РТУИС

Общие сведения о радиолокации.

Радиолокация– область радиотехники, обеспечивающая получение сведений об объектах путем приема и анализа радиоволн. Объектами в радиолокации называют целями.

Виды радиолокаций.

А) Активная с пассивным ответом.

Рис.1.

Цель облучается зондирующей радиоволной, при этом отраженное излучение поступает на приемник.

Б) Радиолокация с активным ответом.

Рис.2.

Используется для опознания цели, его государственной принадлежности.

В) Пассивная радиолокация.

Рис.3.

Использует собственное излучение цели.

Классификация РЛС.

1. По месту установки.

2. По назначению.

3. По рабочему диапазону длин волн (1 мм – 100 м).

4. По виду излучения: непрерывный и импульсный.

5. По числу измеряемых координат.

6. По числу позиций.

Факторы, влияющие на распространение радиоволн.

1. Кривизна земли

Рис.4.

H,h– высоты мачт, на которых установлены антенны,

При R= 6370 км,h=H= 0.1 км AB = 71 км.

2. Рефракция – явление отклонения луча от прямолинейного распространения в следствии неоднородности показателя преломления.

Рис.5.

Показатель преломления атмосферы ;

Для параллельности с землей

3. Влияние ионосферы.

Ионосфера – ионизированная часть верхних слоев атмосферы (под действием солнечной радиации).

Рис.6.

Показатель преломления ионофоры < 1: . Ионосфера оптически является менее плотной средой чем атмосфера.

Рассмотрим простейшую модель (оценочную), когда границы между ионосферой и атмосферой резки.

Рис.7.

Закон Снеллиуса:

Полное отражение: ;;;

Если , то при любом углеволна будет отражаться от ионосферы. Для радиолокации интересен тот случай, когда волна не будет отражаться и испытывать слабый излом на границе раздела, то есть интересен случай почти прямолинейного распространения. Отсюда вытекает ограничение для частоты зондирующего излучения:-.

4. Затухание радиоволн

, где- излучаемая мощность,R– расстояние,[дБ/км] – коэффициент затухания. Природа затухания связана с поглощением излучения молекулами кислорода и воды. Для кислорода:; для воды:, зондирующее излучение должно иметь длину волны далекую от пиков поглощения:.

Вывод: Из пунктов 3 и 4 следует, что наиболее подходящими длинами волн будут дециметровые и сантиметровые.

Импульсная и непрерывная рлс.

Основные уравнения радиолокаций:

, где П – плотность потока мощности зондирующего излучения,Pпер – мощность передатчика,- КПД антенно-фидерного тракта,R– дальность цели,D– коэффициент направленного действия антенны,S– площадь антенны.

Мощность отраженная от цели: , где- эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР), радиолокационная характеристика цели.

Плотность потока мощности отраженной от цели в месте расположения приемной антенны: .

Мощность сигнала на входе приемника: .

Цепочке подстановок приводит к окончательной формуле основного уравнения радиолокации: . Особо отметим, что.

Пример:

Расчет: .

Вывод: приемная аппаратура должна обладать сверхчувствительностью и проблема обнаружения отражаемого сигнала становится основной в радиолокации. Требуется особая конструкция приемника, обеспечивающая высокое отношения сигнал/шум.

Импульсная РЛС.

Импульсная РЛС позволяет определить дальность: , где- время задержки отраженного импульса, с – скорость света.

Рис.8.

Луч индикатора вращается с уголовной скоростью поворота антенны, то есть направление луча определяет направление на зондирование.

Пример:

Рис.9.

Погрешность определения расстояния и возможность различия близкорасположенных целей.

РЛС непрерывного излучения.

Скорость цели можно определить на основе эффекта Доплера. В этом случае определяется разность частот излученного зондирующего сигнала и отраженного от цели.

Рис.10.

,f– частота от источника,f₀– частота на приемнике.

При этом доплеровский сдвиг частота нужно учитывать дважды. Первый сдвиг соответствует ее изменению при попадании на цель (цель как приемник сигнала). Второй сдвиг возникает у отраженной волны (цель как источник, РЛС как приемник). Таким образом суммарный сдвиг частоты будет определятся формулой:

- радиолокационная составляющая вектора,f₀– излучаемая частота.

Структурная схема непрерывной РЛС.

Рис.11.

Частотно-модулированный дальномер.

Идея метода измерения дальности с помощью непрерывного зондирующего излучения заключается в том, чтобы использовать частотную модуляцию. Тогда, за время распространения излучения до цели и обратно частота генератора излучения измениться и ее можно будет сравнить с частотой отраженного от цели излучения. Разница частот при линейном законе изменения частоты будет пропорциональна дальности.

Рис.12. структурная схема ЧМ дальномера.

Где - время задержки сигнала, отраженного от цели (поступающего на приемную антенну). Эта задержка связана с текущей частотой генератора формулой, где,.

Делая подстановки выведем формулу для расчета дальности: . При этом учитывая пилообразный закон изменения частоты, отметим, что. Отсюда, для максимальной дальности получим.

Пример: ,.

Обсудим вопрос о погрешности Rи его минимальном значении. Вопрос решается на основе спектра ЧМ-сигнала.

Вспомним, что спектр ЧМ-сигнала линейчатый.

,большие значения.

Рис.13.

Сигнал о выходе смесителя так же будет линейчатым с центральной линией при значении частоты .

Очевидно, что при такой структуре спектра погрешность определения частоты будет порядка . Отсюда, для погрешностиRполучим:. Очевидно,- одновременно является и минимальным расстоянием.

Пример: ,.

Такие длинномеры используют как радиовысотомеры в самолетах (например, при посадке в тумане).

Как измениться принцип действия дальномера если цель движется и на смещения частоты накладывается еще и эффект Доплера?

Рис.14.