Радиотехнические системы

31

параметрам, p1 + p1, p2 + p2 . Расстояние между точками 1 и 2 представляет на рисунке погрешность места, отрезки нормалей 1-5, 1-6 - погрешности линий положения.

Отрезки пересекающихся линий положения образуют па- раллелограмм, его стороны обозначены как a и b . Рассматри- вая треугольник 1, 2, 3 и используя теорему косинусов, получим

M =

a2 + b2 + 2abcosγ

(1.13)

Стороны параллелограмма a и b выразим через погреш-

ности линий положения U1

и U2 , рассматривая прямоуголь-

ные треугольники 1, 3, 5 и 1, 4, 6,

a =

U1

,

b =

U2

.

(1.14)

sinγ

sinγ

Подставляя (1.14) в (1.13), получаем формулу для расчета

погрешности места

M =

1

U 2

+U 2

+ 2U U

cosγ

(1.15)

sinγ

2

1

2

1

Формула (1.15) показывает, что погрешность места зави- сит не только от погрешностей линий положения, но и от угла, под которым они пересекаются: чем острее угол, тем больше ошибка места.

Погрешности линий положения Ui в формуле (1.15) - слу-

чайные величины. Поэтому и погрешность места M также случайная величина, и корректное описание точности систем

местоопределения возможно только с применением аппарата теории вероятностей. Основой такого расчета служит совмест- ная плотность распределения вероятностей погрешностей по- верхностей положения. Ранее было показано, что каждую из погрешностей поверхностей положения можно считать распре- деленной нормально. Предположим также, что они статисти- чески независимы. Тогда для двумерного случая совместную

плотность распределения вероятностей погрешностей линий положения запишем в виде

32

					1	æ u2			u2	ö
			1	-		ç	1	+	2	÷
w (u u ) =					2		σ1
				e		è			σ2 ø
						ç	2		2	÷	(1.16)
2	1,	2
			2πσ1σ2

Если приравнять показатель степени экспоненты некото-

рой константе λ2 , получим уравнение линии, на которой со- вместная плотность распределения вероятностей постоянна,

u2		u2
1	+	2	= λ2	(1.17)
2		2
σ1		σ2

Формула (1.17) представляет собой уравнение эллипса в косоугольной системе координат, центр которой находится в точке расположения объекта наблюдения, а оси нормальны к поверхностям положения. Данный эллипс называется эллип- сом погрешностей или эллипсом рассеяния. Он ограничивает область пространства, в которую с заданной вероятностью P попадают измеренные координаты объекта. Вероятность P свя- зана с параметром λ2 , а следовательно и с размерами эллипса рассеяния, формулой

P(λ) = 1− exp(−λ2 ).

(1.18)

Эллипс рассеяния можно представить в прямоугольной системе координат, в которой находится местоположение объек- та. Соотношение его главных осей и ориентация относительно

осей координат зависят от погрешностей линий положения и угла, под которым они пересекаются. Совокупность эллипсов рассеяния, построенных для разных точек пространства, дает наиболее ясное представление о точности системы местоопре- деления.

На рисунке 1.10 представлены для примера эллипсы рас- сеяния для дальномерно-пеленгационной и дальномерной си- стем местоопределения.

33

а)

б)

Рисунок 1.10. Эллипсы рассеяния для дальномерно-пеленгационной (а)

идальномерной (б) систем местоопределения

1.5.Виды радиолокации. Радиолокационный канал

В радиолокации информация об объектах наблюдения (ра- диолокационных целях) переносится сигналами. Последние могут быть сформированы различными путями. В зависимости от того, как образуются радиолокационные сигналы, различа- ют четыре вида радиолокационного наблюдения.

1. Активная радиолокация. РЛС содержит приемник и пе- редатчик, расположенные в одном месте, используется сигнал, отражённый от цели. Такой метод радиолокации называется также однопозиционным.

Структурная схема активного локатора приведена на ри- сунке 1.11. На схеме обозначено: СУА - система управления ан- тенной системой, ОУ - оконечное устройство. Характерной осо-

бенностью объектов наблюдения активных локаторов является отличие их отражающих свойств от окружающей среды. Важ- нейшее достоинство этого вида радиолокации состоит в том, что он позволяет обнаруживать объекты, которые не являются источниками радиоизлучения. Поэтому он получил самое ши-

рокое распространение для решения различных задач военного и мирного характера.

34

Рисунок 1.11. Структурная схема активного радиолокатора

2. Активная радиолокация с активным ответом. РЛС со- держит приемник и передатчик, расположенные в одном мес- те. Цель переизлучает сигнал, падающий на неё, с помощью спе- циального передатчика. РЛС называют в данном случае зап- росчиком, а аппаратуру, установленную на объекте наблюдения - ответчиком.

РЛС-	Пр.
Запросчик		Кодирующее
	Пер.	устройство

Ответчик

Рисунок 1.12. Структурная схема активного радиолокатора с активным

ответом

Такая система позволяет значительно повысить дальность действия радиолокатора по своим объектам и получить о них дополнительную информацию. Используется, например, в во- енной технике для определения государственной принадлеж- ности самолетов, в диспечерских системах аэропортов для по- лучения служебной информации с борта снижающегося само- лета. Дополнительная информация кодируется в ответном сиг- нале.

3. Полуактивная радиолокация. Радиолокационная систе- ма содержит приемник и передатчик, разнесённые в простран- стве (двухпозиционный метод радиолокации). Используется, например, в полуактивных системах самонаведения зенитных

35

управляемых реактивных снарядов.

Структурная схема полуактивного самонаведения пред- ставлена на рисунке 1.13. РЛС подсвета цели облучает её узким лучом ДНА. Отраженный от цели сигнал принимается носо- вым приемником аппаратуры, установленной на ракете, и ис- пользуется для её наведения на цель. Для того, чтобы убедить- ся, что осуществляется наведение на выбранную цель, в соста- ве бортовой аппаратуры имеется хвостовой приемник. Он при- нимает сигналы, излученные слабонаправленной антенной РЛС подсвета, которые и используются для выделения отражений от выбранной цели.

	Цель
РЛС
подсветка		Устройство
цели	Пр.	сравнения	Пр.
	носовой		хвостовой

Координатор

Рисунок 1.13. Структурная схема полуактивного самонаведения

Разнесенные радиолокационные системы используют не только для самонаведения ракет. В последнее время развива- ются многопозиционные радиолокационные системы, в состав которых могут входить несколько передающих и приемных пун- ктов, разнесенных в пространстве и связанных между собой линией синхронизации и управления. Такие системы имеют преимущества перед однопозиционными при работе по слабо- отражающим целям и менее уязвимы средствами радиоэлект- ронной борьбы.

4. Пассивная радиолокация - локация по собственному из- лучению объектов. Пассивный локатор не имеет передатчика, а состоит из приемника и устройства обработки сигналов (см.

36

рисунок 1.14).

собственное

РЛС

объект

радиоизлучение

Рисунок 1.14. Структурная схема пассивной локации

Важные частные случаи пассивной радиолокации:

-радиотеплолокация - локация объектов по их тепловому излучению в радиодиапазоне;

-радиотехническая разведка, то есть обнаружение, опре-

деление координат и параметров излучения работающих РЛС противника в целях радиоэлектронной борьбы и планирова- ния операций.

Установим терминологию, принятую при изучении радио- локационных систем, рассматривая радиолокационный канал.

Под радиолокационным каналом понимают собственно радиолокатор, объект наблюдения, среду, в которой они находят- ся, и все другие объекты, влияющие на работулокатора. Радиоло- кационный канал схематически изображен на рисунке 1.15.

37

			Источник
		Зондиру	активных
		ющий	помех
ГТИ	Пер.	сигнал.	Активная помеха
			Цель
ОУ	Пр.	Сигнал.
ОУ – оконечное
устройство	Внутренние
	шумы	Пассивная
		помеха	Местный предмет

Рисунок 1.15. Радиолокационный канал

Передатчик активной РЛС излучает зондирующий сигнал. Часть его энергии отражается от цели и попадает на вход при- емника РЛС. На входе приемника имеем сигнал - носитель ин- формации о цели. Сигнал искажается внутренними шумами приемных устройств и внешними помехами. Внутренние шумы определяют предельную чувствительность приемных устройств, от них зависит вероятность обнаружения объектов и предель- ная точность измерения их координат. Источник внутренних шумов показан на схеме отдельным элементом в знак обязатель- ности их учета. Внешние помехи могут быть активными и пас- сивными. Активными называют помехи, генерируемые источ- никами электромагнитной энергии. Обычно это организован- ные помехи, предназначенные для уменьшения эффективности работы РЛС.

Пассивной называют помеху, возникающую вследствие отражений зондирующего сигнала от земной поверхности, ме- стных предметов, искусственных отражателей. Искусственные

отражатели могут представлять собой облака полуволновых вибраторов в виде полосок фольги, либо отрезков металлизи- рованного стекловолокна. Пассивные помехи могут многократ-

38

но превышать по мощности полезные сигналы. В радиолока-

ции применяют специальные меры для выделения полезных сигналов на фоне пассивных помех, используя разницу в ско- рости перемещения их источников.

1.6. Принципы построения и классификации радионавигационных систем

Основной задачей навигации является вывод корабля в заданную точку пространства с необходимой точностью в оп- ределенный момент времени. Термин «корабль» является об- щим; существуют подводные, надводные, воздушные и косми- ческие корабли. Решение основной задачи выполнимо, если есть

возможность определять текущие координаты корабля в одной из систем координат, пусть географической. Следовательно, ос- новная задача сводится к определению координат корабля, т.е. к его местоопределению. Существует ряд частных навигацион- ных задач, которые обычно сводятся к определению если не абсолютных координат в принятой системе, то относительных.

Основная навигационная задача решается на плоскости, точнее на земной поверхности, т.е. является двумерной. В аэро- навигации третья координата - обычно это высота над земной поверхностью - задается дополнительно и не является опреде- ляющей, поскольку точка вылета и место прибытия, задаются на земной поверхности, и весь маршрут задается проекцией са- молета на земную поверхность.

Наиболее часто в радионавигации реализуется позицион- ный метод местоопределения. Измеряемыми пространственны- ми (навигационными) величинами являются расстояние, угол и разность расстояний. Навигационные величины определяют- ся относительно точек с известными координатами, называе- мыми опорными или навигационными точками. Линии поло- жения строятся относительно этих навигационных точек: ли-

нии положения в виде окружности и прямой требуют по одной опорной точке, в виде гиперболы - двух опорных точек. Сама

39

же измерительная аппаратура частично располагается в нави- гационных точках, частично на борту корабля. Как правило, в опорной точке работает радиопередатчик, а точка называется радиомаяком.

Местом корабля является точка пересечения двух линий положения в произвольном наборе.

Система местоопределения может быть одноточечной. Именно так строятся отечественные и международные систе- мы ближней аэронавигации, в которых на самолете определя- ются расстояние и пеленг относительно одной опорной точки, в которой располагается излучающая аппаратура. Местом са- молета является точка пересечения окружности и прямой. Воз- можная двузначность устраняется на основании дополнитель- ной низкоточной информации: априорной или полученной при измерении. Измерители навигационных систем могут распо- лагаться в двух разнесенных точках. Международная система

ближней навигации предоставляет возможность измерения только расстояний или только азимутов относительно двух раз- ных точек. При этом используется дальномерный либо пелен- гационный метод местоопределения. Увеличивается число опорных точек при местоопределении на основе измерении раз- ностей расстояний. Такая система может иметь четыре опор- ные точки, по две на каждую гиперболу. Число точек сокраща- ется до трех путем совмещения двух точек, по одной от каждой пары.

Существующие системы построены в виде сети опорных точек. Это позволяет производить избыточное число измере- ний. Избыточная информация используется для повышения точ- ности определения координат, устранения многозначности при пересечении линий положения и т.д.

Метод счисления пути для определения текущих коорди- нат также используется достаточно широко. В радионавигации

измеряется вектор путевой скорости с помощью доплеровских автономных систем. Распространены также системы, работаю- щие на базе измерителей воздушной скорости самолетов (по

40

давлению набегающего потока воздуха), на базе измерителей скорости надводных и подводных кораблей относительно мас- сы воды (с помощью лага или акустического доплеровского дат- чика), а также на базе инерциальных измерителей вектора уско- рения (см. раздел 1.3). Недостатками метода является необхо-

димость проведения непрерывных измерений и вычислений за всё время движения корабля, а также нарастающая со време- нем погрешность местоопределения.

Обзорно-сравнительный метод применяется для навига- ции специальных объектов и крайне редко - для навигации ко- раблей. Метод дает очень высокую точность из-за корреляци- онной обработки карт, в которую вовлекается большое число информационных точек. Вспомним, что при реализации мето- да позиционных линий используется одна или несколько то- чек.

В соответствии со степенью решения задачи определения координат навигационная аппаратура подразделяется на устрой- ства, системы и комплексы. Устройство определяет одну про- странственную величину и решает задачу частично. Система полностью решает навигационную задачу. Комплекс также ре- шает задачу, но на основании избыточной информации и с луч- шими характеристиками. Классическое построение комплекса предусматривает получение и обработку первичной информа- ции от измерителей, использующих различные физические принципы построения. Отдельные части комплекса охвачены взаимными и обратными связями. Именно по такому принци- пу строятся современные пилотажно-навигационные комплек- сы самолетов, навигационные комплексы надводных и подвод- ных кораблей.

Навигационные устройства классифицируются либо по измеряемым пространственным величинам (или их производ- ным), либо по параметру радиосигнала, который отобразил про-

странственное положение точек излучения и приема при его распространении. В соответствии с этим устройства могут быть угломерными, дальномерными, разностно-дальномерными, а