в генератор: достаточно часть энергии из второго резонаторанаправить обратно, в первый. В отражательном клистроне генерация осуществляетсянесколько иначе. Он содержит только один резонатор. Пролетевшие сквозьрезонатор электроны возвращаются обратно специальным электродом — отражателем,на который подан отрицательный потенциал. Сгруппированные пакеты сновапролетают сквозь резонатор, отдавая запасенную энергию. Отражательные клистроныдолгие годы служили гетеродинами в радиолокационных приемниках. Большуюколебательную мощность отдает магнетрон — многорезонаторное электронноеустройство. Он содержит мощный катод в виде трубки и еще более мощный анодныйблок, выполненный из меди, с профрезерованными в нем резонаторами. Каждыйрезонатор открывается в сторону катода щелью. Вся конструкция помещается междуполюсами мощного электромагнита так, чтобы магнитное поле было направлено пооси катода. На анод должно подаваться высокое положительное напряжение.Магнетроны дали возможность генерировать очень большие импульсные мощности насантиметровых волнах, благодаря чему резко повысилась дальность действия иточность РЛС.

Что же касается приемников сантиметровых волн, тонаибольшее распространение получил супергетеродин с кристаллическим смесителем(СМ) на выходе. Специальный полупроводниковый диод с малой емкостью р — п  перехода монтируется прямо в волноводе,идущем от антенного переключателя. К принимаемому сигналу добавляется сигналместного гетеродина, собранного на маломощном отражательном клистроне. Частотагетеродина отличается от частоты принимаемых импульсов на значение, равное промежуточной частоте (ПЧ). Промежуточнаячастота выбирается в диапазоне 30...100 МГц, т.е.  там, где сравнительно несложно получитьбольшое усиление с помощью электронных ламп или транзисторов.

В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В 

<div v:shape="_x0000_s1057">

  Гетеродин

<div v:shape="_x0000_s1204">

                Супергетеродинный приемник РЛС

Смеситель

www.ronl.ru

Радиолокация | Рефераты KM.RU

1. Что такое радиолокация?

Радиолокация - область науки и техники, предмет которой - наблюдение различных объектов (целей) радиотехническими методами: их обнаружение, распознавание, определение их координат и скорости и др.

Еще А.С. Попов заметил, что радиоволны имеют способность отражаться. На этом и основан принцип действия радиолокационной станции. Мощный луч радиолокационного передатчикам фокусируется большой антенной в направлении исследуемого объекта, фиксируется и изучается отраженный радиосигнал, на основе чего делаются выводы о тех или иных характеристиках объекта.

2. Начало радиолокации.

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

3. Основы радиолокации.

Определение координат цели радаром производится с учетом выбранной системы координат. Выбор той или иной системы координат связан со сферой применения радиолокационной установки. Например, наземная радиолокационная станция (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой измеряет три координаты цели: азимут, угол места и наклонную дальность.

Система координат обзорной РЛС : a - азимут; Я- угол места; R - наклонная дальность РЛС такого типа используются на аэродромах. Работает эта станция в сферической системе координат.

Различают два основных режима работы РЛС : режим обзора (сканирования) пространства и режим слежения за целью. В режиме обзора луч РЛС по строго определенной системе просматривает все пространство или заданный сектор. Антенна , например, может медленно поворачиваться по азимуту и в то же время быстро наклоняться вверх и вниз, сканируя по углу места. В режиме слежения антенна все время направлена на выбранную цель и специальные следящие системы поворачивают ее вслед за движущейся целью.

Удаленность того или иного объекта определяется по запаздыванию отраженного сигнала относительно излучаемого. Запаздывание сигнала очень мало, поскольку радиоволны распространяются со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с). Действительно, для самолета, находящегося на расстоянии 3 км от РЛС, запаздывание сигнала составит всего 20 мкс. Такой результат получается из - за того, что радиоволна проходит путь в обоих направлениях, к цели и обратно, так что общее расстояние, пройденное волной, составит 6 км. Однако при радиолокации Марса, успешно проведенной в начале 60-х годов, задержка сигнала составила около 11 мин, а это время малым назвать нельзя. Современная вычислительная техника способна с высокой точностью обрабатывать сигналы с ничтожным временем запаздывания, поэтому с помощью радаров можно регистрировать объекты, расположенные как на больших, так и на малых расстояниях от наблюдателя. Существует единственное существенное ограничение применения радаров в целях сверхдальних наблюдений - это ослабление сигнала. Если сигнал проходит большое расстояние, то он частично рассеивается, искажается и ослабевает и выделить его в приемнике из собственных шумов приемника и шумов иного происхождения зачастую крайне затруднительно. Ослабление сигнала при радиолокации вполне поддается расчету , который основан на простых физических соображениях. Если в какой - то точке излучается мощность Р , то поток мощности через единичную площадку, находящуюся на расстоянии R , будет пропорционален Р/4pR^2. В знаменателе стоит площадь сферы радиусом R, окружающей источник. Таким образом, при обычной радиосвязи мощность, принятая антенной, обратно пропорциональна квадрату расстояния. Этот закон - закон сферической расходимости пучка энергии - выполняется всегда при распространении волн в свободном пространстве. Даже если сконцентрировать излучаемую мощность в узкий луч и поток энергии возрастет в несколько раз ( этот коэффициент называется коэффициентом направленного действия антенны, КНД ), квадратичная зависимость от расстояния сохранится. Но в радиолокации радиосигнал преодолевает двойные расстояния, а сама облучаемая цель рассеивает энергию по

всем направлениям , и если облучающий цель поток энергии ослабевает обратно пропорционально R^2 то приходящий к приемнику рассеяный поток еще ослабляется во столько же раз и оказывается обратно пропорциональным R^4. Это означает, что для повышения дальности действия РЛС в два раза при прочих равных условиях мощность ее передатчика надо повысить в 16 раз. Столь высокой ценой достигаются высокие характеристики современных РЛС.

4. Радиолокационная техника.

Рассмотрим структурные схемы простейших радиолокаторов. Доплеровская РЛС непрерывного излучения - самая простая из всех. Именно по такому принципу были построены первые "радиоуловители" самолетов. Она содержит генератор высокочастотных колебаний ( ГВЧ), передающую Апер и приемную Апр антенны, смеситель и усилитель низкой частоты биений (УНЧ) . На его выходе включаются либо наушники, либо частотомер.

Доплеровская РЛС не обнаруживает неподвижные предметы. Сигнал, отраженный от них имеет ту же самую частоту, что и излучаемый. Но если обнаруживаемый объект движется в направлении локатора или от него, частота отраженного сигнала изменяется вследствие эффекта Доплера (эффект Доплера - изменение длины волны l (или частоты), наблюдаемое при движении источника волн относительно их приемника. Характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику l уменьшается, а при удалении растет на величину l - lо = vlо/c, где lо - длина волны источника, c - скорость распространения волны, v - относительная скорость движения источника.)

При радиолокации эффект Доплера проявляется вдвое сильнее. Самолет, летящий навстречу излучаемой локатором волне, встречает более частые колебания электромагнитного поля. Переизлучая их во время движения, он еще повышает их частоту. При удалении же самолета от локатора частота отраженного сигнала понижается. В приемную антенну попадают два сигнала: прямого прохождения (от излучающей антенны) и отраженный от цели. В смесителе они взаимодействуют, образуя разностную частоту биений, в точности равную доплеровской Fд=2foV/C

где fo - частота излучаемого сигнала; С - радиальная скорость цели; V - скорость радиоволн, равная скорости света.

Определить дальность доплеровским локатором нельзя, но если частоту излучаемых колебаний изменять в некоторых пределах, т.е. ввести в генератор частотную модуляцию, то появляется возможность измерить дальность. Первую опытную установку, действующую по такому принципу, построил известный ученый Б. К. Шембель и использовал ее при локации Крымских гор. Пусть частота передатчика изменяется по пилообразному закону. Частота отраженного сигнала будет изменяться также, но с запаздыванием на некоторое время t , время распространения волн до цели и обратно. Если частота передатчика в какой - то момент t 1 равна f 1 , то отраженный сигнал возвращается с этой же частотой. Но частота передатчика к времени t1+t успеет измениться до значения f1+Df, и в приемнике выделится сигнал биений с частотой Df.

Наибольшее распространение получил импульсный способ определения дальности. Работой импульсного локатора управляет генератор импульсов (ГИ), следующих с относительно невысокой частотой повторения - порядка сотен импульсов в секунду. Мощные импульсы подаются на генератор высокой частоты (ГВЧ), вырабатывающий очень мощные короткие импульсы высокочастотных (ВЧ) колебаний. Через антенный переключатель (АП) ВЧ импульс поступает в антенну и излучается. После излучения импульса антенна подключается ко входу приемника (Пр).

Одновременно с излучением импульса запускается генератор развертки (ГР), вырабатывающий линейно нарастающее пилообразное напряжение. Оно поступает на пластины горизонтального отклонения электронно - лучевой трубки, экран которой и является т.н. экраном РЛС.

Усиленный и продетектированный сигнал с выхода приемника подается на пластины вертикального отклонения. Что же можно наблюдать на экране? Прежде всего в самом начале линии развертки появится мощный импульс сигнала ВЧ генератора, который служит началом шкалы дальности. Спустя некоторое время, нужное для распространения волн, придут сигналы от целей. Луч к этому времени переместится правее. Чем дальше цель, тем дальше от начала развертки окажутся отраженные импульсы. А их амплитуда будет соответствовать интенсивности отраженного сигнала. По ней в какой - то мере можно судить о величине цели. Определять дальность на экране импульсного локатора достаточно просто: под линией развертки можно расположить шкалу. Но, поскольку такой способ уж очень несерьезен, в схему локатора ввели масштабные генераторы меток. Шкалу дальности стал рисовать электронный луч параллельно со своим основным назначением - индикацией целей. Генератор развертки совершенствовался, например достигнута возможность "растянуть" по горизонтали любое место линии развертки, чтобы подробнее рассмотреть отраженные сигналы в заданном интервале дальностей. У описанного индикатора ( он получил название "индикатор типа "А") есть существенный недостаток: он дает только дальность, а направление на цель надо определять по шкалам поворотного устройства антенны. Поэтому очень скоро был разработан другой индикатор (тип В), используемый в РЛС кругового обзора. Антенна этой станции вращается вокруг вертикальной оси, "просматривая" все азимутальные направления от 0 до 360 градусов. Структурная схема РЛС и порядок работы остаются прежними, но индикатор кругового обзора (ИКО) выполнен совсем по - другому. Пилообразное напряжение развертки подается на специальный кольцевой отклоняющий электрод, и линия развертки проходит по радиусу - от центра к краю экрана. Она поворачивается синхронно с антенной. Для поворота линии развертки на обычные отклоняющие пластины X и Y подают синусоидальные переменные напряжения в квадратуре, т.е. на одну пару пластин - косинусоидальное напряжение, а на другую синусоидальное. Частоты этих напряжений равны частоте вращения антенны и составляют доли герца. Луч при этом описывал бы круги на экране, но , поскольку имеется еще напряжение радиальной развертки на кольцевом электроде, изменяющееся значительно быстрее с частотой повторения излучаемых импульсов, луч чертит линию развертки, вращающуюся вместе с вращением антенны.

Сигнал с выхода приемника подается на управляющий электрод (сетку) ЭЛТ и заставляет луч увеличивать яркость при наличии отраженных импульсов. Таким образом, на экране ИКО луч "рисует" радиолокационную карту местности. Место расположения самой РЛС соответствует центру экрана. Локатор кругового обзора хорошо подходит для морской навигации, дальнего обнаружения воздушных целей, диспетчерского контроля в аэропортах. Теперь все чаще переходят к секторному обзору, при котором антенна "осматривает" не весь горизонт, а только нужную его часть. Большие наземные РЛС снабжают индикаторами нескольких типов: кругового обзора для обнаружения целей и контроля обстановки, типа А для точного определения дальности и т.д. Если, например, диаграмма направленности антенны может "качаться" еще и по углу места (для этого обычно не наклоняют всю антенну, достаточно "качать" ее облучатель ), то применяют в дополнение к ИКО индикатор "дальность - высота". В нем луч развертывается по радиусу и "качается" в некотором секторе синхронно с антенной, а координаты выбраны прямоугольными. Такой индикатор наглядно покажет и высоту цели.

5. Конструкции отдельных элементов РЛС .

Мощный генератор высокой частоты для локаторов, работающих в диапазоне метровых волн, выполняется на электронных лампах, как правило, триодах. Но колебательный контур, состоящий из катушки и конденсатора, уже не пригоден, поскольку катушка для частот в десятки и сотни мегагерц должна быть маленькой, а это несовместимо с высокой мощностью колебаний. Поэтому катушка вырождается в отрезок двухпроводной линии, выполненной из толстых медных трубок. Линия настраивается передвижным короткозамкнутым мостиком.

Конденсатора в контуре нет - его роль выполняют междуэлектродные емкости ламп. Через них осуществляется и обратная связь. Часть переменного анодного напряжения через емкость анод - катод возбуждает другой контур - линию, включенную между катодами ламп. Ее настройкой подбирают нужную для возбуждения колебаний фазу напряжения обратной связи. Сетки ламп заземляют по высокой частоте. Отбор мощности ВЧ колебаний осуществляют петлей связи, расположенной вблизи анодной линии. Напряжение анодного питания подают на короткозамкнутый мостик этой линии через ВЧ дроссель (катушку индуктивности), изолирующий источник питания от ВЧ колебаний. Генератор будет работать в импульсном режиме, если его питать не постоянным анодным напряжением, а мощными высоковольтными импульсами. Они генерируются в устройстве с тиратроном - газоразрядной лампой, поджигаемой управляющим импульсом. Пока тиратрон погашен, накопительный конденсатор С заряжается через дроссель с большой индуктивностью L от высоковольтного источника. Ток заряда невелик, а время заряда может достичь периода повторения импульсов. Короткий запускающий импульс поджигает тиратрон, и генератор ВЧ оказывается подключенным к накопительному конденсатору, заряженному до высокого потенциала (десятки киловольт). Генерируется очень короткий радиоимпульс, причем анодный ток ВЧ генератора может достичь десятков ампер. Заряд конденсатора расходуется в течение нескольких микросекунд или даже долей микросекунды, генерация прекращается, и тиратрон гаснет. Конденсатор С снова начинает медленно заряжаться через дроссель L. Если бы ВЧ генератор работал при такой мощности несколько дольше, то электроды лампы неминуемо расплавились бы , выгорели или испарились. Только благодаря краткости импульсов ничего этого не происходит, а средняя мощность генератора оказывается для него невысокой и вполне безопасной.

Импульсный модулятор с накопительным конденсатором имеет один существенный недостаток. По мере расходования заряда конденсатора при генерировании радиоимпульса напряжение на нем быстро падает, а с ним - и мощность высокочастотных колебаний. В результате генерируется остроконечный радиоимпульс с пологим спадом. Гораздо выгоднее работать с прямоугольными импульсами, мощность которых в течение их длительности остается примерно постоянной. Прямоугольные импульсы будут генерироваться описанным генератором, если накопительный конденсатор заменить искусственной длинной линией, разомкнутой на свободном конце; например, может использоваться отрезок коаксиального кабеля. Волновое сопротивление линии должно равняться сопротивлению генератора ВЧ колебаний со стороны зажимов питания, т.е. отношению его анодного напряжения к анодному току. В момент поджигания тиратрона вдоль длинной линии пойдет волна напряжения, разряжающая линию. Процесс закончится, когда волна напряжения, отразившись от разомкнутого конца линии, вернется к аноду тиратрона. Линия будет разряжена полностью, и тиратрон погаснет. Таким образом, длительность импульса определяется длинной линии и равна отношению удвоенной длины линии к скорости распространения волн в ней. Генераторы модулирующих импульсов с искусственными длинными линиями получили самое широкое распространение в радиолокационной технике.

Для перехода к дециметровым и сантиметровым волнам ВЧ генератор с двухпроводными линиями оказался непригодным, поскольку длина линии составляет менее четверти длины волны. Кроме того, время пролета электрона в лампе оказывается больше периода колебаний , что полностью нарушает работоспособность триода. Выход был найден в использовании объемного резонатора . Объемный резонатор - ограниченный объем, внутри которого могут возбуждаться электромагнитные колебания. Обычно объемный резонатор - замкнутая полость с проводящими стенками, форма и размеры которой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрических и магнитных полей, бывают прямоугольные, цилиндрические, тороидальные и др. форм. Объемным резонатором является также объем, заполненный средой с др. электрическими и магнитными свойствами. Применение объемных резонаторов позволило повысить резонансную частоту ВЧ контура , не уменьшая его размеров.

В годы второй мировой войны были разработаны конструкции принципиально новых генераторов сантиметровых волн - клистронов и магнетронов. В клистроне электронный луч формируется подобно тому, как это происходит в электронно - лучевой трубке. Луч проходит последовательно через два объемных резонатора, настроенных на одну и ту же частоту. Если к первому резонатору подвести СВЧ колебания, луч окажется промодулированным по скорости. Электроны, пролетевшие резонатор за один полупериод колебаний, ускоряются, поскольку электрическое поле разгоняет их, а электроны, пролетевшие за второй полупериод, замедляются, так как их тормозит электрическое поле, и их скорость уменьшается. По пути ко второму резонатору электроны сгруппировываются в "пакеты" , поскольку быстрые электроны догоняют медленные. На еще большем расстоянии пакеты электронов снова рассеиваются. В том месте, где происходит группировка электронов стоит второй резонатор и возбуждается пакетами электронов или волнами их пространственного заряда. Энергия колебаний , отдаваемая электронами во второй резонатор, оказывается намного больше энергии , затраченной на модуляцию электронного луча. По такому принципу действует клистрон - усилитель. Его нетрудно превратить в генератор: достаточно часть энергии из второго резонатора направить обратно, в первый. В отражательном клистроне генерация осуществляется несколько иначе. Он содержит только один резонатор. Пролетевшие сквозь резонатор электроны возвращаются обратно специальным электродом - отражателем, на который подан отрицательный потенциал. Сгруппированные пакеты снова пролетают сквозь резонатор, отдавая запасенную энергию. Отражательные клистроны долгие годы служили гетеродинами в радиолокационных приемниках. Большую колебательную мощность отдает магнетрон - многорезонаторное электронное устройство. Он содержит мощный катод в виде трубки и еще более мощный анодный блок, выполненный из меди, с профрезерованными в нем резонаторами. Каждый резонатор открывается в сторону катода щелью. Вся конструкция помещается между полюсами мощного электромагнита так, чтобы магнитное поле было направлено по оси катода. На анод должно подаваться высокое положительное напряжение. Магнетроны дали возможность генерировать очень большие импульсные мощности на сантиметровых волнах, благодаря чему резко повысилась дальность действия и точность РЛС.

Что же касается приемников сантиметровых волн, то наибольшее распространение получил супергетеродин с кристаллическим смесителем (СМ) на выходе . Специальный полупроводниковый диод с малой емкостью р - п перехода монтируется прямо в волноводе, идущем от антенного переключателя. К принимаемому сигналу добавляется сигнал местного гетеродина , собранного на маломощном отражательном клистроне. Частота гетеродина отличается от частоты принимаемых импульсов на значение, равное промежуточной частоте (ПЧ). Промежуточная частота выбирается в диапазоне 30...100 МГц, т.е. там, где сравнительно несложно получить большое усиление с помощью электронных ламп или транзисторов.

Основное усиление сигнала происходит в тракте ПЧ . Оно может достигать 10^6. Принимаются меры по выравниванию амплитуд сильных и слабых отраженных сигналов. К ним относятся усилители ПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой , различные системы автоматической регулировки усиления. На входе приемника сильные сигналы от близких объектов и и слабые от далеких целей могут различаться на 100...120 дБ. В усилителе ПЧ эта разница уменьшается до 20...30 дБ, и тогда все отражения будут хорошо видны на экране индикатора. Последними элементами структурной схемы приемника являются детектор и усилитель видеоимпульсов.

Технические характеристики РЛС во многом зависят от конструкции приемо - передающей антенны. Энергию волн из волновода в открытое пространство можно передать посредством рупорной антенны. Хорошая рупорная антенна должна быть длинной , поскольку любые неоднородности в волноводе приводят к отражению распространяющейся энергии. Переход от волновода к рупору как раз и является такой неоднородностью, поэтому он должен быть достаточно плавным. Чтобы правильно сформировалась диаграмма направленности , поле в раскрыве антенны должно быть синфазным. Это значит, что колебания поля электромагнитной волны в различных точках раскрыва должны происходить одновременно. Но при распространении от рупора и вдоль его грани волна проходит разный путь и колебания на краях раскрыва запаздывают относительно колебаний в центре. Если разница путей достигает четверти, или даже половины длины волны, рупорная антенна окажется неэффективной. Для уменьшения указанной разницы путей, рупорные антенны делают длинными. Это не совсем удобно, поэтому в радиолокации предпочитают зеркальные антенны, а рупор используют в качестве облучателя зеркала . Чем больше размеры антенны , тем уже ее диаграмма направленности. Угловая ширина диаграммы направленности f связана с размером антенны формулой f=l/D , где угол f выражается в радианах.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху "гигантомании". Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см^2).

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьма сложному алгоритму ( наиболее распространен код Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезных научных работ и изысканий.

Дата добавления: 10.10.2000

www.km.ru

Реферат - «Радиолокация» - Разное

Государственное образовательное учреждение

Гимназия № 1505

РЕФЕРАТ

на тему: «Радиолокация»

реферат подготовил:

Дрейманис Петр Янисович

консультант:

Ветюков Дмитрий Алексеевич

РњРѕСЃРєРІР° 2009 РіРѕРґ.

Содержание:

1.Введение

2.Что такое радиолокация

2.1Принципдействия

3. Радиолокационная станция

3.1 Принцип действия РЛС

3.2 Принцип действия Первичной РЛС

3.3 Принцип действия Вторичной РЛС

4. Применение РЛ

4.1 Военное применение

4.2 Невоенное применение

5.Технология СТЕСЛС и связь ее с РЛ (РЛС).

6.Заключенние

Введение

Слово «радиолокация» все уже слышали в пятидесятые годы, но произносилось тихо, и все думали, что произнесший это слово человек причастен к каким-либо научным секретам или военным. Сначала к ней проявляли массовый интерес, публикации в газетах, фильмы о радиолокации, но через некоторое время, как всегда это бывает, массовый интерес к радиолокации пропал.

Сегодня же интерес к ней опять возвратился, в связи поднятием воздушных технологий.

Чтобы разобраться в радиолокации я поставил следующие задачи:

1.Надо было понять, что же такое радиолокация, какая она бывает

2.Что такое радиолокационная станция, их классификация, как она работает

3.Привести примеры радиолокационной станции

4.Где применяют радиолокацию

5.Как научились обходить радиолокацию (технология СТЕЛС)

^ 1. Что такое радиолокация (в дальнейшем РЛ)?

Радиолокация — область науки и техники, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат, а также определение свойств и характеристик различных объектов, основанных на использовании радиоволн.

Выделяют два вида радиолокации:

Пассивная радиолокация основана на приёме собственного излучения объекта

При активной радиолокации радар излучает свой собственный зондирующий импульс и принимает его, отраженным от цели.

Активная радиолокация бывает двух видов:

С активным ответом — на объекте предполагается наличие ответчика (радиопередатчика), который излучает радиоволны в ответ на принятый сигнал. Активный ответ применяется для опознавания объектов, а также для получения от них дополнительной информации (например, количество топлива, тип объекта и многое другое).

С пассивным ответом — запросный сигнал отражается от объекта и воспринимается в пункте приёма как ответный.

^ 1.1 Принцип действия:

Радиолокация основана на следующих физических явлениях:

Радиоволны рассеиваются, на встретившихся, на пути их распространения: объектов с другими электрическими свойствами, отличными от свойств среды распространения. При этом отражённая волна, так же, как и собственно, излучение цели, позволяет обнаружить цель.

Частота принятого сигнала получает дополнительный сдвиг относительно частоты излучаемых колебаний при перемещении точек приёма и излучения, что позволяет измерять скорость движения цели относительно РЛС.

^ 2. Радиолокационная станция

Радиолокационная станция (РЛС) или радар — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности. В основном используется метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.

РЛС можно классифицировать так:

По предназначению:

РЛС обнаружения;

РЛС управления и слежения;

Панорамные РЛС;

РЛС бокового обзора;

Метеорологические РЛС.

По характеру носителя:

Наземные РЛС

Морские РЛС

Бортовые РЛС

По типу действия

Первичные

Вторичные

По сфере применения:

Военные

Гражданские

^ 2.1 Принцип действия РЛС

Система действия действий такова: большая антенна вращается на 360 градусов и посылает радиоволны, между которыми угол равен 1 градус, и дальность действий этих волн 100 км, тем самым, отсекая квадрат 2х2 километра; таких волн антенна посылает и принимает 360х90, так как по окружности 360 и по вертикали 90. Если искомый объект находиться в отсекаемом квадрате, то вычисляется его скорость и примерное местоположение его в определенное время и туда посылается луч, который гораздо тоньше предыдущего и служит для захвата цели, в то время как предыдущий служит для обнаружения цели

^ 2.2 Устройство Первичной РЛС

В основе строения Первичной РЛС лежат: приемник (устройство для приёма электромагнитных волн, с последующим преобразованием содержащейся в них информации к виду, в котором она могла бы быть использована.), антенна (устройство для излучения и приема радиоволн ), передатчик (техническое устройство для передачи сигналов в участке электромагнитных волн с помощью радиоволн).

^ 1. Передающее устройство является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал.

2. Антенна выполняет фокусировку сигнала приёмника и формирование диаграммы, а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства.

^ 3. Приёмное устройство выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на экран, который показывает изображение, синхронизированное с движением антенны.^ 2.3 Устройство Вторичной РЛС Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается, от принципа Первичной радиолокации. В основе устройства Вторичной РЛС лежат компоненты: передатчик, антенна, приёмник, сигнальный процессор (специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени), индикатор и самолётный ответчик с антенной (бортовое приёмопередающее устройство летательных аппаратов, предназначенное для автоматической выдачи информационных посылок по запросному сигналу РЛС.).

Передатчик. Служит для излучения импульсов запроса в антенну на частоте 1030 МГц

Антенна. Служит для излучения и приёма отражённого сигнала. Для вторичной РЛС характерно то, что антенна излучает на частоте 1030МГц, и принимает на частоте 1090 МГц.

Приёмник. Служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц

^ Сигнальный процессор. Служит для обработки принятых сигналов

Индикатор. Служит для индикации обработанной информации

Самолётный ответчик с антенной. Служит для передачи импульсного радиосигнала, содержащего дополнительную информацию, обратно в сторону РЛС при получении радиосигнала запроса.

^ 3. Применение РЛ

3.1 Военное применение

Одним из первых важных применений радиолокации были поиск и дальнее обнаружение в военных целях. Обратимся к истории: перед второй мировой войной Великобритания построила не очень совершенную, но довольно эффективную сеть радиолокационных станций дальнего обнаружения для защиты от внезапных воздушных налетов со стороны Ла-Манша. В наши же дни более совершенные радиолокационные сети защищают Россию и Северную Америку от внезапного нападения авиации или ракет. Корабли и самолеты также оснащаются радиолокаторами. Таким образом, стало возможным наведение истребителей на вражеские бомбардировщики с наземных радиолокаторов слежения или с корабельных радиолокаторов перехвата; можно также использовать бортовые самолетные радиолокаторы для обнаружения, слежения и уничтожения техники противника. Бортовые радиолокаторы важны для поиска, осуществляемого над сушей или морем, и оказания помощи в навигации или при слепом бомбометании.

Ракеты с радиолокационным наведением оснащаются для выполнения боевых задач специальными автономными устройствами. Для распознавания местности на самонаводящейся ракете имеется бортовой радиолокатор, который сканирует земную поверхность и соответствующим образом корректирует траекторию полета. Радиолокатор, расположенный поблизости от противоракетной установки, может непрерывно отслеживать полет межконтинентальной ракеты. За последние годы в обычные методы и средства радиолокации было внесено много нового – появилась, в частности, система для одновременного слежения за многими целями, находящимися на разных высотах и азимутах; кроме того, разработан способ усиления сигналов радиолокатора без увеличения фонового шума.

^ 3.2 Невоенные применения.

Океанские суда используют радиолокационные системы для навигации. На промысловых траулерах радиолокатор находит применение для обнаружения косяков рыбы.

На самолетах радиолокаторы используют для решения ряда задач, в том числе для определения высоты полета относительно земли. В аэропортах один радиолокатор служит для управления воздушным движением, а другой – радиолокатор управления заходом на посадку – помогает пилотам посадить самолет в условиях плохой видимости.

^ 4. Технология СТЕЛС и связь ее с РЛ (РЛС).

СТЕЛС - технология снижения заметности. Поверхность самолёта собирают из нескольких тысяч плоских треугольников специального волнотталкивающего материала, следовательно:

Одна из возможных гипотез, почему СТЕЛС не заметен для радара это то, что он отражает волны таким образом, чтобы отражённый сигнал не вернулся в радиолокационную станцию противника, а куда-нибудь в другую точку.

Например:

Допустим, что покрытие для внешней отделки СТЕЛС делается из метала, который способен отразить радиоволны. Который крепится на крыле самолета, его нижней части, и нижней части крыла под определенным углом, чтобы радиоволны отражались не в РЛС а, допустим, уходили далеко в небо, или же падали на землю, но не на РЛС.

Заключение

Технология радиолокации позволила заглянуть в удивительный для нас мир. Здесь есть место сложной и глубокой теории, уникальным экспериментам, удивительным техническим решениям и прикладным применениям.

Используемая литература:

1.Статья, написанная А.И.Козловым, «Радиолокация. Физические основы и проблемы»

http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1158447&s=

2.Книга под редакцией Г.Я.Мякишева и Б.Б.Буховцева «Физика» параграф 37 стр. 85

www.ronl.ru

Радиолокация как научно-техническое направление в радиотехнике

Содержание

В 

Введение

3.     Радиолокационное обнаружение

4.     Импульсная радиолокация

5.     Измерение угловых координат цели

6.     Измерение дальности в импульсной радиолокации

7.     РЛС обнаружения и РЛС слежения

Заключение

Список литературы

В 

Радиолокацией называется совокупность методов и технических средств, предназначенных для обнаружения различных объектов в пространстве, измерения их координат и параметров движения посредством приема и анализа электромагнитных волн, излучаемых или переизлучаемых объектами.

Радиолокация как научно-техническое направление в радиотехнике зародилась в 30-х годах. Достижения авиационной техники обусловили необходимость разработки новых средств обнаружения самолетов, обладающих высокими характеристиками (дальностью, точностью). Такими средствами оказались радиолокационные системы.

Выдающийся вклад в развитие радиолокации внесли советские ученые и инженеры П.К. Ощепков, М.М. Лобанов, Ю.К. Коровин, Б.К. Шембель. В Советском Союзе первые успешные эксперименты обнаружения самолетов с помощью радиолокационных устройств были проведены еще в 1934/36 гг. В 1939 г. на вооружении войск ПВО поступили первые серийные отечественные радиолокаторы. Существенным шагом в развитии радиолокации было создание в 1940/41 гг. под руководством Ю.Б. Кобзарева импульсного радиолокатора. В настоящее время радиолокация одна из наиболее прогрессирующих областей радиотехники.

Получение информации в радиолокации сопряжено с наблюдением некоторой области пространства. Технические средства, с помощью которых ведется радиолокационное наблюдение, называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами; а наблюдаемые объекты — радиолокационными целями. Типичными целями являются самолеты, ракеты, корабли, наземные инженерные сооружения и т. п.

В радиолокации наиболее часто измеряются дальность между целью и РЛС, угловые координаты (азимут, угол места) и радиальная, относительно радиолокатора, составляющая скорости движения. (Азимут - это угол между направлением на цель и северным направлением, измеренный в горизонтальной плоскости. Угол места измеряется между вектором наклонной дальности и его проекцией на горизонтальную плоскость.) В задачу радиолокационного наблюдения в некоторых случаях входит также идентификация (распознавание) целей.

Системы радиолокации практически всегда входит в состав более сложных суперсистем. Эти суперсистемы имеют важное военное и народнохозяйственное значение и находят разнообразное применение: для управления воздушным движением, в навигации самолетов, кораблей, в геофизических и астрофизических исследованиях и др.

Системы радиолокации составляют информационную часть таких суперсистем и функционируют совместно и во взаимной связи с другими подсистемами суперсистемы (радионавигации, радиоуправления, передачи информации).

В 

Радиолокация обеспечивает определение координат объекта по отраженному от него радиосигналу. Координаты определяются относительно места расположения радиолокатора, и основными являются две угловых координаты: азимут и угол места, и наклонная дальность. Их определение поясняется следующим рисунком.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Радиолокатор располагается в точке О. Азимут измеряется в горизонтальной плоскости. Это угол между направлением на север и вертикальной плоскостью, проходящей через радиолокатор и цель. Угол места – это угол между касательной к земной поверхности и направлением на объект в вертикальной плоскости.

Уже в первом договоре на разработку радиолокационной аппаратуры, заключенном Управлением противовоздушной обороны Рабоче-крестьянской Красной Армии (УПВО РККА) и Ленинградским электрофизическим институтом (ЛЭФИ) в феврале 1934 г., были сформулированы следующие тактико-технические требования:

·                    Обнаружение самолетов и определение координат на высотах полета до 10 км и расстоянии до 50 км;

·                    Точность определения координат в пределах 2 – 5%;

·                    Определение количества самолетов (один, два, звено, эскадрилья и больше;

·                    Определение скорости самолета с точностью до 25 км/ч и курса с точностью 2 – 5%.

Ясно, что эти требования были скорее желаемыми, чем реально достижимыми, так как в то время сама возможность обнаружения самолетов по отраженному от них электромагнитному излучению была сомнительной, и выполнение одного единственного требования – обнаружение самолета на расстоянии 50 км было бы большим достижением.

Договор Главного артиллерийского управления (ГАУ) с ЛЭФИ (январь 1934 г.) предусматривал решение более скромной задачи: обнаружение самолета и его пеленгация с точностью, достаточной для управления зенитным прожектором.

В 

2.                История исследования и разработки радиолокационных устройств

В 

Не преуменьшая роли всех исследователей и разработчиков радиолокационных устройств, отдадим должное двум людям, благодаря усилиям которых СССР к началу Великой Отечественной войны обладала радиолокационными станциями обнаружения достаточно высокого качества. Это Павел Кондратьевич Ощепков и Юрий Борисович Кобзарев.

Это были целеустремленные люди, что проявилось еще в годы их учебы. Ощепков за время обучения на первом курсе вуза выполнил программу двух курсов и был сразу переведен на третий. Кобзарев не учился в десятом классе школы, так как все экзамены за среднюю школу сдал после девятого класса. ВУЗ он закончил за четыре года вместо положенных пяти.

Идея обнаружения самолетов с помощью радиоволн для противовоздушной обороны возникла у инженера П.К. Ощепкова, когда он проходил одногодичную военную службу в артиллерийском полку ПВО в 1932 г. Он поделился своими мыслями с командиром полка В.М. Черновым, а тот, в свою очередь, с приехавшим в полк инспектором Управления ПВО И.Ф. Блажевичем. Увидев в инженере Ощепкове инициативного, изобретательного человека, командование УПВО, крайне заинтересованное в решении задачи надежного обнаружения самолетов, отозвало П.К. Ощепкова из артиллерийского полка, и он был назначен инженером в УПВО.

Так с конца 1932 г. П.К. Ощепков стал работать в центральном аппарате Наркомата обороны над вопросами радиообнаружения самолетов для службы ВНОС (воздушное наблюдение, обнаружение, связь) ПВО.

Во второй половине 1933г. П.К. Ощепков в докладе Народному комиссару обороны К.Е. Ворошилову изложил принцип использования в системе ПВО новых средств обнаружения самолетов с применением радиоволн. Работая над этой проблемой, он пришел к выводу о целесообразности применения импульсного, а не непрерывного излучения радиоволн, что и определило его дальнейшие усилия по разработке именно импульсных радиолокаторов.

К.Е. Ворошилов и М.Н. Тухачевский одобрительно отнеслись к инициативе УПВО и рекомендовали привлечь к обсуждению этого вопроса ученых Академии Наук СССР. Ощепков как представитель УПВО встретился с Президентом АН СССР А.П. Карпинским и по его совету с академиками А.Н. Крыловым, С.И. Вавиловым и А.Ф. Иоффе. В результате в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) под председательством А.Ф. Иоффе было созвано совещание ведущих специалистов в области радиотехники, на котором с докладом выступил П.К. Ощепков. (Поразительна смелость этого молодого человека!). Единого мнения у присутствующих не было. В Постановлении было отмечено, что использование радиосредств может привести к созданию нужных приборов, но ввиду новизны проблемы необходима длительная научно-исследовательская работа, и пока следует продолжать работы по звукопеленгации и инфракрасной локации (по тепловому излучению работающих двигателей). Сомнения вызывала возможность обнаружения сигнала, отраженного от самолета, ввиду его малости. Только один человек согласился на проведение работ по радиолокации. Это был директор ЛЭФИ академик А.А. Чернышев, который за пять дней до этого совещания (!!!) заключил договор с Главным Артиллерийским управлением (ГАУ) на разработку станции радиообнаружения. Он знал об экспериментальных исследованиях по радиообнаружению самолетов, выполненных в 1933 г в Центральной радиолаборатории (ЦРЛ) под руководством инженера Ю.К. Коровина.

В ЛЭФИ было выбрано непрерывное излучение для построения аппаратуры радиообнаружения, а П.К. Ощепков оставался сторонником импульсного излучения. Поэтому работа УПВО с ЛЭФИ не была продолжена, и в начале 1935 г был заключен договор УПВО с ЛФТИ. Выполнение его было возложено на лабораторию проф. Д.А. Рожанского.

Д.А. Рожанский был видным специалистом по распространению радиоволн. В 1925 г. он приехал в Харьков, чтобы создать пункт для изучения распространения коротких волн. И надо же было там произойти одной случайной встрече. Ему в качестве помощника порекомендовали студента четвертого курса Харьковского института народного образования Ю. Кобзарева. Увлеченность и самоотдача этого студента так понравились Рожанскому, что он пригласил Кобзарева к себе на работу. Кобзарев досрочно заканчивает институт и двадцати лет от роду в феврале 1926 г. начинает работу в ЛФТИ в должности научного сотрудника в лаборатории Рожанского.

В марте 1935 г. лаборатория приступила к исследованию импульсного метода радиолокации и разработке узлов будущего радиолокатора, в первую очередь, генератора высокочастотных импульсов, усилителя широкополосных сигналов и индикатора, который бы позволял измерять координаты цели. После смерти Рожанского разработкой импульсной РЛС стал руководить Кобзарев. Эта работа дала начало созданию отечественной РЛС дальнего обнаружения РУС-2. За разработку импульсной РЛС Ю.Б. Кобзарев стал лауреатом Сталинской премии.

В первых РУС-2 использовались отдельные приемная и передающая антенны. Станция располагалась на двух автомашинах – соответственно, для приемника и передатчика. Антенны жестко закреплялись на кабинах. Обзор пространства обеспечивался синхронным вращением кабин. Было произведено 12 таких станций. А далее стали выпускаться станции РУС-2с, в которых использовалась одна антенна на прием и передачу. Обзор пространства производился вращением антенны, а кабина была неподвижной.

США и Англия к началу Второй мировой войны уже обладали развитым парком радиолокационных станций: наземных, корабельных, самолетных. Наиболее удачной наземной РЛС обнаружения была станция SCR 268, разработанная в США. В этой РЛС использовались три отдельные антенны для передатчика, приемника азимутального канала и приемника угломестного канала, размещенных на одной станине.

В 

3.                Радиолокационное обнаружение

В 

В любую радиолокационную систему входят три обязательных узла: передатчик, приемник и индикаторное устройство.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Передатчик формирует высокочастотное колебание, которое через передающую антенну излучается в пространство. Если на пути излученной электромагнитной волны окажется какой-либо объект (цель), то электромагнитная волна будет рассеиваться (отражаться) им по всем направлениям. Малая часть этой рассеянной волны попадет на приемную антенну и преобразуется приемником в электрический сигнал. В этом сигнале содержится информация об отражающем объекте. Задача индикатора – представить эту информацию в удобной форме.

Работа по радиообнаружению целей началась в начале 30-х годов практически одновременно в странах с развитой радиопромышленностью – США, СССР, Германии, Англии, Франции и Японии. Первые системы радиообнаружения использовали непрерывное излучение электромагнитного колебания. Во многом это определялось требованиями технической реализации. Все, что нужно для непрерывной системы радиообнаружения, уже было разработано для систем радиосвязи: передатчики непрерывных колебаний, высокочувствительные сверхрегенеративные приемники, стрелочные и звуковые индикаторы. А импульсные передатчики, так же как и усилители радиоимпульсов, требовалось еще разрабатывать.

Принцип построения системы напрашивался сам собой: использование интерференции прямого сигнала, излученного передатчиком, и сигнала, отраженного от цели.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Радиоприемник располагался на расстоянии в десятки километров от передатчика и принимал его сигнал. Если в зону излучения передатчика попадал самолет, то сигнал, отраженный от него, тоже принимался приемником. Самолет обнаруживался по интерференции прямого и отраженного сигналов. Использование в приемнике направленной антенны позволяло определять направление на цель.

На этом принципе была разработана радиолокационная система “Ревень”. Система состояла из передающей и двух приемных станций, смонтированных на автомашинах. Приемные станции располагались на расстоянии 30 – 40 км по разные стороны от передающей станции. В сентябре 1939 г. система “Ревень” под названием РУС-1 (радиоулавливатель самолетов) была принята на вооружение войск ПВО. Планировалось создать заградительную зону из этих станций – “электромагнитную завесу”, при пересечении которой самолеты обнаруживались бы по биениям прямого и отраженного сигналов. Биения регистрировались на бумажной ленте.

До июня 1941 г. было выпущено 45 комплектов этой системы. Зимой 1939 – 1940 гг., во время войны с белофинами система РУС-1 прошла боевую проверку. Однако система не оправдала возлагавшихся на нее надежд, она не могла заблаговременно оповещать службу ПВО Ленинграда как фронтового города о самолетах противника. В апреле 1940 г. станции РУС-1 с постов наблюдения на Карельском перешейке были переброшены для дальнейшего использования в Закавказье. Производство РУС-1 было прекращено, когда на вооружение была принята импульсная РЛС РУС-2.

В импульсных РЛС излучаются короткие импульсы. Излученные и отраженные от цели импульсы разнесены по времени и интерференция между ними невозможна. Обнаружение сигнала в импульсных РЛС производится по величине напряжения на выходе приемника. Если напряжение превышает уровень шумов приемника, то выносится решение об обнаружении сигнала.

4.                Импульсная радиолокация

В 

Почему же отказались от непрерывной радиолокации и отдали предпочтение импульсной? Главной проблемой непрерывной радиолокации оказалось измерение дальности. Непрерывное излучение позволяет установить наличие отражающего объекта в облучаемой зоне, определить направление на объект, но измерить дальность до объекта было трудно.

Казалось бы, можно определить расстояние по интенсивности принятого сигнала – чем дальше объект, тем слабее сигнал, но на самом деле интенсивность сигнала зависит не только от дальности, но и от величины и формы отражающего объекта, его ориентации, и на практике подобный метод измерения дальности не применяется. Можно использовать триангуляционные методы, применяющиеся в геодезии, когда расстояние определяется расчетом по известному расположению двух точек и по направлениям из каждой точки на объект (сравните: пеленгационный метод определения местоположения в радионавигации). Но для реализации такого измерения потребуется два приемника и точное измерение угловых координат, а также время для проведения расчетов.

Правда, уже был запатентован метод измерения дальности при непрерывном излучении есть, предполагающий излучение радиоволн с изменяющейся частотой, то есть частотно модулированных радиоволн. Об этом подробнее мы поговорим далее, а сейчас только отметим, что этот метод легко реализуется, если отражающий объект только один. А для радиолокации типовой является ситуация, когда отражающих объектов много, и для каждого нужно определить его координаты. В этой ситуации вне конкуренции оказался импульсный метод радиолокации, когда импульсы, отраженные от многих целей, разнесены по задержке и легко разделяются.

Еще один недостаток непрерывной радиолокации – необходимость разнесения на большое расстояние передатчика и приемника. Энергия излучаемой передатчиком электромагнитной волны должна быть очень большой, так как только незначительная часть ее возвращается от обнаруживаемого объекта к приемнику. Если мощный передатчик работает по соседству с высокочувствительным приемником, который должен реагировать на ничтожное количество отраженной энергии, то нужно принимать специальные меры защиты приемника от прямого попадания энергии, излучаемой передатчиком. В непрерывной радиолокации защита приемника обеспечивалась разнесением передатчика и приемника на большое расстояние.

В импульсной радиолокации работа передатчика и приемника разнесена по времени: когда излучается радиоимпульс, приемник закрыт; а когда принимается импульс, отраженный от цели, передатчик не работает. Поэтому приемник и передатчик могут находиться в одном месте. И кроме того, можно использовать одну антенну, работающую и на прием, и на передачу. Это значительно упрощает конструкцию РЛС. Для защиты приемника на время работы передатчика были разработаны специальные разрядники-переключатели “прием-передача”, закорачивающие вход приемника на время излучения радиоимпульса.

Но непрерывное излучение имеет и несомненное достоинство – оно позволяет измерять скорость объекта. Как известно, частота отраженного от движущегося объекта колебания fотр будет отличаться от частоты облучающего колебания fo на величину частоты Доплера Fд: fотр =fo + Fд, где Fд = 2Vfo/c. Конечно, доплеровский сдвиг частоты небольшой (например, при длине волны 3м и скорости объекта 360 км/ч доплеровский сдвиг составит всего 33 Гц), но его можно выделить узкополосным фильтром и измерить. Однако на заре радиолокации об измерении скорости еще не думали. В настоящее время разработаны импульсные РЛС малой скважности, которые позволяют измерять дальность до цели по задержке импульсного сигнала и скорость по доплеровскому сдвигу частоты.

5.                Измерение угловых координат цели

В 

Итак, перед первыми разработчиками систем радиообнаружения самолетов стояли, главным образом две задачи: обнаружить цель и запеленговать ее, то есть определить направление на цель.

Мы уже познакомились с методами определения направления при изучении истории радионавигации. Таких методов три: по минимуму принимаемого сигнала, по максимуму принимаемого сигнала и по равносигнальной зоне. В радионавигации используются первый и последний методы, как наиболее точные. В радиолокации – второй и третий, так как отраженный от цели сигнал очень слабый, и прием сигнала возможен только, когда антенна направлена на цель. Кроме того, в радиолокации используются антенны с узкими диаграммами направленности, а для таких антенн определение направления по максимуму сигнала становится уже достаточно точным.

Для пеленгации в принципе не важно, каким будет излучение – непрерывным или импульсным – все определяется формой диаграммы направленности антенны. В первых радиолокационных станциях, таких как РУС-2 (СССР) и SCR-268 (США) поиск цели осуществлялся вручную. Оператор РЛС поворачивал антенную систему (естественно, с помощью двигателей), добивался максимума отраженного от цели сигнала и считывал угол с лимба, связанного электромеханической системой с осью антенны.

В последующих разработках радиолокационных станций обнаружения использовалось вращение диаграммы направленности с постоянной угловой скоростью в пределах зоны обзора (360о в РЛС кругового обзора, или в меньших пределах при секторном обзоре).

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

При этом от каждой цели, находящейся в зоне обзора, формируется сигнал примерно колокольной формы, по максимуму которого измеряется направление на цель. Для импульсного излучения форма сигнала на выходе приемника (последовательность импульсов) показана на рисунке выше справа. Такой сигнал называют пачкой импульсов.

В радиолокационных станциях сопровождения, осуществлявших слежение за одной целью, пеленгация производилась по равносигнальной зоне.

В 

6.                Измерение дальности в импульсной радиолокации

В 

При использовании импульсного метода передатчик излучает очень короткие высокочастотные импульсы через длительные промежутки между ними. Например, длительность импульса 1 мкс, а длительность интервала между импульсами 999 мкс, то есть период 1мс. Условное изображение (не соблюдено соотношение между длительностью и периодом импульсов) излучаемых а) и принимаемых б) импульсов приведено ниже

Р°)

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Р±)

В 

Во время излучения импульса какая-то его часть попадает на вход приемника, несмотря на все меры, принимаемые для предотвращения этого. И пусть это даже очень малая часть, но мощность этого импульса во много раз превышает мощность принимаемых импульсов и обычно на это время приемник запирается. Если в направлении излучения находится цель, то на входе приемника появится отраженный от нее импульс, задержанный относительно излученного на время tR, равное времени распространения радиоимпульса от РЛС до цели и обратно. Если дальность до цели равна R, то радиоволна проходит расстояние 2R и задержка tR = 2R/c.

Если в зону действия луча попадут и другие цели, то от них тоже появятся отраженные импульсы. Чем дальше расположена цель, тем слабее отраженный от нее импульс. Если амплитуда отраженного импульса будет ниже порога чувствительности приемника, то такой сигнал не обнаруживается. Дальность действия РЛС тем больше, чем больше мощность излучаемого импульса и выше чувствительность приемника.

Импульсный метод позволяет легко измерить дальность до цели по задержке отраженного импульса, и не только до одной цели, а для всех, попадающих в зону действия луча. Это значит, что импульсный метод обладает разрешением по дальности. Две цели можно разрешить, то есть воспринять их как две отдельные цели, а не одну протяженную, если отраженные от этих целей импульсы не перекрываются.

Самый простой и очевидный способ измерения дальности – использование осциллографического индикатора типа А.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В индикаторе типа А используется линейная развертка по горизонтали, которая начинается в момент излучения импульсов передатчиком и заканчивается перед излучением следующего импульса. По вертикали луч отклоняется сигналом с выхода приемника. Величина отклонения пропорциональна величине сигнала. Вертикальное отклонение, соответствующее импульсу передатчика, возникает в начале линии развертки, а отраженные сигналы, похожие по форме, но меньшей величины, появляются через время, пропорциональное расстоянию до каждого отражающего объекта. Так как развертка линейна, то горизонтальную шкалу можно проградуировать в единицах дальности, например, в километрах.

Как мы уже говорили, несовпадение по времени работы передатчика и приемника позволяет использовать одну и ту же антенну для передачи и приема. Для этого используется переключающее устройство, которое подсоединяет антенну к передатчику, когда надо излучать импульсы, и к приемнику во время интервала между импульсами передатчика. В состав этого устройства входит газовый разрядник, разряд в котором блокирует вход приемника.

Заметим, что длительность излучаемого импульса определяет то время, в течение которого приемник не может вести прием отраженных импульсов, так как он блокирован мощным импульсом передатчика. Поэтому отраженные импульсы от близких целей, возвращающиеся уже в то время, когда еще не закончился импульс передатчика, не могут быть воспроизведены на экране индикатора. Таким образом, длительность импульса определяет минимальную дальность действия станции, называемую также мертвой зоной.

Частота повторения импульсов определяет максимальную однозначно измеряемую дальность действия РЛС. Чтобы пояснить это, возьмем частоту повторения импульсов в 2 раза больше, чем на рассмотренном ранее рисунке. (Внимательно сравните эти рисунки).

В 

В 

В 

В 

В 

В 

При высокой частоте повторения отраженный импульс от дальней цели ц2 придет не в первый промежуток между импульсами, а в последующий. Осциллограмма на индикаторе изменится.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Дальняя цель ц2 воспринимается теперь как ближняя. Измеренная величина запаздывания для нее будет на период следования импульсов меньше истинного. Поэтому для однозначного измерения дальности период повторения импульсов должен быть больше, чем максимально возможная задержка отраженного импульса, видимого на экране

В 

7.                РЛС обнаружения и РЛС слежения

В 

Задача РЛС обнаружения – обнаружить все цели, находящиеся в зоне обзора и определить их координаты с невысокой точностью. Задача РЛС слежения – обеспечить измерение координат выбранной цели с высокой точностью.

В типовой РЛС обнаружения обеспечивается круговой поиск по азимуту. Отсчет координат целей (азимут и дальность) производится по индикатору кругового обзора (ИКО). Структурная схема РЛС обнаружения приведена ниже

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Передатчик генерирует последовательность коротких высокочастотных импульсов. Он управляется импульсами модулятора, длительность и частота повторения которых задаются хронизатором. Хронизатор также формирует импульсы для запуска развертки индикатора кругового обзора, совпадающие по времени с излучаемыми импульсами. Отраженные импульсы усиливаются и детектируются в приемнике и подаются далее на ИКО для управления яркостью луча. В ИКО используется радиальная развертка, вращающаяся синхронно с вращением антенны.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Движение луча начинается с центра экрана и заканчивается у края трубки. Центр экрана соответствует нулевой дальности, т.е. расположению радиолокатора, а край – максимальной просматриваемой дальности. Для индикации цели используется яркостная отметка. Другими словами, если в индикаторе типа А появление отраженного импульса приводит к отклонению луча от прямой линии, то в ИКО во время прихода импульса увеличивается яркость свечения луча.

Так как луч совершает полный оборот за сравнительно большое время, равное периоду вращения антенны (несколько секунд), то используется трубка с длительным послесвечением. При каждом проходе вращающегося луча на одном и том же расстоянии от центра экрана появляются яркостные отметки от цели. Количество отметок равно количеству импульсов в пачке. За счет послесвечения эти отметки сливаются и образуют дужку, по центру которой определяется азимут цели.

РЛС слежения в годы Второй мировой войны назывались станциями орудийной наводки. Они обеспечивали высокоточное измерение координат цели, подлежащей уничтожению, и были связаны через прибор управления зенитным огнем (ПУАЗО) с зенитной батареей. В первых станциях орудийной наводки типа английской GL-Mk-II и американской AN/TPS-3 использовалось ручное сопровождение цели. В последующих (GL-Mk-III, SCR-545, SCR-584/784 и др.) сопровождение цели осуществлялось автоматически с использованием конического сканирования луча,

В этих РЛС пеленгация цели осуществлялась по равносигнальному направлению

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Пеленгацию по равносигнальному направлению можно реализовать различными способами. Можно взять две антенны с пересекающимися диаграммами направленности (рис а), подсоединить их к приемникам и сравнивать выходные сигналы приемников U1 и U2, Если U1 > U2, то цель отклонилась влево от равносигнального направления, если U1 < U2, то – вправо, а если U1 = U2, то цель находится точно на равносигнальном направлении.

Можно взять один приемник и подключать его поочередно к антеннам с диаграммами направленности 1 и 2. Тогда выходное напряжение будет неизменным, если цель находится на равносигнальном направлении, или иметь форму меандра, если направление на цель не совпадает с равносигнальным направлением. Причем при изменении стороны отклонения меандр будет переворачиваться (фаза изменяется на 180о).

Так реализуется измеритель отклонения направления на цель от равносигнального направления. Измеренное отклонение можно использовать для разворота антенной системы так, чтобы равносигнальное направление приближалось к направлению на цель. Но так как цель перемещается по азимуту и углу места, т.е. по двум взаимно перпендикулярным направлениям, то нужно иметь еще пару антенн с пересекающимися диаграммами направленности в плоскости, перпендикулярной рассмотренной. В 60-е годы сделают РЛС сопровождения с антенной системой, формирующей четыре пересекающихся диаграммы направленности и назовут ее моноимпульсной.

Но в 40-е годы (во время второй мировой войны) нашли другое решение: использовали круговое вращение диаграммы направленности. Это эквивалентно поочередному подключению к приемнику одну за другой четырех антенн с пересекающимися диаграммами направленности, только вместо ступенчатого перехода диаграммы направленности из одного положения в другое этот переход стал плавным. Конструктивно такое вращение осуществлялось просто. Станции орудийной наводки работали в СВЧ диапазоне, и антенна представляла собой параболоид вращения, в фокальной плоскости которого располагался излучатель – полуволновый вибратор или рупор. Если этот излучатель сместить относительно оси параболоида, то максимум излучения антенны не будет совпадать с осью антенны, что поясняется рисунком ниже.

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Если теперь вращать излучатель, то будет вращаться диаграмма направленности при неподвижном отражателе. РЛС слежения, в которых производится вращение диаграммы направленности, называются РЛС с коническим сканированием. Сменившие их через четверть века РЛС с одновременным сравнением четырех диаграмм направленности стали называться моноимпульсными РЛС.

Структура системы управления антенной РЛС слежения приведена ниже

В 

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Она содержит два независимых канала управления: по азимуту и по углу места. Если самолет находится на равносигнальном направлении, то напряжение на обоих выходах пеленгатора (по азимуту и углу места) равно нулю, на двигатели никакого напряжения не подается и антенна остается в прежнем положении. Смещение самолета с равносигнального направления приводит к появлению напряжения на выходе пеленгатора и к развороту антенны до тех пор, пока напряжение на выходе пеленгатора не станет равным нулю, т.е. пока равносигнальное направление не совпадет с направлением на цель.

В 

В 

Как мы отмечали в начале этого занятия, создателям радиолокаторов пришлось отказаться от использования непрерывного излучения, так как было сложно измерить дальность. И эта трудность многократно увеличивалась, когда в зону облучения попадало несколько целей.

Но существуют задачи, когда в зону облучения радиолокационной установки может попасть только один единственный объект. Это задача определения высоты летательного аппарата относительно поверхности земли, а также возникшая в последние полвека задача радиолокационного обеспечения сближения и стыковки космических аппаратов. Для решения этих задач используется обычно непрерывное излучение.

Существует два метода измерения дальности при непрерывном излучении: частотный и фазовый. О фазовом мы немного говорили при изучении истории радионавигации, теперь познакомимся с частотным. Для этого надо излучать такой сигнал, чтобы каждому моменту времени соответствовало свое значение частоты.

Пусть излучается сигнал, частота которого линейно изменяется со временем

В 

В 

В 

В 

В 

В 

Отраженный от объекта сигнал задержан относительно излученного на время распространения сигнала до объекта и обратно. Поэтому частота принимаемого сигнала будет отличаться от частоты излучаемого в момент приема сигнала на величину Df (см. рисунок), которая пропорциональна задержке отраженного сигнала. Остается измерить разностную частоту и проградуировать шкалу частотомера в единицах измерения расстояния.

На практике нельзя линейно изменять частоту сколь угодно долго, и поэтому используют периодическое изменение частоты (по гармоническому или треугольному законам) с достаточно большим периодом. Впервые такой метод был реализован в альтиметре Ю. Бентли, заявленном в 1928 г. и запатентованном в 1935 г. В самолетных высотомерах малых высот (до 1000 м) часто используется ЧМ колебание с треугольным законом изменения частоты.

В 

Разносная частота F не будет все время постоянной. На участках, когда частота излученного (прямого) и отраженного сигналов изменяются противоположно, разностная частота будет меньше F. Но так как период модуляции Т много больше времени задержки t1, то этот участок кратковременный, и к заметной ошибке в измерении высоты не приводит.

На рисунке выше показан принцип построения высотомера с ЧМ излучением.

Под крыльями самолета установлены антенны: одна передающая, другая приемная. Они разнесены и разделены корпусом самолета, чтобы уменьшить прямое прохождение излученного сигнала в приемник. В приемнике смешиваются принятый сигнал и ослабленный сигнал от передатчика. В результате смешения (а это нелинейное преобразование сигналов) выделяется сигнал разностной частоты. Индикатор высоты представляет собой стрелочный прибор. Шкала его проградуирована в метрах, хотя он измеряет частоту разностного сигнала.

Заключение

В 

Радиолокация представляет собой средство расширения возможностей человека определять наличие и положение объектов за счет использования явлений отражения радиоволн этими объектами. Ее ближайшим конкурентом при выполнении этих функций является оптическая техника, включающая телескопы, которые обладают высокой точностью и обычно имеют фотографические регистрирующие устройства. Преимущество радиолокационных средств по сравнению с оптическими состоит в том, что радиолокационные устройства могут работать в темноте и сквозь облака, обладают большой дальностью действия и позволяют определять дальность до объекта со значительно большей точностью, нежели оптические устройства. Хотя световые волны также являются электромагнитными, но в радиолокации частота их намного ниже. Это позволяет применять радиотехнические методы и схемы.

Развитие радиолокации явилось важной частью технической революции двадцатого века. Военная техника, использующая принципы радиолокации, впервые была создана перед самым началом второй мировой войны; с этого времени наблюдается быстрый и непрерывный прогресс в указанной области.

Практические применения радиолокации в настоящее время отличаются большим разнообразием. Некоторые из наиболее важных задач радиолокации связаны с ее применением в военной технике; сюда относится обзор пространства и обнаружение самолетов противника и наземных подвижных объектов, обеспечение данных для управления орудийным огнем, а также данных для управления ракетами в полете. Кроме того, радиолокационные средства широко используются в навигации как самолетов, так и кораблей (особенно в ночное время и в условиях тумана), они являются важным элементом современных систем управления воздушным движением, используются с целью управления движением автомашин и имеют большое значение для обеспечения прогнозов погоды. Радиолокация — отличное средство для исследования земной атмосферы и ионосферы, а также для изучения метеоров. В настоящее время радиолокационные устройства используются для обзора космического пространства, обнаружения и слежения за искусственными спутниками Земли, а также в системах противоракетной обороны. Также радиолокация применяется для астрономических наблюдений соседних космических тел солнечной системы: Луны, Солнца, Венеры, Марса и Юпитера. Области применения радиолокации по мере дальнейшего освоения космического пространства, по всей вероятности, будут все больше расширяться. Последние годы не менее актуальными стали вопросы подповерхностного зондирования и нелинейной локации. Подповерхностная радиолокация дает информацию о свойствах и параметрах среды, ее неоднородности. Нелинейная радиолокация (поиск элементов с p-n переходом или нелинейной вольтамперной характеристикой), используется при поиске от различных радиозакладок, «жучков» и прочих электронных средств незаконного съема информации, до радиоуправляемых фугасов и взрывных устройств.

Список литературы

импульсная радиолокация координата

1)   Перминов И.Г. «Физические основы получения информации». 2006 год.

2)   Артамонов В.М. «Электроавтоматика судовых и самолетных радиолокационных станций». 1962 год.

3)   Современная радиолокация. Анализ, расчет и проектирование. Под редакцией Кобзарева Ю.В., М., Сов.радио, 1969г.-704стр.

4)   Дулевич В.Е. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1978г. – 608стр.

5)   Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1970г. – 560стр.

Размещено на http://www.

www.referatmix.ru

Реферат - Радиолокация, радиолокационные цели

Радиолокация. Радиолокационные цели. ЭПР.

(реферат)

Содержание

1.Ведение 3

2.Радиолокационные цели_ 6

2.1.Эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР). 8

2.2.Сложные и групповые цели_ 9

2.3.Объемно-распределенные цели_ 11

2.4. Поверхностно-распределенные цели_ 14

Заключение 17

Список литературы_ 18

1. Ведение

Радиолокация представляет собой средство расширения возможностей человека определять наличие и положение объектов за счет использования явлений отражения радиоволн этими объектами. Ее ближайшим конкурентом при выполнении этих функций является оптическая техника, включающая телескопы, которые обладают высокой точностью и обычно имеют фотографические регистрирующие устройства. Преимущество радиолокационных средств по сравнению с оптическими состоит в том, что радиолокационные устройства могут работать в темноте и сквозь облака, обладают большой дальностью действия и позволяют определять дальность до объекта со значительно большей точностью, нежели оптические устройства. Хотя световые волны также являются электромагнитными, но в радиолокации частота их намного ниже. Это позволяет применять радиотехнические методы и схемы.

Развитие радиолокации явилось важной частью технической революции двадцатого века. Военная техника, использующая принципы радиолокации, впервые была создана перед самым началом второй мировой войны; с этого времени наблюдается быстрый и непрерывный прогресс в указанной области.

Основная идея радиолокации состоит в том, что электромагнитные волны распространяются через атмосферу по определенным законам с известной скоростью, приблизительно равной скорости света в вакууме. Любые препятствия или изменения характеристик среды на пути распространения радиоволн приводят к возникновению отражений, которые могут быть обнаружены и, таким обра­зом, становятся источником информации о наличии и свойствах таких препятствий или изменений. Измерение времени запаздывания отраженного сигнала по отношению к излученному позволяет получить данные о положении препятствия, т. е. «цели». В случае обычной «однопозиционной» радиолокации (когда передатчик и приемник совмещены и расположены в одном месте в отличие от «двухпозиционных»[1] систем, в которых отраженный сигнал принимается в пункте, удаленном от передатчика) время запаздывания непосредственно характеризует расстояние от места расположения приемника и передатчика до цели. Измерение времени запаздывания облегчается, если передатчик излучает короткие импульсы электромагнитной энергии. Идея импульсного излучения лежит в основе большинства практических применений радиолокации.

Информация о скорости целей может быть получена измерением доплеровского сдвига частоты между излученными и принятыми колебаниями, а угловые координаты удаленных целей — посредством сопоставления характеристик отраженных сигналов с диаграммами направленности передающей и приемной антенн. Наконец, сведения о размерах, форме и отражательной способности цели можно получить путем сравнения формы огибающей отраженных и излученных колебаний.

В зависимости от особенностей применения, радиолокационная информация может быть представлена в различном виде. Имеется ряд методов индикации с использованием осциллоскопов, которые создают оператору удобные условия для наблюдения за наличием, положением и размерами целей. Так, в радиолокационных станциях (РЛС) обнаружения целей индикатор кругового обзора (ИКО) с яркостной отметкой является эффективным средством отображения «картины» расположения целей вокруг РЛС. С другой стороны, изменения положения цели могут явиться источником формирования напряжений, управляющих положением антенны (в случае РЛС сопровождения цели) для обеспечения прицеливания и стрельб соответствующими видами оружия, либо для управления полетом ракет путем использования линии связи. Чтобы решить некоторые важные задачи, данные, полученные при помощи радиолокационной станции, запоминаются в соответствующей форме для дальнейшей их обработки на электронной вычислительной машине.

Практические применения радиолокации в настоящее время отличаются большим разнообразием. Некоторые из наиболее важных задач радиолокации связаны с ее применением в военной технике; сюда относится обзор пространства и обнаружение самолетов противника и наземных подвижных объектов, обеспечение данных для управления орудийным огнем, а также данных для управления ракетами в полете. Кроме того, радиолокационные средства широко используются в навигации как самолетов, так и кораблей (особен­но в ночное время и в условиях тумана), они являются важным элементом современных систем управления воздушным движением, используются с целью управления движением автомашин и имеют большое значение для обеспечения прогнозов погоды. Радиолокация — отличное средство для исследования земной атмосферы и ионосферы, а также для изучения метеоров. В настоящее время радиолокационные устройства используются для обзора космического пространства, обнаружения и слежения за искусственными спутниками Земли, а также в системах противоракетной обороны. Также радиолокация применяется для астрономических наблюдений соседних космических тел солнечной системы: Луны, Солнца, Венеры, Марса и Юпитера. Области применения радиолокации по мере дальнейшего освоения космического пространства, по всей вероятности, будут все больше расширяться. Последние годы не менее актуальными стали вопросы подповерхностного зондирования и нелинейной локации. Подповерхностная радиолокация дает информацию о свойствах и параметрах среды, ее неоднородности. Нелинейная радиолокация (поиск элементов с p-n переходом или нелинейной вольтамперной характеристикой), используется при поиске от различных радиозакладок, «жучков» и прочих электронных средств незаконного съема информации, до радиоуправляемых фугасов и взрывных устройств.

Радиолокационная техника, с одной стороны, использует многие передовые отрасли современной техники, с другой стороны, способствует их развитию. Т.е. на всех этапах своего развития и применения радиолокация тесно переплетается с другими областями науки и техники.

Полезно указать на некоторые другие типы систем, родственных радиолокации: звуколокационные (эхолокационные) системы работают по такому же принципу, как и РЛС, но используют вместо радиоволн акустические волны, радионавигационная система Лоран, хотя и не основана на использовании отраженных сигналов, однако для определения расстояний здесь также необходимо измерять время запаздывания при распространении радиоволн. Многие методы анализа и расчета радиолокационных систем полностью применимы и к этим родственным системам.

2.радиолокационные цели

Электромагнитная волна, падающая на объект, независимо от его природы вызывает вынужденные колебания свободных и связанных зарядов, синхронные с колебаниями падающего поля. Вынужденные колебания зарядов создают вторичное поле внутри или вне тела. В результате этого энергия электромагнитной волны, падающей на цель, рассеивается во всех направлениях, в том числе и в направлении к радиолокационной станции. Приходящая в точку приема, переизлученная волна представляет собой отраженный целью сигнал.

Характер вторичного излучения (отражения) электромагнитных волн зависит от формы объекта, расположенного на пути их распространения, его размеров и электрических свойств, а также от длины падающей волны и ее поляризации.

Принято различать зеркальное, диффузное и резонансное отражения. Если линейные размеры отражающей поверхности много больше длины волны, а сама поверхность гладкая, то возникает зеркальное отражение. При этом угол падения радиолуча равен углу отражения, и волна вторичного излучения не возвращается к РЛС (за исключением случая нормального падения).

Если линейные размеры поверхности объекта велики по сравнению с длиной волны, а сама поверхность шероховатая, что имеет место диффузное отражение. При этом благодаря различной ориентации элементов поверхности электромагнитные волны рассеиваются в различных направлениях, в том числе и в направлении на РЛС. Резонансное отражение наблюдается в том случае, когда линейные размеры отражающих объектов или их элементов равны нечетному числу полуволн. В отличие от диффузного отражения, вторичное резонансное излучение обычно обладает большой интенсивностью и резко выраженной направленностью, зависящей от конструкции и ориентации вызывающего отражение элемента.

В тех случаях, когда длина волны велика по сравнению с линейными размерами цели, падающая волна огибает цель и интенсивность отраженной волны ничтожно мала.

С точки зрения формирования сигнала при отражении объекты радиолокационного наблюдения принято делить на малоразмерные и распределенные в пространстве или на поверхности.

К малоразмерным относятся объекты, размеры которых значительно меньше размеров элемента разрешения РЛС по дальности и угловым координатам. В ряде случаев малоразмерные объекты имеют простейшую геометрическую конфигурацию. Их отражающие свойства могут быть легко определены теоретически и предсказаны для каждого конкретного относительного расположения рассматриваемой цели и РЛС. В реальных условиях цели простейшего типа встречаются довольно редко. Чаще приходится иметь дело с объектами сложной конфигурации, которые состоят из целого ряда жестко связанных между собой простейших отражающих элементов. Примерами целей сложной конфигурации могут служить самолеты, корабли, различные сооружения и т. д.

Другие цели представляют собой совокупность отдельных объектов, распределенных в определенной области пространства, значительно превышающей по своим размерам элемент разрешения РЛС. В зависимости от характера этого распределения различают объемно-распределенные (например, дождевое облако) и поверхностно-распределенные (поверхность суши и т. д.) цели. Отраженный от такой цели сигнал является результатом интерференции сигналов отражателей, распределенных в пределах элемента разрешения.

Для фиксированного взаимного положения РЛС и отражающих объектов амплитуда и фаза отраженной волны имеют вполне определенную величину. Поэтому в принципе для каждого конкретного случая может быть определен результирующий суммарный отраженный сигнал. Однако в процессе радиолокационного наблюдения относительное положение целей и РЛС обычно меняется, что приводит к случайным флюктуациям интенсивности и фазы результирующих отраженных сигналов.

2.1.Эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР).

Расчет дальности радиолокационного наблюдения требует количественной характеристики интенсивности отраженной волны. Мощность отраженного сигнала на входе приемника станции зависит от целого ряда факторов и прежде всего от отражающих свойств цели. Обычно радиолокационные цели характеризуются эффективной площадью рассеяния. Под эффективной площадью рассеяния цели в случае, когда антенна РЛС излучает и принимает электромагнитные волны одной и той же поляризации, понимается величина σц, удовлетворяющая равенству σц П1 =4πК2 П2, где П1 -плотность потока мощности прямой волны данной поляризации в точке расположения цели; П2 — плотность потока мощности отраженной от цели волны данной поляризации у антенны РЛС; R — расстояние от РЛС до цели. Значение ЭПР непосредственно может быть вычислено по формуле

ПѓС† Рџ1 =4ПЂR2 Рџ2 / Рџ1

Как следует из формулы приведенной выше, σц имеет размерность площади. Поэтому ее условно можно рассматривать как некоторую эквивалентную цели нормальную радиолучу площадку площадью σц, которая, изотропно рассеивая всю падающую на нее от РЛС мощность волны, создает в точке приема ту же плотность потока мощности П2, что и реальная цель.

Если задана ЭПР цели, то при известных величинах П1 и R можно вычислить плотность потока мощности отраженной волны П, а затем, определив мощность принимаемого сигнала, оценить дальность действия радиолокационной станции.

Эффективная площадь рассеяния σц не зависит ни от интенсивности излучаемой волны, ни от расстояния между станцией и целью. Действительно, всякое увеличение П1 ведет к пропорциональному увеличению П2 и их отношение в формуле не изменяется. При изменении расстояния между РЛС и целью отношение П2 /П1 меняется обратно пропорционально R2 и величина σц при этом остается неизменной.

2.2.Сложные и групповые цели

Рассмотрение простейших отражателей не вызывает затруднения. Большинство реальных радиолокационных целей представляет собой сложную комбинацию отражателей различного типа. В процессе радиолокационного наблюдения таких целей имеют дело с сигналом, который является результатом интерференции нескольких сигналов, отраженных от отдельных элементов цели.

При облучении сложного объекта (например, самолет, корабль, танк и т. д.) характер отражений от его отдельных элементов сильно зависит от их ориентации. В некоторых положениях определенные части самолета или корабля могут давать весьма интенсивные сигналы, а в других положениях интенсивность отраженных сигналов может падать до нуля. Кроме того, при изменении положения объекта относительно РЛС меняются фазовые соотношения между сигналами, отраженными от различных элементов. В результате этого возникают флюктуации результирующего сигнала.

Возможны и другие причины изменений интенсивности отраженных сигналов. Так, может наблюдаться изменение проводимости между отдельными элементами самолета, одной из причин которого являются вибрации, обусловленные работой двигателя. При изменении проводимости меняются распределения токов, наведенных на поверхности самолета, и интенсивность отраженных сигналов. У винтовых и турбовинтовых самолетов дополнительным источником изменения интенсивности отражений является вращение винт.

Рис 2.1. Зависимость ЭПР цели от ракурса.

В процессе радиолокационного наблюдения взаимное положение самолета (корабля) и РЛС непрерывно меняется. Результатом этого являются флюктуации отраженных сигналов и соответствующие им изменения ЭПР. Законы распределения вероятностей эффективной площади рассеяния цели и характер изменений этой величины во времени обычно определяются экспериментально. Для этого записывают интенсивность отраженных сигналов и после обработки записи находят статистические характеристики сигналов и ЭПР.

Как показали многие исследования, для флюктуации σц самолетов с достаточной точностью справедлив экспоненциальный закон распределения

W (σц ) = (1/<σц >) ехр ( — σц /<σц >).

где <σц > — среднее значение ЭПР.

Диаграммы обратного излучения кораблей имеют более тонкую лепестковую структуру, чем диаграммы самолетов, что объясняется значительно большими размерами и сложной конструкций кораблей. Отражающие элементы корабля многочисленны и разнообразны, поэтому корабль также можно рассматривать как группу элементов, отражения от которых имеют случайные фазы.

Экспериментальные исследования показывают, что флюктуации ЭПР корабля приближенно описываются также экспоненциальным законом распределения.

Данные о законах распределения амплитуд сигналов или ЭПР необходимы для расчета дальности действия РЛС и обоснования методики обработки сигналов. Сведения о функции корреляции и спектра флюктуации кроме того важны при определении точности измерения координат.

При практической оценке дальности действия радиолокационной станции прежде всего обычно пользуются средним значением ЭПР <σц > Эту величину можно получить усреднением значений <σц > для различных направлений падения облучающей волны. В таблице приведены средние значения ЭПР различных реальных целей, полученные в итоге обобщения большого числа измерений на волнах сантиметрового диапазона. Пользуясь этими величинами, можно произвести вычисления средних значений дальности обнаружения различных целей.

2.3.Объемно-распределенные цели

В радиолокационной практике часто встречаются отражения от объемно-распределенных целей, состоящих из большого числа отражающих элементов, относительно близко расположенных друг к другу и занимающих значительную область пространства. Отражающие элементы, принимающие участие в формировании суммарного сигнала, распределяются в пределах некоторого объема V (отражающий объем), определяемого разрешающей способностью РЛС по угловым координатам и дальности

Определить эффективную площадь рассеяния объемно-распределенной цели в предположении, что элементарные отражатели обладают различными значениями σi довольно трудно. Поэтому будем считать, что элементарные отражатели, заполняющие объем V, имеют одинаковые ЭПР, равные σц.

Предположим, что элементарные отражатели распределены в пространстве равномерно с плотностью n0, Тогда в объеме содержится N = n0V отражателей, а их средняя ЭПР

<ПѓС† >=n0Пѓ0V

Рис.2.2. К определению характеристик объемных (а) и поверхностных (б) целей.

Подставляя в это выражение значение объема цилиндра с основанием ΩA R2 и высотой сτ/2, получаем формулу для вычисления средней ЭПР объемно-распределенной цели

<ПѓС† >=n0Пѓ0О©A R2 СЃП„/2,

с учетом того, что телесный угол антенного луча ΩA выражается через эффективную площадь А или или коэффициент направленного действия антенны D, получаем

<ПѓС† >=2ПЂn0Пѓ0R2 СЃП„/D,

из которой следует характерная особенность объемно-распределен­ных целей: зависимость эффективной площади рассеяния от пара­метров РЛС Тд и D, а также от расстояния между станцией и целью.

Полученные соотношения позволяют оценить среднее значение мощности результирующего сигнала объемно-распределенной цели. Амплитуда результирующего сигнала меняется, так как отдельные отражатели все время изменяют свое положение относительно друг друга. Благодаря этому результирующий сигнал, воспринимаемый приемником РЛС в следующих один за другим периодах повторения, флюктуирует во времени по случайному закону.

Следует иметь в виду, что длительность сигнала, отраженного от объемно-распределенной цели, может значительно превышать длительность излучаемого импульса и определяется радиальной протяженностью объемной цели. По мере распространения излученного импульса отражения образуются от новых областей объемно-распределенной цели.

Если внутри объема, заполненного распределенными отражателями, находится какой-либо объект (например, самолет), то радиолокационное наблюдение за ним затрудняется. Отражения от объемно-распределенной цели в данном случае являются помехой, которая будет маскировать полезный сигнал. Условия наблюде­ния полезного сигнала можно характеризовать отношением мощностей сигнала и помехи. Величина отношения мощности сигнала, отраженного от цели, к средней мощности сигнала, обусловленного объемно-распределенными отражателями, равняется отношению их эффективных площадей:

Из данной формулы следует, что для повышения эффективности выделения полезных сигналов на фоне отражений от объемно-распределенной цели целесообразно уменьшать длительность импульса и сужать диаграмму направленности антенны.

На практике наиболее часто приходится встречаться с отражениями от гидрометеоров. Для дождя, средний диаметр капель которого d0величина σц =300d06 /λ4 и отношение сигнал/помеха

Отражение электромагнитных волн от гидрометеоров может быть использовано в интересах метеорологии в качестве полезных сигналов. С их помощью можно определить местоположение атмосферных образований, их интенсивность, а иногда и направление перемещения.

2.4. Поверхностно-распределенные цели

Примерами поверхностно-распределенных целей являются: травяной покров, лес, кустарник, пашня, волны на водной поверхности. В отличие от объемно-распределенных целей в данном случае трудно выделить отдельные отражающие элементы. Располагаясь случайным образом, они образуют сплошной поверхносnный слой, от которого происходит рассеянное отражение электромагнитных волн.

Предположим, что в точке О (рис. 2.3, б) на высоте Н над поверхностью земли находится самолет. Антенный луч имеет в горизонтальной плоскости ширину θ и облучает на поверхности земли сектор AD1 D2 .

Будем считать, что РЛС излучает импульсы длительностью τи. Даже при неподвижной антенне облучение поверхности в секторе AD1 D2 происходит не одновременно. Первый отраженный сигнал приходит через время τ= 2Н/с после зондирующего импульса (рис. 2.3, в). Далее, несмотря на импульсный характер излучения, на вход приемника РЛС непрерывно поступают отраженные сигналы. Это объясняется тем, что по мере распространения излученной волны отраженная волна возвращается от все более удаленных участков поверхности. Поскольку поверхность непрерывна, будет непрерывен и сигнал на входе приемника. В каждый данный момент времени действующий на вход приемника сигнал является результатом сложения сигналов, отраженных от элементарных отражателей, случайным образом расположенных в пределах разрешаемой площадки поверхности.

По азимуту разрешаемая площадка ограничена шириной диаграммы направленности. Границы разрешаемой площадки по дальности зависят от длительности импульса τи и угла визирования β. Так, в нашем случае B1 D1 =сτи /2cos β.

Величина эффективной площади рассеяния в случае однородной поверхности со случайным расположением неровностей пропорциональна площади S', формирующей в данный момент отраженный сигнал. Для того чтобы определить величину (σц, рассмотрим площадку S, перпендикулярную направлению падения волны. Через ее поверхность проходит вся энергия, отразившаяся от разрешаемой площадки B1 B2 D1 D2. Разрешаемая на поверхности земли площадка имеет площадь S'=Rθτи c/2cosβ. Соответственно площадь поверхности, перпендикулярной линии визирования, S = S' sinβ= (Rθτи c/2)tgβ. Зная S, можно определить величину σц, если ввести коэффициент рассеяния γ, учитывающий влияние отражающих свойств земной поверхности:

ПѓС† = (Оі RОёП„Рё c/2)tgОІ

Характерным для поверхностно-распределенной цели является зависимость ЭПР σц от параметров радиолокационной станции τи и θ, а также от расстояния до рассматриваемой площадки и от угла, под которым осуществляется ее визирование. В этом отношении свойства поверхностно-распределенной цели близки к свойствам объемно-распределенной цели. Как видно из последней формулы, отражающие свойства поверхностно-распределенной цели зависят от величины γ. Зная γ и другие параметры, характеризующие условия обзора, можно определить ЭПР и перейти к расчету интенсивности отраженного сигнала.

В ряде случаев оказывается удобным характеризовать отражающие свойства поверхностно-распределенной цели удельной эффективной площадью рассеяния, равной отношению ЭПР площадки нее площади S':

Пѓ0С† = ПѓС† /S' == Оі sinp.

На отражающие свойства поверхности и, следовательно, на величину σц влияют неровности поверхности, длина волны, угол падения (угол визирования) волны и ее поляризация, диэлектрическая проницаемость почвы.

Все земные покровы, с которыми приходится встречаться на практике, можно, грубо говоря, разделить на гладкие и шероховатые. К гладким поверхностям относятся дороги с асфальтовым покрытием, бетонные покрытия и т.д. Для них интенсивность отраженного сигнала быстро уменьшается с уменьшением угла визирования и зависит от поляризации падающей волны. У шероховатых поверхностей размеры неровностей значительно превышают длину волны. Такой характер имеют участки местности, заросшие травой, посевы, заросли кустарника, лес и т. д. Исследования показывают, что у реальных шероховатых поверхностей величина γ мало зависит от угла визирования β и поляризации. При этом для каждого типа земной поверхности величины γ и σ0ц обычно лежат в определенных пределах. Благодаря этому, например, по величине σ0ц можно судить об общем характере местности, от которой приходят отраженные сигналы.

Радиолокационные отражения от поверхности, покрытой растительностью, претерпевают сезонные изменения, обусловленные изменением содержания воды в растениях и в самой поверхности (изменением влажности), а также наличием или отсутствием снежного покрова. При наблюдении поверхностей, покрытых растительностью, отражение происходит от множества случайных отражателей (листья, стебли, ветки). Эти отражатели приводятся в движение ветром. Чем сильнее ветер, тем интенсивнее их движение. Кроме подвижных отражателей, существуют случайно расположенные неподвижные отражатели (скалы, стволы деревьев). Результирующий сигнал представляет сумму сигналов отражателей первого и второго рода.

Если РЛС неподвижна, то отражения от перемещающихся элементов дадут флюктуирующую составляющую сигнала, а отражения от неподвижных элементов — стабильную,

Заключение

В ходе работы рассмотрены назначение и принципы радиолокации, часть основных терминов и определений, классификации целей по эффективной поверхности рассеяния.

Список литературы

1. Современная радиолокация. Анализ, расчет и проектирование. Под редакцией Кобзарева Ю.В., М., Сов.радио, 1969г.-704стр.

2. Дулевич В.Е. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1978г. – 608стр.

3. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1970г. – 560стр.

[1] Двухпозиционную радиолокацию также называют полуактивной

www.ronl.ru

Доклад - Радиолокация, радиолокационные цели

Радиолокация. Радиолокационные цели. ЭПР.

(реферат)

Содержание

1.Ведение 3

2.Радиолокационные цели_ 6

2.1.Эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР). 8

2.2.Сложные и групповые цели_ 9

2.3.Объемно-распределенные цели_ 11

2.4. Поверхностно-распределенные цели_ 14

Заключение 17

Список литературы_ 18

1. Ведение

Радиолокация представляет собой средство расширения возможностей человека определять наличие и положение объектов за счет использования явлений отражения радиоволн этими объектами. Ее ближайшим конкурентом при выполнении этих функций является оптическая техника, включающая телескопы, которые обладают высокой точностью и обычно имеют фотографические регистрирующие устройства. Преимущество радиолокационных средств по сравнению с оптическими состоит в том, что радиолокационные устройства могут работать в темноте и сквозь облака, обладают большой дальностью действия и позволяют определять дальность до объекта со значительно большей точностью, нежели оптические устройства. Хотя световые волны также являются электромагнитными, но в радиолокации частота их намного ниже. Это позволяет применять радиотехнические методы и схемы.

Развитие радиолокации явилось важной частью технической революции двадцатого века. Военная техника, использующая принципы радиолокации, впервые была создана перед самым началом второй мировой войны; с этого времени наблюдается быстрый и непрерывный прогресс в указанной области.

Основная идея радиолокации состоит в том, что электромагнитные волны распространяются через атмосферу по определенным законам с известной скоростью, приблизительно равной скорости света в вакууме. Любые препятствия или изменения характеристик среды на пути распространения радиоволн приводят к возникновению отражений, которые могут быть обнаружены и, таким обра­зом, становятся источником информации о наличии и свойствах таких препятствий или изменений. Измерение времени запаздывания отраженного сигнала по отношению к излученному позволяет получить данные о положении препятствия, т. е. «цели». В случае обычной «однопозиционной» радиолокации (когда передатчик и приемник совмещены и расположены в одном месте в отличие от «двухпозиционных»[1] систем, в которых отраженный сигнал принимается в пункте, удаленном от передатчика) время запаздывания непосредственно характеризует расстояние от места расположения приемника и передатчика до цели. Измерение времени запаздывания облегчается, если передатчик излучает короткие импульсы электромагнитной энергии. Идея импульсного излучения лежит в основе большинства практических применений радиолокации.

Информация о скорости целей может быть получена измерением доплеровского сдвига частоты между излученными и принятыми колебаниями, а угловые координаты удаленных целей — посредством сопоставления характеристик отраженных сигналов с диаграммами направленности передающей и приемной антенн. Наконец, сведения о размерах, форме и отражательной способности цели можно получить путем сравнения формы огибающей отраженных и излученных колебаний.

В зависимости от особенностей применения, радиолокационная информация может быть представлена в различном виде. Имеется ряд методов индикации с использованием осциллоскопов, которые создают оператору удобные условия для наблюдения за наличием, положением и размерами целей. Так, в радиолокационных станциях (РЛС) обнаружения целей индикатор кругового обзора (ИКО) с яркостной отметкой является эффективным средством отображения «картины» расположения целей вокруг РЛС. С другой стороны, изменения положения цели могут явиться источником формирования напряжений, управляющих положением антенны (в случае РЛС сопровождения цели) для обеспечения прицеливания и стрельб соответствующими видами оружия, либо для управления полетом ракет путем использования линии связи. Чтобы решить некоторые важные задачи, данные, полученные при помощи радиолокационной станции, запоминаются в соответствующей форме для дальнейшей их обработки на электронной вычислительной машине.

Практические применения радиолокации в настоящее время отличаются большим разнообразием. Некоторые из наиболее важных задач радиолокации связаны с ее применением в военной технике; сюда относится обзор пространства и обнаружение самолетов противника и наземных подвижных объектов, обеспечение данных для управления орудийным огнем, а также данных для управления ракетами в полете. Кроме того, радиолокационные средства широко используются в навигации как самолетов, так и кораблей (особен­но в ночное время и в условиях тумана), они являются важным элементом современных систем управления воздушным движением, используются с целью управления движением автомашин и имеют большое значение для обеспечения прогнозов погоды. Радиолокация — отличное средство для исследования земной атмосферы и ионосферы, а также для изучения метеоров. В настоящее время радиолокационные устройства используются для обзора космического пространства, обнаружения и слежения за искусственными спутниками Земли, а также в системах противоракетной обороны. Также радиолокация применяется для астрономических наблюдений соседних космических тел солнечной системы: Луны, Солнца, Венеры, Марса и Юпитера. Области применения радиолокации по мере дальнейшего освоения космического пространства, по всей вероятности, будут все больше расширяться. Последние годы не менее актуальными стали вопросы подповерхностного зондирования и нелинейной локации. Подповерхностная радиолокация дает информацию о свойствах и параметрах среды, ее неоднородности. Нелинейная радиолокация (поиск элементов с p-n переходом или нелинейной вольтамперной характеристикой), используется при поиске от различных радиозакладок, «жучков» и прочих электронных средств незаконного съема информации, до радиоуправляемых фугасов и взрывных устройств.

Радиолокационная техника, с одной стороны, использует многие передовые отрасли современной техники, с другой стороны, способствует их развитию. Т.е. на всех этапах своего развития и применения радиолокация тесно переплетается с другими областями науки и техники.

Полезно указать на некоторые другие типы систем, родственных радиолокации: звуколокационные (эхолокационные) системы работают по такому же принципу, как и РЛС, но используют вместо радиоволн акустические волны, радионавигационная система Лоран, хотя и не основана на использовании отраженных сигналов, однако для определения расстояний здесь также необходимо измерять время запаздывания при распространении радиоволн. Многие методы анализа и расчета радиолокационных систем полностью применимы и к этим родственным системам.

2.радиолокационные цели

Электромагнитная волна, падающая на объект, независимо от его природы вызывает вынужденные колебания свободных и связанных зарядов, синхронные с колебаниями падающего поля. Вынужденные колебания зарядов создают вторичное поле внутри или вне тела. В результате этого энергия электромагнитной волны, падающей на цель, рассеивается во всех направлениях, в том числе и в направлении к радиолокационной станции. Приходящая в точку приема, переизлученная волна представляет собой отраженный целью сигнал.

Характер вторичного излучения (отражения) электромагнитных волн зависит от формы объекта, расположенного на пути их распространения, его размеров и электрических свойств, а также от длины падающей волны и ее поляризации.

Принято различать зеркальное, диффузное и резонансное отражения. Если линейные размеры отражающей поверхности много больше длины волны, а сама поверхность гладкая, то возникает зеркальное отражение. При этом угол падения радиолуча равен углу отражения, и волна вторичного излучения не возвращается к РЛС (за исключением случая нормального падения).

Если линейные размеры поверхности объекта велики по сравнению с длиной волны, а сама поверхность шероховатая, что имеет место диффузное отражение. При этом благодаря различной ориентации элементов поверхности электромагнитные волны рассеиваются в различных направлениях, в том числе и в направлении на РЛС. Резонансное отражение наблюдается в том случае, когда линейные размеры отражающих объектов или их элементов равны нечетному числу полуволн. В отличие от диффузного отражения, вторичное резонансное излучение обычно обладает большой интенсивностью и резко выраженной направленностью, зависящей от конструкции и ориентации вызывающего отражение элемента.

В тех случаях, когда длина волны велика по сравнению с линейными размерами цели, падающая волна огибает цель и интенсивность отраженной волны ничтожно мала.

С точки зрения формирования сигнала при отражении объекты радиолокационного наблюдения принято делить на малоразмерные и распределенные в пространстве или на поверхности.

К малоразмерным относятся объекты, размеры которых значительно меньше размеров элемента разрешения РЛС по дальности и угловым координатам. В ряде случаев малоразмерные объекты имеют простейшую геометрическую конфигурацию. Их отражающие свойства могут быть легко определены теоретически и предсказаны для каждого конкретного относительного расположения рассматриваемой цели и РЛС. В реальных условиях цели простейшего типа встречаются довольно редко. Чаще приходится иметь дело с объектами сложной конфигурации, которые состоят из целого ряда жестко связанных между собой простейших отражающих элементов. Примерами целей сложной конфигурации могут служить самолеты, корабли, различные сооружения и т. д.

Другие цели представляют собой совокупность отдельных объектов, распределенных в определенной области пространства, значительно превышающей по своим размерам элемент разрешения РЛС. В зависимости от характера этого распределения различают объемно-распределенные (например, дождевое облако) и поверхностно-распределенные (поверхность суши и т. д.) цели. Отраженный от такой цели сигнал является результатом интерференции сигналов отражателей, распределенных в пределах элемента разрешения.

Для фиксированного взаимного положения РЛС и отражающих объектов амплитуда и фаза отраженной волны имеют вполне определенную величину. Поэтому в принципе для каждого конкретного случая может быть определен результирующий суммарный отраженный сигнал. Однако в процессе радиолокационного наблюдения относительное положение целей и РЛС обычно меняется, что приводит к случайным флюктуациям интенсивности и фазы результирующих отраженных сигналов.

2.1.Эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР).

Расчет дальности радиолокационного наблюдения требует количественной характеристики интенсивности отраженной волны. Мощность отраженного сигнала на входе приемника станции зависит от целого ряда факторов и прежде всего от отражающих свойств цели. Обычно радиолокационные цели характеризуются эффективной площадью рассеяния. Под эффективной площадью рассеяния цели в случае, когда антенна РЛС излучает и принимает электромагнитные волны одной и той же поляризации, понимается величина σц, удовлетворяющая равенству σц П1 =4πК2 П2, где П1 -плотность потока мощности прямой волны данной поляризации в точке расположения цели; П2 — плотность потока мощности отраженной от цели волны данной поляризации у антенны РЛС; R — расстояние от РЛС до цели. Значение ЭПР непосредственно может быть вычислено по формуле

ПѓС† Рџ1 =4ПЂR2 Рџ2 / Рџ1

Как следует из формулы приведенной выше, σц имеет размерность площади. Поэтому ее условно можно рассматривать как некоторую эквивалентную цели нормальную радиолучу площадку площадью σц, которая, изотропно рассеивая всю падающую на нее от РЛС мощность волны, создает в точке приема ту же плотность потока мощности П2, что и реальная цель.

Если задана ЭПР цели, то при известных величинах П1 и R можно вычислить плотность потока мощности отраженной волны П, а затем, определив мощность принимаемого сигнала, оценить дальность действия радиолокационной станции.

Эффективная площадь рассеяния σц не зависит ни от интенсивности излучаемой волны, ни от расстояния между станцией и целью. Действительно, всякое увеличение П1 ведет к пропорциональному увеличению П2 и их отношение в формуле не изменяется. При изменении расстояния между РЛС и целью отношение П2 /П1 меняется обратно пропорционально R2 и величина σц при этом остается неизменной.

2.2.Сложные и групповые цели

Рассмотрение простейших отражателей не вызывает затруднения. Большинство реальных радиолокационных целей представляет собой сложную комбинацию отражателей различного типа. В процессе радиолокационного наблюдения таких целей имеют дело с сигналом, который является результатом интерференции нескольких сигналов, отраженных от отдельных элементов цели.

При облучении сложного объекта (например, самолет, корабль, танк и т. д.) характер отражений от его отдельных элементов сильно зависит от их ориентации. В некоторых положениях определенные части самолета или корабля могут давать весьма интенсивные сигналы, а в других положениях интенсивность отраженных сигналов может падать до нуля. Кроме того, при изменении положения объекта относительно РЛС меняются фазовые соотношения между сигналами, отраженными от различных элементов. В результате этого возникают флюктуации результирующего сигнала.

Возможны и другие причины изменений интенсивности отраженных сигналов. Так, может наблюдаться изменение проводимости между отдельными элементами самолета, одной из причин которого являются вибрации, обусловленные работой двигателя. При изменении проводимости меняются распределения токов, наведенных на поверхности самолета, и интенсивность отраженных сигналов. У винтовых и турбовинтовых самолетов дополнительным источником изменения интенсивности отражений является вращение винт.

Рис 2.1. Зависимость ЭПР цели от ракурса.

В процессе радиолокационного наблюдения взаимное положение самолета (корабля) и РЛС непрерывно меняется. Результатом этого являются флюктуации отраженных сигналов и соответствующие им изменения ЭПР. Законы распределения вероятностей эффективной площади рассеяния цели и характер изменений этой величины во времени обычно определяются экспериментально. Для этого записывают интенсивность отраженных сигналов и после обработки записи находят статистические характеристики сигналов и ЭПР.

Как показали многие исследования, для флюктуации σц самолетов с достаточной точностью справедлив экспоненциальный закон распределения

W (σц ) = (1/<σц >) ехр ( — σц /<σц >).

где <σц > — среднее значение ЭПР.

Диаграммы обратного излучения кораблей имеют более тонкую лепестковую структуру, чем диаграммы самолетов, что объясняется значительно большими размерами и сложной конструкций кораблей. Отражающие элементы корабля многочисленны и разнообразны, поэтому корабль также можно рассматривать как группу элементов, отражения от которых имеют случайные фазы.

Экспериментальные исследования показывают, что флюктуации ЭПР корабля приближенно описываются также экспоненциальным законом распределения.

Данные о законах распределения амплитуд сигналов или ЭПР необходимы для расчета дальности действия РЛС и обоснования методики обработки сигналов. Сведения о функции корреляции и спектра флюктуации кроме того важны при определении точности измерения координат.

При практической оценке дальности действия радиолокационной станции прежде всего обычно пользуются средним значением ЭПР <σц > Эту величину можно получить усреднением значений <σц > для различных направлений падения облучающей волны. В таблице приведены средние значения ЭПР различных реальных целей, полученные в итоге обобщения большого числа измерений на волнах сантиметрового диапазона. Пользуясь этими величинами, можно произвести вычисления средних значений дальности обнаружения различных целей.

2.3.Объемно-распределенные цели

В радиолокационной практике часто встречаются отражения от объемно-распределенных целей, состоящих из большого числа отражающих элементов, относительно близко расположенных друг к другу и занимающих значительную область пространства. Отражающие элементы, принимающие участие в формировании суммарного сигнала, распределяются в пределах некоторого объема V (отражающий объем), определяемого разрешающей способностью РЛС по угловым координатам и дальности

Определить эффективную площадь рассеяния объемно-распределенной цели в предположении, что элементарные отражатели обладают различными значениями σi довольно трудно. Поэтому будем считать, что элементарные отражатели, заполняющие объем V, имеют одинаковые ЭПР, равные σц.

Предположим, что элементарные отражатели распределены в пространстве равномерно с плотностью n0, Тогда в объеме содержится N = n0V отражателей, а их средняя ЭПР

<ПѓС† >=n0Пѓ0V

Рис.2.2. К определению характеристик объемных (а) и поверхностных (б) целей.

Подставляя в это выражение значение объема цилиндра с основанием ΩA R2 и высотой сτ/2, получаем формулу для вычисления средней ЭПР объемно-распределенной цели

<ПѓС† >=n0Пѓ0О©A R2 СЃП„/2,

с учетом того, что телесный угол антенного луча ΩA выражается через эффективную площадь А или или коэффициент направленного действия антенны D, получаем

<ПѓС† >=2ПЂn0Пѓ0R2 СЃП„/D,

из которой следует характерная особенность объемно-распределен­ных целей: зависимость эффективной площади рассеяния от пара­метров РЛС Тд и D, а также от расстояния между станцией и целью.

Полученные соотношения позволяют оценить среднее значение мощности результирующего сигнала объемно-распределенной цели. Амплитуда результирующего сигнала меняется, так как отдельные отражатели все время изменяют свое положение относительно друг друга. Благодаря этому результирующий сигнал, воспринимаемый приемником РЛС в следующих один за другим периодах повторения, флюктуирует во времени по случайному закону.

Следует иметь в виду, что длительность сигнала, отраженного от объемно-распределенной цели, может значительно превышать длительность излучаемого импульса и определяется радиальной протяженностью объемной цели. По мере распространения излученного импульса отражения образуются от новых областей объемно-распределенной цели.

Если внутри объема, заполненного распределенными отражателями, находится какой-либо объект (например, самолет), то радиолокационное наблюдение за ним затрудняется. Отражения от объемно-распределенной цели в данном случае являются помехой, которая будет маскировать полезный сигнал. Условия наблюде­ния полезного сигнала можно характеризовать отношением мощностей сигнала и помехи. Величина отношения мощности сигнала, отраженного от цели, к средней мощности сигнала, обусловленного объемно-распределенными отражателями, равняется отношению их эффективных площадей:

Из данной формулы следует, что для повышения эффективности выделения полезных сигналов на фоне отражений от объемно-распределенной цели целесообразно уменьшать длительность импульса и сужать диаграмму направленности антенны.

На практике наиболее часто приходится встречаться с отражениями от гидрометеоров. Для дождя, средний диаметр капель которого d0величина σц =300d06 /λ4 и отношение сигнал/помеха

Отражение электромагнитных волн от гидрометеоров может быть использовано в интересах метеорологии в качестве полезных сигналов. С их помощью можно определить местоположение атмосферных образований, их интенсивность, а иногда и направление перемещения.

2.4. Поверхностно-распределенные цели

Примерами поверхностно-распределенных целей являются: травяной покров, лес, кустарник, пашня, волны на водной поверхности. В отличие от объемно-распределенных целей в данном случае трудно выделить отдельные отражающие элементы. Располагаясь случайным образом, они образуют сплошной поверхносnный слой, от которого происходит рассеянное отражение электромагнитных волн.

Предположим, что в точке О (рис. 2.3, б) на высоте Н над поверхностью земли находится самолет. Антенный луч имеет в горизонтальной плоскости ширину θ и облучает на поверхности земли сектор AD1 D2 .

Будем считать, что РЛС излучает импульсы длительностью τи. Даже при неподвижной антенне облучение поверхности в секторе AD1 D2 происходит не одновременно. Первый отраженный сигнал приходит через время τ= 2Н/с после зондирующего импульса (рис. 2.3, в). Далее, несмотря на импульсный характер излучения, на вход приемника РЛС непрерывно поступают отраженные сигналы. Это объясняется тем, что по мере распространения излученной волны отраженная волна возвращается от все более удаленных участков поверхности. Поскольку поверхность непрерывна, будет непрерывен и сигнал на входе приемника. В каждый данный момент времени действующий на вход приемника сигнал является результатом сложения сигналов, отраженных от элементарных отражателей, случайным образом расположенных в пределах разрешаемой площадки поверхности.

По азимуту разрешаемая площадка ограничена шириной диаграммы направленности. Границы разрешаемой площадки по дальности зависят от длительности импульса τи и угла визирования β. Так, в нашем случае B1 D1 =сτи /2cos β.

Величина эффективной площади рассеяния в случае однородной поверхности со случайным расположением неровностей пропорциональна площади S', формирующей в данный момент отраженный сигнал. Для того чтобы определить величину (σц, рассмотрим площадку S, перпендикулярную направлению падения волны. Через ее поверхность проходит вся энергия, отразившаяся от разрешаемой площадки B1 B2 D1 D2. Разрешаемая на поверхности земли площадка имеет площадь S'=Rθτи c/2cosβ. Соответственно площадь поверхности, перпендикулярной линии визирования, S = S' sinβ= (Rθτи c/2)tgβ. Зная S, можно определить величину σц, если ввести коэффициент рассеяния γ, учитывающий влияние отражающих свойств земной поверхности:

ПѓС† = (Оі RОёП„Рё c/2)tgОІ

Характерным для поверхностно-распределенной цели является зависимость ЭПР σц от параметров радиолокационной станции τи и θ, а также от расстояния до рассматриваемой площадки и от угла, под которым осуществляется ее визирование. В этом отношении свойства поверхностно-распределенной цели близки к свойствам объемно-распределенной цели. Как видно из последней формулы, отражающие свойства поверхностно-распределенной цели зависят от величины γ. Зная γ и другие параметры, характеризующие условия обзора, можно определить ЭПР и перейти к расчету интенсивности отраженного сигнала.

В ряде случаев оказывается удобным характеризовать отражающие свойства поверхностно-распределенной цели удельной эффективной площадью рассеяния, равной отношению ЭПР площадки нее площади S':

Пѓ0С† = ПѓС† /S' == Оі sinp.

На отражающие свойства поверхности и, следовательно, на величину σц влияют неровности поверхности, длина волны, угол падения (угол визирования) волны и ее поляризация, диэлектрическая проницаемость почвы.

Все земные покровы, с которыми приходится встречаться на практике, можно, грубо говоря, разделить на гладкие и шероховатые. К гладким поверхностям относятся дороги с асфальтовым покрытием, бетонные покрытия и т.д. Для них интенсивность отраженного сигнала быстро уменьшается с уменьшением угла визирования и зависит от поляризации падающей волны. У шероховатых поверхностей размеры неровностей значительно превышают длину волны. Такой характер имеют участки местности, заросшие травой, посевы, заросли кустарника, лес и т. д. Исследования показывают, что у реальных шероховатых поверхностей величина γ мало зависит от угла визирования β и поляризации. При этом для каждого типа земной поверхности величины γ и σ0ц обычно лежат в определенных пределах. Благодаря этому, например, по величине σ0ц можно судить об общем характере местности, от которой приходят отраженные сигналы.

Радиолокационные отражения от поверхности, покрытой растительностью, претерпевают сезонные изменения, обусловленные изменением содержания воды в растениях и в самой поверхности (изменением влажности), а также наличием или отсутствием снежного покрова. При наблюдении поверхностей, покрытых растительностью, отражение происходит от множества случайных отражателей (листья, стебли, ветки). Эти отражатели приводятся в движение ветром. Чем сильнее ветер, тем интенсивнее их движение. Кроме подвижных отражателей, существуют случайно расположенные неподвижные отражатели (скалы, стволы деревьев). Результирующий сигнал представляет сумму сигналов отражателей первого и второго рода.

Если РЛС неподвижна, то отражения от перемещающихся элементов дадут флюктуирующую составляющую сигнала, а отражения от неподвижных элементов — стабильную,

Заключение

В ходе работы рассмотрены назначение и принципы радиолокации, часть основных терминов и определений, классификации целей по эффективной поверхности рассеяния.

Список литературы

1. Современная радиолокация. Анализ, расчет и проектирование. Под редакцией Кобзарева Ю.В., М., Сов.радио, 1969г.-704стр.

2. Дулевич В.Е. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1978г. – 608стр.

3. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1970г. – 560стр.

[1] Двухпозиционную радиолокацию также называют полуактивной

www.ronl.ru

Реферат: Радиолокация

1. Что такое радиолокация?

Радиолокация - область науки и техники, предмет которой - наблюдение различных объектов (целей) радиотехническими методами: их обнаружение, распознавание, определение их координат и скорости и др.

Еще А.С. Попов заметил, что радиоволны имеют способность отражаться. На этом и основан принцип действия радиолокационной станции. Мощный луч радиолокационного передатчикам фокусируется большой антенной в направлении исследуемого объекта, фиксируется и изучается отраженный радиосигнал, на основе чего делаются выводы о тех или иных характеристиках объекта.

2. Начало радиолокации.

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

3. Основы радиолокации.

Определение координат цели радаром производится с учетом выбранной системы координат. Выбор той или иной системы координат связан со сферой применения радиолокационной установки. Например, наземная радиолокационная станция (РЛС) наблюдения за воздушной обстановкой измеряет три координаты цели: азимут, угол места и наклонную дальность.

О±

Система координат обзорной РЛС :

α - азимут; ß- угол места; R - наклонная дальность

РЛС такого типа используются на аэродромах . Работает эта станция в сферической системе координат.

Различают два основных режима работы РЛС : режим обзора (сканирования) пространства и режим слежения за целью. В режиме обзора луч РЛС по строго определенной системе просматривает все пространство или заданный сектор. Антенна , например, может медленно поворачиваться по азимуту и в то же время быстро наклоняться вверх и вниз, сканируя по углу места. В режиме слежения антенна все время направлена на выбранную цель и специальные следящие системы поворачивают ее вслед за движущейся целью.

Удаленность того или иного объекта определяется по запаздыванию отраженного сигнала относительно излучаемого. Запаздывание сигнала очень мало, поскольку радиоволны распространяются со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с). Действительно, для самолета, находящегося на расстоянии 3 км от РЛС, запаздывание сигнала составит всего 20 мкс. Такой результат получается из - за того, что радиоволна проходит путь в обоих направлениях, к цели и обратно, так что общее расстояние, пройденное волной, составит 6 км. Однако при радиолокации Марса, успешно проведенной в начале 60-х годов, задержка сигнала составила около 11 мин, а это время малым назвать нельзя. Современная вычислительная техника способна с высокой точностью обрабатывать сигналы с ничтожным временем запаздывания, поэтому с помощью радаров можно регистрировать объекты, расположенные как на больших, так и на малых расстояниях от наблюдателя. Существует единственное существенное ограничение применения радаров в целях сверхдальних наблюдений - это ослабление сигнала. Если сигнал проходит большое расстояние, то он частично рассеивается, искажается и ослабевает и выделить его в приемнике из собственных шумов приемника и шумов иного происхождения зачастую крайне затруднительно. Ослабление сигнала при радиолокации вполне поддается расчету , который основан на простых физических соображениях. Если в какой - то точке излучается мощность Р , то поток мощности через единичную площадку, находящуюся на расстоянии R , будет пропорционален Р/4pR^2. В знаменателе стоит площадь сферы радиусом R, окружающей источник. Таким образом, при обычной радиосвязи мощность, принятая антенной, обратно пропорциональна квадрату расстояния. Этот закон - закон сферической расходимости пучка энергии - выполняется всегда при распространении волн в свободном пространстве. Даже если сконцентрировать излучаемую мощность в узкий луч и поток энергии возрастет в несколько раз ( этот коэффициент называется коэффициентом направленного действия антенны, КНД ), квадратичная зависимость от расстояния сохранится. Но в радиолокации радиосигнал преодолевает двойные расстояния, а сама облучаемая цель рассеивает энергию по

всем направлениям , и если облучающий цель поток энергии ослабевает обратно пропорционально R^2 то приходящий к приемнику рассеяный поток еще ослабляется во столько же раз и оказывается обратно пропорциональным R^4. Это означает, что для повышения дальности действия РЛС в два раза при прочих равных условиях мощность ее передатчика надо повысить в 16 раз. Столь высокой ценой достигаются высокие характеристики современных РЛС.

4. Радиолокационная техника.

Рассмотрим структурные схемы простейших радиолокаторов. Доплеровская РЛС непрерывного излучения - самая простая из всех. Именно по такому принципу были построены первые «радиоуловители» самолетов. Она содержит генератор высокочастотных колебаний ( ГВЧ), передающую Апер и приемную Апр антенны, смеситель и усилитель низкой частоты биений (УНЧ) . На его выходе включаются либо наушники, либо частотомер.

Доплеровская РЛС не обнаруживает неподвижные предметы. Сигнал, отраженный от них имеет ту же самую частоту, что и излучаемый. Но если обнаруживаемый объект движется в направлении локатора или от него, частота отраженного сигнала изменяется вследствие эффекта Доплера (эффект Доплера - изменение длины волны l (или частоты), наблюдаемое при движении источника волн относительно их приемника. Характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику l уменьшается, а при удалении растет на величину l - l о = vl о/c , где l о - длина волны источника, c - скорость распространения волны, v - относительная скорость движения источника.)

При радиолокации эффект Доплера проявляется вдвое сильнее. Самолет, летящий навстречу излучаемой локатором волне, встречает более частые колебания электромагнитного поля. Переизлучая их во время движения, он еще повышает их частоту. При удалении же самолета от локатора частота отраженного сигнала понижается. В приемную антенну попадают два сигнала: прямого прохождения (от излучающей антенны) и отраженный от цели. В смесителе они взаимодействуют, образуя разностную частоту биений, в точности равную доплеровской Fд=2foV/C

где fo - частота излучаемого сигнала; С - радиальная скорость цели; V - скорость радиоволн, равная скорости света.

Определить дальность доплеровским локатором нельзя, но если частоту излучаемых колебаний изменять в некоторых пределах, т.е. ввести в генератор частотную модуляцию, то появляется возможность измерить дальность. Первую опытную установку, действующую по такому принципу, построил известный ученый Б. К. Шембель и использовал ее при локации Крымских гор. Пусть частота передатчика изменяется по пилообразному закону. Частота отраженного сигнала будет изменяться также, но с запаздыванием на некоторое время t , время распространения волн до цели и обратно. Если частота передатчика в какой - то момент t 1 равна f 1 , то отраженный сигнал возвращается с этой же частотой. Но частота передатчика к времени t1 + t успеет измениться до значения

f 1 + в f, и в приемнике выделится сигнал биений с частотой Df.

Эта частота тем выше, чем больше расстояние до цели. Частотно - модулированные локаторы нашли свое применение в авиации, на судах, а также для выполнения операции стыковки космических кораблей на орбите, обеспечивающие очень хорошую точность определения дистанции.

Наибольшее распространение получил импульсный способ определения дальности. Работой импульсного локатора управляет генератор импульсов (ГИ), следующих с относительно невысокой частотой повторения - порядка сотен импульсов в секунду. Мощные импульсы подаются на генератор высокой частоты (ГВЧ), вырабатывающий очень мощные короткие импульсы высокочастотных (ВЧ) колебаний. Через антенный переключатель (АП) ВЧ импульс поступает в антенну и излучается. После излучения импульса антенна подключается ко входу приемника (Пр).

Одновременно с излучением импульса запускается генератор развертки (ГР), вырабатывающий линейно нарастающее пилообразное напряжение. Оно поступает на пластины горизонтального отклонения электронно - лучевой трубки, экран которой и является т.н. экраном РЛС.

Усиленный и продетектированный сигнал с выхода приемника подается на пластины вертикального отклонения. Что же можно наблюдать на экране? Прежде всего в самом начале линии развертки появится мощный импульс сигнала ВЧ генератора, который служит началом шкалы дальности. Спустя некоторое время, нужное для распространения волн, придут сигналы от целей. Луч к этому времени переместится правее. Чем дальше цель, тем дальше от начала развертки окажутся отраженные импульсы. А их амплитуда будет соответствовать интенсивности отраженного сигнала. По ней в какой - то мере можно судить о величине цели. Определять дальность на экране импульсного локатора достаточно просто: под линией развертки можно расположить шкалу. Но, поскольку такой способ уж очень несерьезен, в схему локатора ввели масштабные генераторы меток. Шкалу дальности стал рисовать электронный луч параллельно со своим основным назначением - индикацией целей. Генератор развертки совершенствовался, например достигнута возможность «растянуть» по горизонтали любое место линии развертки, чтобы подробнее рассмотреть отраженные сигналы в заданном интервале дальностей. У описанного индикатора ( он получил название «индикатор типа «А») есть существенный недостаток: он дает только дальность, а направление на цель надо определять по шкалам поворотного устройства антенны. Поэтому очень скоро был разработан другой индикатор (тип В), используемый в РЛС кругового обзора. Антенна этой станции вращается вокруг вертикальной оси, «просматривая» все азимутальные направления от 0 до 360 градусов. Структурная схема РЛС и порядок работы остаются прежними, но индикатор кругового обзора (ИКО) выполнен совсем по - другому. Пилообразное напряжение развертки подается на специальный кольцевой отклоняющий электрод, и линия развертки проходит по радиусу - от центра к краю экрана. Она поворачивается синхронно с антенной. Для поворота линии развертки на обычные отклоняющие пластины X и Y подают синусоидальные переменные напряжения в квадратуре, т.е. на одну пару пластин - косинусоидальное напряжение, а на другую синусоидальное. Частоты этих напряжений равны частоте вращения антенны и составляют доли герца. Луч при этом описывал бы круги на экране, но , поскольку имеется еще напряжение радиальной развертки на кольцевом электроде, изменяющееся значительно быстрее с частотой повторения излучаемых импульсов, луч чертит линию развертки, вращающуюся вместе с вращением антенны.

Сигнал с выхода приемника подается на управляющий электрод (сетку) ЭЛТ и заставляет луч увеличивать яркость при наличии отраженных импульсов. Таким образом, на экране ИКО луч «рисует» радиолокационную карту местности. Место расположения самой РЛС соответствует центру экрана. Локатор кругового обзора хорошо подходит для морской навигации, дальнего обнаружения воздушных целей, диспетчерского контроля в аэропортах. Теперь все чаще переходят к секторному обзору, при котором антенна «осматривает» не весь горизонт, а только нужную его часть. Большие наземные РЛС снабжают индикаторами нескольких типов: кругового обзора для обнаружения целей и контроля обстановки, типа А для точного определения дальности и т.д. Если, например, диаграмма направленности антенны может «качаться» еще и по углу места (для этого обычно не наклоняют всю антенну, достаточно «качать» ее облучатель ), то применяют в дополнение к ИКО индикатор «дальность - высота». В нем луч развертывается по радиусу и «качается» в некотором секторе синхронно с антенной, а координаты выбраны прямоугольными. Такой индикатор наглядно покажет и высоту цели.

5. Конструкции отдельных элементов РЛС .

проводной линии, выполненной из толстых медных трубок. Линия на

страивается передвижным короткозамкнутым мостиком. Симметричная линия лучше всего совмещается с двухтактным генератором :

Конденсатора в контуре нет - его роль выполняют междуэлектродные емкости ламп. Через них осуществляется и обратная связь. Часть переменного анодного напряжения через емкость анод - катод возбуждает другой контур - линию, включенную между катодами ламп. Ее настройкой подбирают нужную для возбуждения колебаний фазу напряжения обратной связи. Сетки ламп заземляют по высокой частоте. Отбор мощности ВЧ колебаний осуществляют петлей связи, расположенной вблизи анодной линии. Напряжение анодного питания подают на короткозамкнутый мостик этой линии через ВЧ дроссель (катушку индуктивности), изолирующий источник питания от ВЧ колебаний. Генератор будет работать в импульсном режиме, если его питать не постоянным анодным напряжением, а мощными высоковольтными импульсами. Они генерируются в устройстве с тиратроном - газоразрядной лампой, поджигаемой управляющим импульсом. Пока тиратрон погашен, накопительный конденсатор С заряжается через дроссель с большой индуктивностью L от высоковольтного источника. Ток заряда невелик, а время заряда может достичь периода повторения импульсов. Короткий запускающий импульс поджигает тиратрон, и генератор ВЧ оказывается подключенным к накопительному конденсатору, заряженному до высокого потенциала (десятки киловольт). Генерируется очень короткий радиоимпульс, причем анодный ток ВЧ генератора может достичь десятков ампер. Заряд конденсатора расходуется в течение нескольких микросекунд или даже долей микросекунды, генерация прекращается, и тиратрон гаснет. Конденсатор С снова начинает медленно заряжаться через дроссель L. Если бы ВЧ генератор работал при такой мощности несколько дольше, то электроды лампы неминуемо расплавились бы , выгорели или испарились. Только благодаря краткости импульсов ничего этого не происходит, а средняя мощность генератора оказывается для него невысокой и вполне безопасной.

Импульсный модулятор с накопительным конденсатором имеет один существенный недостаток. По мере расходования заряда конденсатора при генерировании радиоимпульса напряжение на нем быстро падает, а с ним - и мощность высокочастотных колебаний. В результате генерируется остроконечный радиоимпульс с пологим спадом. Гораздо выгоднее работать с прямоугольными импульсами, мощность которых в течение их длительности остается примерно постоянной. Прямоугольные импульсы будут генерироваться описанным генератором, если накопительный конденсатор заменить искусственной длинной линией, разомкнутой на свободном конце; например, может использоваться отрезок коаксиального кабеля. Волновое сопротивление линии должно равняться сопротивлению генератора ВЧ колебаний со стороны зажимов питания, т.е. отношению его анодного напряжения к анодному току. В момент поджигания тиратрона вдоль длинной линии пойдет волна напряжения, разряжающая линию. Процесс закончится, когда волна напряжения, отразившись от разомкнутого конца линии, вернется к аноду тиратрона. Линия будет разряжена полностью, и тиратрон погаснет. Таким образом, длительность импульса определяется длинной линии и равна отношению удвоенной длины линии к скорости распространения волн в ней. Генераторы модулирующих импульсов с искусственными длинными линиями получили самое широкое распространение в радиолокационной технике.

Для перехода к дециметровым и сантиметровым волнам ВЧ генератор с двухпроводными линиями оказался непригодным, поскольку длина линии составляет менее четверти длины волны. Кроме того, время пролета электрона в лампе оказывается больше периода колебаний , что полностью нарушает работоспособность триода. Выход был найден в использовании объемного резонатора . Объемный резонатор - ограниченный объем, внутри которого могут возбуждаться электромагнитные колебания. Обычно объемный резонатор - замкнутая полость с проводящими стенками, форма и размеры которой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрических и магнитных полей, бывают прямоугольные, цилиндрические, тороидальные и др. форм. Объемным резонатором является также объем, заполненный средой с др. электрическими и магнитными свойствами. Применение объемных резонаторов позволило повысить резонансную частоту ВЧ контура , не уменьшая его размеров.

В годы второй мировой войны были разработаны конструкции принципиально новых генераторов сантиметровых волн - клистронов и магнетронов. В клистроне электронный луч формируется подобно тому, как это происходит в электронно - лучевой трубке. Луч проходит последовательно через два объемных резонатора, настроенных на одну и ту же частоту. Если к первому резонатору подвести СВЧ колебания, луч окажется промодулированным по скорости. Электроны, пролетевшие резонатор за один полупериод колебаний, ускоряются, поскольку электрическое поле разгоняет их, а электроны, пролетевшие за второй полупериод, замедляются, так как их тормозит электрическое поле, и их скорость уменьшается. По пути ко второму резонатору электроны сгруппировываются в «пакеты» , поскольку быстрые электроны догоняют медленные. На еще большем расстоянии пакеты электронов снова рассеиваются. В том месте, где происходит группировка электронов стоит второй резонатор и возбуждается пакетами электронов или волнами их пространственного заряда. Энергия колебаний , отдаваемая электронами во второй резонатор, оказывается намного больше энергии , затраченной на модуляцию электронного луча. По такому принципу действует клистрон - усилитель. Его нетрудно превратить в генератор: достаточно часть энергии из второго резонатора направить обратно, в первый. В отражательном клистроне генерация осуществляется несколько иначе. Он содержит только один резонатор. Пролетевшие сквозь резонатор электроны возвращаются обратно специальным электродом - отражателем, на который подан отрицательный потенциал. Сгруппированные пакеты снова пролетают сквозь резонатор, отдавая запасенную энергию. Отражательные клистроны долгие годы служили гетеродинами в радиолокационных приемниках. Большую колебательную мощность отдает магнетрон - многорезонаторное электронное устройство. Он содержит мощный катод в виде трубки и еще более мощный анодный блок, выполненный из меди, с профрезерованными в нем резонаторами. Каждый резонатор открывается в сторону катода щелью. Вся конструкция помещается между полюсами мощного электромагнита так, чтобы магнитное поле было направлено по оси катода. На анод должно подаваться высокое положительное напряжение. Магнетроны дали возможность генерировать очень большие импульсные мощности на сантиметровых волнах, благодаря чему резко повысилась дальность действия и точность РЛС.

Что же касается приемников сантиметровых волн, то наибольшее распространение получил супергетеродин с кристаллическим смесителем (СМ) на выходе . Специальный полупроводниковый диод с малой емкостью р - п перехода монтируется прямо в волноводе, идущем от антенного переключателя. К принимаемому сигналу добавляется сигнал местного гетеродина , собранного на маломощном отражательном клистроне. Частота гетеродина отличается от частоты принимаемых импульсов на значение, равное промежуточной частоте (ПЧ). Промежуточная частота выбирается в диапазоне 30...100 МГц, т.е. там, где сравнительно несложно получить большое усиление с помощью электронных ламп или транзисторов.

Основное усиление сигнала происходит в тракте ПЧ . Оно может достигать 10^6. Принимаются меры по выравниванию амплитуд сильных и слабых отраженных сигналов. К ним относятся усилители ПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой , различные системы автоматической регулировки усиления. На входе приемника сильные сигналы от близких объектов и и слабые от далеких целей могут различаться на 100...120 дБ. В усилителе ПЧ эта разница уменьшается до 20...30 дБ, и тогда все отражения будут хорошо видны на экране индикатора. Последними элементами структурной схемы приемника являются детектор и усилитель видеоимпульсов.

Технические характеристики РЛС во многом зависят от конструкции приемо - передающей антенны. Энергию волн из волновода в открытое пространство можно передать посредством рупорной антенны. Хорошая рупорная антенна должна быть длинной , поскольку любые неоднородности в волноводе приводят к отражению распространяющейся энергии. Переход от волновода к рупору как раз и является такой неоднородностью, поэтому он должен быть достаточно плавным. Чтобы правильно сформировалась диаграмма направленности , поле в раскрыве антенны должно быть синфазным. Это значит, что колебания поля электромагнитной волны в различных точках раскрыва должны происходить одновременно. Но при распространении от рупора и вдоль его грани волна проходит разный путь и колебания на краях раскрыва запаздывают относительно колебаний в центре. Если разница путей достигает четверти, или даже половины длины волны, рупорная антенна окажется неэффективной. Для уменьшения указанной разницы путей, рупорные антенны делают длинными. Это не совсем удобно, поэтому в радиолокации предпочитают зеркальные антенны , а рупор используют в качестве облучателя зеркала . Чем больше размеры антенны , тем уже ее диаграмма направленности. Угловая ширина диаграммы направленности f связана с размером антенны формулой f=l/D , где угол f выражается в радианах.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см^2).

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьма сложному алгоритму ( наиболее распространен код Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезных научных работ и изысканий.

Радиолокация

www.yurii.ru

Смотрите также

• 
  Реферат лазеротерапия
• 
  Радиолокация реферат
• 
  Креационизм реферат
• 
  Реферат хиппи
• 
  Реферат радиоволны
• 
  Реферат керенский
• 
  Радиоволны реферат
• 
  Кумыс реферат
• 
  Австралопитек реферат
• 
  Фгдс реферат
• 
  Реферат спам