- •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
Радиолокаторы с истинной внутренней когерентностью
Принцип работы радиолокатора рассмотрим на примере схемы, изображенной на рис.4.82.
Стабильный задающий генератор формирует непрерывные колебания несущей частоты ( f 0 ), которые являются опорными для фазового детектора. Импульсный модулятор обеспечивает включение усилителя мощности на время излучения импульсов ( и ). Усилитель мощности с линейной фазово-частотной характеристикой усиливает колебания несущей частоты до необходимой мощности, которые через антенный переключатель и антенну излучаются в пространство. Отраженный от цели сигнал принимается антенной, усиливается в усилителе высокой частоты и подается на фазовый детектор.
Когерентность сигнала обеспечивается тем, что для формирования зондирующих и опорных колебаний используется один и тот же задающий генератор непрерывных колебаний. В фазовом детекторе осуществляется сравнение начальных фаз приходящих радиоимпульсов с фазой опорного колебания.
Если сигнал отражается от неподвижного объекта, то начальные фазы всех отраженных радиоимпульсов ( 0 ) будут одинаковы
, (4.47)
где Д 0 – расстояние до объекта.
Напряжение на выходе фазового детектора будет представлять собой видеоимпульсы одинаковой амплитуды и полярности, определяемыми дальностью до цели.
Если цель движется равномерно, то непрерывно изменяется и сдвиг фаз
,
где FД – допплеровская частота сигнала;
0 – сдвиг фаз при t = 0.
На выходе фазового детектора образуется последовательность видеоимпульсов с изменяющейся амплитудой и полярностью.
Необходимо заметить, что пассивные помехи, в общем случае не являются неподвижными (кроме «местных» предметов), а перемещаются со скоростью ветра ( ), что приводит к пульсации помехи на выходе фазового детектора. Для компенсации пульсаций необходимо частоту опорного сигнала изменять на величину
,
где Т – изменение сдвига фаз за время периода следования Т.
Однако частота опорного сигнала , и даже промежуточная частота , поэтому в схемах РЛС смещение частот обычно реализуют путем двукратного преобразования частоты. Кроме того компенсацию скорости ветра производят лишь в определенных участках пространства, для чего реализуется стробирование по дальности и угловой координате.
Известны и другие способы компенсации скорости ветра:
использование систем обработки с внешней когерентностью;
переход к более длинным волнам (метровый диапазон);
двухчастотный метод работы РЛС;
использование схем ЧПК на видеочастоте.
4.5.1.4.Селекция сигналов движущихся целей
Выше было показано, что физической основой для селекции сигналов движущихся целей является эффект Доплера. При движении воздушного объекта и наличии радиальной составляющей скорости происходит изменение фазы отраженного сигнала относительно излученного. Следовательно, разность фаз сигналов излученных и отраженных, при наличии частоты Доплера, изменяется от периода к периоду (для неподвижных объектов такого нет).
Соотношение фаз сигналов может быть выявлено фазовым детектром. На рис.4.83 изображены сигналы на выходе фазового детектора для неподвижных и подвижных объектов.
Сравнивая импульсы движущихся и неподвижных объектов, можно сделать заключение, что основным отличием временных функций, соответствующих этим последовательностям, будет наличие переменной составляющей в сигнале движущегося объекта.
Следовательно, для селекции движущихся целей необходимо компенсировать на выходе фазового детектора импульсные последовательности с постоянной амплитудой или подавлять в спектре сигнала все гармоники частоты повторения nFn.
Структурную схему системы СДЦ можно представить в виде, изображенном на рис.4.84.
Система состоит из двух частей: когерентно-импульсной аппаратуры (КИА) и компенсационной аппаратуры (КА). Основу КИА составляют фазовый детектор и когерентный гетеродин (рис.4.85).
Компенсационная аппаратура (рис.4.86) обеспечивает сравнение амплитуд сигналов через период повторения импульсов (метод сравнения по огибающей), что сводится к череспериодной компенсации.
Сигналы после фазового детектора без задержки (прямой канал) и с задержкой на период повторения (задержанный канал) поступают на устройство вычитания (УВ), так что образуется функция
.
При вычитании одинаковые по амплитуде импульсы компенсируются, а импульсы разной амплитуды дают нескомпенсированные остатки. Полярность остатков различна и при дальнейшей обработке в двухтактном детекторе (Д) формируется последовательность импульсов одной полярности.
Оптимальная характеристика для приема сигнала на фоне небелого шума определяется следующим образом
(4.48)
где g(f) – спектральная плотность мощности сигнала;
N(f) - спектральная плотность мощности шума;
- частотная характеристика фильтра.
Условия оптимальной обработки могут быть реализованы, если последовательно включены оптимальный фильтр для одиночного импульса пачки, гребенчатый фильтр накопления и гребенчатый фильтр подавления составляющих спектра помехи (рис.4.87).
Первые два фильтра обеспечивают оптимальную обработку импульсов пачки на фоне белого шума, последний режекцию помехи. Порядок включения фильтра ГФН и ГФП может быть изменен, так как произведение амплитудно-частотных характеристик при этом не меняется. С выхода фильтров напряжение подается на детектор.