- •Радиолокационные системы
- •Радиолокационные системы
- •Введение
- •1. Общая характеристика радиосистем.
- •1.1. Основные системные принципы
- •Виды радиосистем
- •1.2 Начало радиолокации
- •1.3 Радиолокация как средство наблюдения
- •Диапазоны волн, используемые в радиолокации
- •Радиолокационное наблюдение как средство решения навигационных задач
- •Оптическая локация. Активная оптическая локация
- •Акустическая локация. Общие сведения.
- •Особенности гидроакустических колебаний
- •Гидролокация. Пассивная гидролокация – шумопеленгование
- •Активная гидролокация.
- •2.Физические основы определения местоположения воздушных судов.
- •2.1. Особенности распространения радиоволн
- •Дальность действия радиолинии с активным ответом
- •2.2.Дальность действия связи
- •2.3 Дальность действия активной рлс
- •3. Методы определения местоположения воздушных объектов.
- •3.1. Методы дальнометрии
- •Частотный метод
- •Частотная радиолокация многих целей
- •Импульсный метод
- •3.2. Методы измерения угловых координат.
- •3.2.1 Одноканальное измерение угловой координаты
- •3.2.2. Методы радиопеленгации
- •3.2.3. Моноимпульсные методы измерения угловых координат
- •Обзорные фазовые пеленгаторы
- •3.3. Методы измерения высоты полета
- •Метод максимума
- •Метод наклонного луча
- •Метод парциальных диаграмм.
- •Частотное сканирование луча
- •3.4. Радиотехнические методы определения местоположения объектов
- •4. Радиолокационные системы
- •Задачи решаемые в радиолокационных системах
- •4.1.Обнаружение
- •4.1.1.Параметрические обнаружители. Обнаружение детерминированного сигнала на фоне белого шума
- •Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой
- •Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой.
- •Оптимальное обнаружение когерентной пачки радиоимпульсов
- •Оптимальное обнаружение некогерентной пачки радиоимпульсов
- •4.1.2.Непараметрические обнаружители
- •Знаковые непараметрические обнаружители
- •Ранговые непараметрические обнаружители. Одноканальные ранговые обнаружители
- •Многоканальный ранговый обнаружитель
- •Стабилизация уровня ложных тревог
- •4.1.4.Принципы автоматического обнаружения воздушных объектов
- •4.2. Измерение координат и параметров движения
- •4.2.1.Измерение дальности
- •4.2.2.Измерение азимута
- •Разрешение сигналов
- •Разрешающая способность по дальности
- •Разрешающая способность по азимуту
- •Разрешающая способность по углу места
- •Разрешающая способность по высоте
- •Разрешающий объем рлс
- •Распознавание воздушных объектов
- •Распознавание по широкополосным сигналам
- •Распознавание по многочастотным сигналам
- •Распознавание по узкополосным сигналам
- •4.5. Помехозащищенность.
- •4.5.1. Защита от пассивных помех, отражений от «местных предметов» и метеообразований.
- •4.5.1.1. Физические основы, лежащие в основе компенсации сигналов, отраженных от пассивных помех и «местных предметов»
- •4.5.1.2.Статистические характеристики пассивных помех
- •4.5.1.3. Когерентность сигналов
- •Радиолокаторы с эквивалентной внутренней когерентностью
- •Радиолокаторы с внешней когерентностью
- •Радиолокаторы с истинной внутренней когерентностью
- •4.5.1.4.Селекция сигналов движущихся целей
- •Гребенчатые фильтры накопления
- •Гребенчатые фильтры подавления
- •Принцип когерентной оптимальной обработки на видеочастоте
- •4.5.1.5.Особенности систем сдц
- •Подавитель на промежуточной частоте
- •Череспериодное вычитание
- •4.5.1.6. Формирование карты местных предметов
- •4.5.1.7 Применение систем сдц для компенсации сигналов дискретных пассивных помех
- •4.5.1.8. Компенсация сигналов дискретных пассивных помех при корреляционном анализе
- •4.5.1.9. Цифровая система селекции движущихся целей
- •4.5.1.10. Дискретно-аналоговые системы сдц
- •Устранение слепых скоростей в компенсаторе на ппз
- •4.5.1.11. Многоканальная доплеровская фильтрация
- •4.5.1.12. Некоторые методы скоростной селекции
- •4.5.1.13 Основные характеристики систем сдц Коэффициент подавления пассивной помехи
- •Коэффициент подпомеховой видимости (коэффициент улучшения)
- •4.5.2. Понятие о динамическом диапазоне сигналов и помех и необходимости их нормирования
- •4.5.2.1 Нормирование уровня длинных импульсных помех с помощью схемы шоу
- •4.5.2.2. Нормирование уровня длинных импульсных помех с помощью схемы рос
- •4.5.2.3. Нормирование уровня коротких и длинных помех с помощью схемы шоу-рос
- •4.5.2.4. Нормирование уровня импульсных помех при обработке сложных сигналов
- •4.5.2.5.Обработка сигналов в условиях воздействия несинхронных импульсных помех
- •4.5.3.Активные маскирующие помехи и принципы защиты от них
- •4.6. Виды радиосигналов принимаемых в рлс
- •4.6.1. Характеристики сигналов рлс
- •4.6.2.Функция неопределенности прямоугольного радиоимпульса
- •4.6.3. Широкополосные сигналы
- •4.6.4. Функция неопределенности фазокодоманипулированного сигнала
- •4.6.5.Функция неопределенности сигнала с линейной частотой модуляции
- •4.6.6.Обработка фкм – сигнала
- •4.6.7.Пачка когерентных радиоимпульсов
- •4.6.8. Пачка радиоимпульсов со случайными начальными фазами
- •4.7. Активные системы радиолокации
- •4.7.1. Активные системы с пассивным ответом (первичные рлс)
- •4.7.2. Структура первичной рлс
- •Первичные средства радиолокации
- •4.7.3. Активные системы с активным ответом (вторичные рлс)
- •Структура и принцип работы систем вторичной радиолокации
- •Системы подавления сигналов боковых лепестков диаграмм направленности антенн
- •Кодирование запросных и ответных сигналов. Методы кодирования запросных и ответных сигналов
- •Структура запросных сигналов
- •Структура ответных сигналов. Ответный сигнал режима увд
- •Ответный сигнал режима rbs
- •4.7.4. Дискретно–адресная система вторичной радиолокации
- •4.7.5. Система радиолокационного опознавания
- •Классификация систем радиолокационного опознавания
- •Методы кодирования и декодирования сигналов
- •Защита от влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Принцип защиты ответчиков от запросных сигналов, излучаемых запросчиками в боковых направлениях
- •5. Пассивная радиолокация
- •6. Радиолокационные системы с синтезированной апертурой
- •7. Предупреждение столкновений воздушных судов
- •8.Автоматическое зависимое наблюдение
- •9.Загоризонтная радиолокация.
- •9.1.Историческая справка
- •9.2.Особенности загоризонтных радиолокаторов
- •9.3.Уравнение радиолокации
- •9.4.Потенциал радиолокационной станции
- •9.5.Методы защиты рлс от радиопомех
- •Адаптация к помеховым условиям путем выбора канала с минимальным уровнем активных помех
- •Адаптивная пространственная фильтрация активных помех
- •9.6.Принципы построения загоризонтных рлс
- •10. Пространственно-временная обработка
- •Пространственно-временная обработка
- •Объединение во времени результатов первичной обработки
- •Статистическая модель движения объекта.
- •Алгоритм вторичной обработки радиолокационной информации
- •Пространственно-некогерентное объединение обнаруженных отметок и единичных замеров при централизованной обработке.
- •Пространственно-временная обработка в бортовых рлс
- •11. Особенности эксплуатации радиолокационной системы
- •11.1. Исторические аспекты теории надежности.
- •11.2.Система качества
- •11.3. Эксплуатация и ремонт технических систем
- •Надежность технических систем при эксплуатации.
- •Эксплуатационные методы обеспечения надежности.
- •Система технического обслуживания и ремонта.
- •Методика обнаружения неисправностей
- •Метод последовательных приближений
- •Способ контрольных переключений и регулировок
- •Способ промежуточных измерений
- •Способ замены
- •Способ внешнего осмотра
- •Порядок испытаний при обнаружении неисправностей, возникающих после включения системы.
- •Литература
- •Список сокращений
Частотный метод
В частотных дальномерах, как и во всех активных системах, дальность до объекта наблюдения измеряется по задержке принятого сигнала относительно зондирующего. Зондирующий сигнал — непрерывный, с частотной модуляцией. Задержка измеряется по изменению частоты между моментами приема и передачи (рис. 3.2).
В результате в любой фиксированный момент времени t1 частоты излученного и принятого сигналов различаются на некоторую величину Df.
Для нахождения связи между изменением частоты Df и задержкой t3 положим, что на интервале задержки частота изменяется линейно —
. Тогда откуда
(3.1)
Разница частот выявляется как частота биений при подаче на нелинейный элемент (смеситель, детектор) принятого и зондирующего сигналов: Df = fб.
Закон изменения частоты излучаемых колебаний может быть различным, в частности гармоническим или пилообразным. Изменение частоты должно быть знакопеременным, так как частота ограниченный пригодный ресурс.
В частотном методе частотно-модулированный генератор ЧМГ (рис. 3.3) излучает зондирующий сигнал, частота которого модулирована по некоторому закону, например по закону симметричной линейной пилы (рис. 3.4):
;
,
при любом t,
где f0 – центральная частота сигнала; Df – девиация частоты; Т – период частотной модуляции.
После отражения электромагнитной волны этого сигнала от некоторого объекта, расположенного на дальности r, в приемную антенну поступит отраженный сигнал. Закон изменения его частоты (рис. 3.4) будет запаздывать от закона изменения частоты зондирующего сигнала на время t3 = 2r/с, т.е. .
Отраженный сигнал усиливается избирательным (полосовым) усилителем ИУ, суммируется с зондирующим сигналом и подается на амплитудный детектор АД, который выделяет огибающую биений между зондирующим и отраженным сигналами. Частота этих биений, очевидно, равна абсолютной величине разности частот этих сигналов (рис. 3.4):
.
Легко видеть, что максимальное значение этой разности
пропорционально дальности r отражающего объекта. Измеряя эту частоту с помощью специального измерителя частоты биений ИЧБ можно определить искомую дальность. Хотя указанный измеритель обычно измеряет не максимальную, а среднюю частоту биений, но поскольку обычно t3.<<Т, то различие указанных частот пренебрежимо мало.
Таким образом, измеряя частоту биений, возникающих в амплитудном детекторе при взаимодействии зондирующего и отраженного ЧМ сигналов, рассматриваемый частотный дальномер измеряет дальность до отражающего объекта.
Как видно из рисунка, частота биений остается постоянной большую часть периода модуляции ТМ и изменяется только в так называемых зонах обращения, длительность которых равна задержке t3 принятого сигнала относительно зондирующего. Обычно период модуляции выбирают значительно большим, чем максимальная ожидаемая задержка tзmax: tзmах <(0,01-0,02)Tм. Поэтому измеряемая частота биений fб определяется плоскими участками кривой на рис. 3.4. Для этих участков нетрудно получить, используя выражение (3.1)
. (3.2)
В соответствии с формулой (3.2) дальность прямо пропорциональна частоте биений, поэтому ИЧБ можно проградуировать в единицах дальности. Частотный метод измерения расстояния широко применяется в самолетных высотомерах, где используется его важное достоинство — отсутствие мертвой зоны. Максимальная измеряемая дальность находится из условия
.
Частотный дальномер, выходным устройством которого является измеритель частоты биений, может измерять дальность только до одного объекта и поэтому не обладает разрешающей способностью по дальности. Он обычно используется в качестве радиовысотомера малых высот и широко применяется в авиации. Для получения разрешения по дальности и возможности измерения дальности до многих объектов следует в частотном радиодальномере заменить измеритель частоты биений анализатором спектра.
Движение объекта приводит к появлению доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала относительно излучаемого:
.
Рассмотрим влияние эффекта Доплера на работу частотного дальномера. Возможны два случая работы системы.
1. fд < fб (рис. 3.5). На рис. 3.5 штрихпунктирной линией показано изменение частоты принимаемого сигнала от неподвижного объекта наблюдения. Разность между ней и сплошной линией, которая представляет частоту зондирующего сигнала, равна частоте биений fб, соответствующей дальности до объекта. Пунктирная линия смещена относительно штрихпунктирной вниз на частоту Доплера fд и характеризует частоту сигнала, принятого от подвижного объекта. Из рисунка видно, что в течение одной половины периода модуляции частота биений принимает значение
fб1 = fб - fд
течение другой — fб2 = fб + fд
Частотомер измеряет среднюю частоту биений за период модуляции
Таким образом, при fД < fб доплеровское смещение частоты не влияет на среднюю частоту биений fб. ср, которая и измеряется частотомером. Иными словами, движение объекта не влияет на измерение дальности до него.
2. fд >fб (рис 3.6). На рис. 3.6 сохранены те же обозначения, что и рис. 3.5. Из него следует, что в течение одной половины периода модуляции частота биений равна
fб1 = fД – fб
течение другой
fб2 = fД + fб
Средняя частота биений fб. ср, измеряемая частотомером, равна
Таким образом, в данном случае дальномер измеряет не дальность, а радиальную скорость. Для того чтобы дальномер измерял и дальность и радиальную скорость, надо иметь возможность раздельного измерения fб1, fб2 с помощью анализатора спектра и последующего их вычисления. Кроме того, необходимо иметь априорные сведения о соотношении между f6 и fД.