Глава is. Особенности построения рлс с электронным управлением лучом

15.1. ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЛС С ЧАСТОТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЛУЧОМ

РЛС с частотным управлением лучом (ЧУЛ) является трех-координатной. Ее отличительная особенность—наличие специаль­ной антенны, угловое положение луча которой определяется час­тотой питающих колебаний (рис. 15.1а) | 47 |.

Рис. 15.1 РЛС с ЧУЛ. а - обобщенная Структурная стема; Л — частотная окраска яотты обзора по углу места

Такая антенна в простейшем случае представляет собой лилей­ную антенную решетку (,ПАР) с последовательным запитыванием элементов.

При подаче на вход антенны сигнала .передатчика на частоте f и\теет .место определенное соотношение фаз напряжений, питаю­щих излучатели, и ЛАР в результате интерференции колебаний,

294

излучаемых отдельными щелями, формирует результирующую т-аграиму направленности (луч), наклоненную относительно фо-кэльаой оси на угол 8.

Ширина луча в вертикальной плоскости определяется размера­ми ЛАР /лар и длиной волны:

(15.1)

При изменении несущей частоты изменяется соотношение фаз напря­жений, питающих излучатели, а сле­довательно, и направление фронта

Рис. 15.2. К установлению связи углового положения антенного лу­ча с частотой зондирующего сиг­нала и характеристиками Л АР

результирующей волны в верти-ка;!!,ной плоскости. Это приводит к отклонению луча по углу места. Та­ким образом, осуществляется так называемая частотная окраска зоны обзора но углу места (рис. !Г>.1б). Связь углового положения аптешю-го луча с частотой зондирующего

сигнала и характеристиками ЛАР

можно установит!,, используя рис. 15.2. Нетрудно показать, что

справедливо равенство

(15.2)

где /„-in— длина волны в линии передачи, соединяющей излу­чатели ЛАР;

S—длина линии передачи: п — целое число. Из (15.2) следует:

(15.3)

Это уравнение, связывающее угловое положение антенного лу­ча и частоту, представлено графически (рис. 15.3) для различных значений п. Одним из важнейших параметром антенны РЛС с ЧУЛ является углочаетотная чувствительность Л\_т, град/Гц.

Чем выше углочаетотная чувствительность, тем ниже требова-шя к диапазопности системы формирования зондирующего сигна­ла и системы обработки отраженных сигналов. Углочастотнуга чувствительность можно определить путем дифференцирования уравнения (15.3). Если в качестве липни передачи в ЛАР исполь­зуется волновод, то

295

Ыз этого соотношения впдюэ, что для повышения углочастотной чувствительности необходима увеличивать длину 5 линии переда­чи, соединяющей соседние излучающие щеля или вибраторы;

Рис. 15.3. Зависимость углового отклонения антенного луча от относительного изменения частоты зондирующего сигнала

уменьшать расстояние d между излучающими щелями или вибра­торами; уменьшать относительный размер я/А широкой стенки волновода (при этом должно соблюдаться условие а >• Х/2). В случае частотно-модулированного зондирующего сигнала изме­нение углового положения антенного луча будет иметь место, если девиация частоты Afgga >■ sy.sp/^r. Ширина спектра сигнала, из­лучаемого под углом места е, при этом

О 5.4) Если же Д/_Мв < во.ър/Куг, то Д/_Щ._т (е) = Л/_лев.

^ная величину Af_lLXn (е) и скорость изменения частоты в сигна­ле, можно определить время То^ (е), в течение которого облуча­ется цель за одно сканирование по углу места.

Так, для линейно-частотной модуляции имеем

(15.5)

где Гц — длительность зондирующего сигнала.

Огибающая сигнала, отраженного от цели, при этом имеет такой же вид, как и ДН антенны (по мощности) в угломестной плоскости.

В процессе механического вращения антенны по азимуту в пре­делах ширины луча f!o.5P, определяемой горизонтальным размером

296

антенны, на вход устройства обработки сигналов в РЛС с ЧУЛ поступает пачка модулированных но частоте импульсов с длитель­ностью тоел (е), (в общем случае зависящей от угла места) и сред­ней частотой, зависящей от угла места цели. Время запаздывания отраженных импульсов песет информацию о дальности, средняя несущая частота импульсов — об угле места цели, пачка отра­женных импульсов в целом — об азимуте пели. Высота цели опре­деляется путем решения уравнения высоты с помощью спецвычис­лителя.

15.2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ РЛС С ЧУЛ

Простейшая антенна с частотным сканированием, как уже от­мечалось, представляет собой ЛАР и включает дисперсионную ли­нию задержки (полноводную или коаксиальную), связанную по­следовательно с линейно расположенными излучающими элемен­тами. Если линия задержки выполнена на волноводе прямоуголь­ного сечения, то связь с излучающими элементами может произ­водиться либо через широкую стенку волновода, либо через узкую. Для повышения углочастотной чувствительности волноводпая ли­ния задержки изготовляется обычно изогнутой или спиральной конструкции (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Конструкция ЛАР: а- с виораторами, вклю­ченными в широкую стенку волновода; 6 — с щелевыми излучателями в узкой стетткс волновода

Рис. 15.5. Зеркальная антенна с частотным скаппропяписм луча

Во многих РЛС с ЧУЛ луч антенны должен иметь малую ши­рину v, азимутальной плоскости. Один из методов формирования узкого луча заключается в использовании цилиндрического зерка­ла, облучаемого .ПАР (рис. 15.5). Ширина ДН такой антенны в азимутальной плоскости определяется горизонтальным размером зеркала, а в угломестной — размером облучателя.

297

Для исключения затенения раскрыта и обусловленного йтнм увеличения уровня боковых лепестков ДМ антенны можно исполь­зовать смещение облучателя ил раскрыва антенны (см. 13.4.2). При этом зеркала антенны должно иметь несимметричное сечение в го­ризонтальной ПЛОСКОСТИ.

Антенны с частотным качанием луча имеют в основном такие же характеристики, как и обычные зеркальные антенны. Различия обусловлены дополнительными потерями в линии задержки, а так­же необходимостью иметь гораздо больший размер зеркального отражатели в вертикальной плоскости (в плоскости сканирования) для полного охвата диаграммы направленности облучателя при максимальном угле отклонения луча. Для расчета вертикального размера зеркала антенны РЛС с ЧУЛ можно использовать соот­ношение

где /лар — длина облучателя:

/ф — фокусное расстояние антенны, обычно 1$ = (0,3...

... 0.5) /,;'

стш, Сшах — соответственно минимальный и максимальный

утлы места зоны;

еф угол наклона фокальной оси зеркала.

Значение Еф выбирается с учетом гого, что: а) с увеличением отклонения антенного луча от нормали к ЛАР происходит его расширение; б) па час­тоте /_н, соответствующей положению луча на нормали, в ЛАР с простыми ненаправленными ответвителями резко возрастают потери энергии зондирую­щего ^сигнала из-за увеличения коэф­фициента стоячей волны (отражения от всех излучателей складываются в линии синфазно),

»- Рис. 15 6. Антенна с частотным екяяи-

приемпику ровашем луча с набором ЛАР

Примером простых ненаправленных ответвителей является щель в стенке волновода, которая одновременно вы­полняет функции элемента связи и из­лучателя. Для уменьшения потерь на частоте [_н применяют согласованные

ненаправленные ответвители. В качестве элементов согласования могут использоваться штыри или диафрагмы.

Еще лучшие характеристики можно получить при применении в ЛАР направленных ответвителей, по при этом усложняется кон­струкция, увеличиваются стоимость и масса антенны.

Для уменьшения уровня боковых лепестков в угломестноЙ плос­кости распределение поля вдоль ЛАР должно быть спадающим к се краям. Это обеспечивается н ЛАР с излучающими щелями вы­бором положения последних на стенке полповода, а в ЛАР с со­гласованными ненаправленными ответвителями— глубиной погру­жения штырей в волновод.

Второй метод формирования узкого луча в горизонтальной плоскости заключается в использовании плоских антенных реше­ток, представляющих собой набор ЛАР, запитываемых от одного передатчика (рис. 15.6). Такие антенны имеют меньший уровень боковых лепестков и меньшие габариты по сравнению с зеркаль­ными. Кроме того, в подобных антеннах появляется возможность комбинированного использования фазового и частотного методов электронного сканирования антенного луча в двух взаимно перпен­дикулярных плоскостях (частотного сканирования — в угломестпой плоскости и фазового--в азимутальной). Недостаток плоских ан­тенных решеток — конструктивная сложность и высокая стои­мость.

В РЛС с ЧУЛ угол отклонения антенного луча помимо всего прочего зависит от температуры окружающей среды. Изменение угла отклонения луча обусловлено изменениями длины линии пе­редачи S, размеров поперечного селения линии передачи, а также величины разноса излучающих э.тементов. Эти изменения зависят от температурного коэффициента расширения материала, из кото­рого выполнена ЛАР.

В общем случае дополнительное отклонение луча, вызванное изменением температуры окружающей среды, можно оценить по формуле

(13.0)

Где de/df¹ — углотемпературпая чувствительность ЛАР; /° ■—исходная температура окружающей среды.

На рт»с. 15.7 приведены зависимости углотемиературной чувст­вительности от углового положения антенного луча для различных значений п при использовании для изготовления ЛАР алюмини­евого волновода. Расчечы с использованием графиков (рис. 15.7) и формулы (15.6) показывают, что при изменении температуры окружающей среды-па 20...30° дополнительное угловое отклоне­ние луча может достигать 0,5... 1°. Поэтому в РЛС, где требуется высокая точность определения высоты, необходима коррекция из­менений угла отклонения луча в зависимости от температуры. Коррекции может осуществляться различными способами.

299

1) Коррекция с учетом измеренной температуры антенны. Тем­пературу антенны можно измерить к учесть при определении вы--соты цели. Поправка углового положения антенного луча в утло-местной плоскости в рассматриваемом способе вычисляется по

формуле (15.6).

При измерениях температуры,

например, с помощью терморезнс-

торных элементов, укрепляемых на антенне, могут возникать ошибки, обусловленные колебаниями темпе­ратуры вдоль поверхности ЛАР.

Для полкой коррекции сшибок необходимо вводить поправки вто­рого порядка, так как dn/dt" и d&/df изменяются в зависимости от угла места.

Piic. IS.7. Зависимость углотемпе-ратурной чувсгвйтельнести антен­ны с частотным сканированием от углового положения антенного луча

2) Стабилизация температуры. Для получения сравнительно ста­бильной температуры можно ис-ЕЮльзовать специальные устройства подогрева В виде кожуха с термо­стабилизатором. Большие габариты устройства к необходимость затра­ты большой мощности па подогрев антенны ограничивают возможность использования этого способа кор­рекции углового положения антенного луча.

3) Компенсация температурных изменений в антенне по ре­зультатам измерения КСВ. Как уже отмечалось, в ЛАР с излуча-

Рис. 15.8. ФазометрвчесЛая система компенсации тем­пературных изменений

гащими щелями па частоте f_hl происходит резкое увеличение КСВ.

Это .можно использовать для привязки частоты отраженного ент-нала к соответствующему углу места.

300

4. Фазовая компенсация температурных изменении. Этот спо­ соб обеспечивает наилучшую эффективность и точность компенса­ ции температурных изменений размеров ЛАР. На рис. 15.8 пред­ ставлена структурная схема фа.зометрической системы. Коррекцию углового положения можно осуществлять, изменяя частоту сиг­ нала передатчика так. чтобы получить нулевые значения сигнала на выходе фазового детектора.

5. Выбор материала для облучателя. Очевидный путь к сниже­ нию до минимума влияния температуры на величину угла отклоне­ ния луча заключается в использовании для изготовленття ЛАР мате­ риала с малым температурным коэффициентом расширения. На­ пример, при замеке алюминия сплавом нйвяра ошибки измерения угла места цели снижаются примерно в 25 раз [12]. Однако ввиду большой стоимости и массы подобных материалов возможности этого способа Ограничены.

15.3. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОНДИРУЮЩИХ. И ОБРАБОТКИ ОТРАЖЕННЫХ СИГНАЛОВ

к еле с чул

15.3.1. Система формирования зондирующих сигналов

Система формирования зондирующих сигналов rt РЛС с ЧУЛ обеспечивает формирование либо частотно-манипулироваиных, ли­бо частотно-модулированных (чаще всего ЛЧМ) зондирующих им­пульсов. В первом случае при излучении сигнала происходи"! скач­кообразное изменение углового положения антенного луча в пре­делах угломсетной зоны, а во втором - - плавное.

Девиация частоты Л/_лов в пределах зондирующего импульса (или разнос несущих частот первого и последнего парциальных импульсов при частотной манипуляции) выбирается таким обра­зом, чтобы диапазон изменения углового положения антенного лу­ча при изменении частоты соответствовал требуемым угловым раз­мерам зоны обзора в угломестпой плоскости. Для расчета число­вого значения Af_mB необходимо знать зависимость в = <р (/) (см. соотношение (15.3)) или углочастотную чувствительность. В целях упрощения технической реализации системы обработки централь­ная частота зондирующего сигнала должна выбираться так, чтобы зависимость е = ф (/) в пределах рабочего сектора по углу места была линейной (т. е. К_ут = const).

Длительность парциального импульса т_Эц в частотно-манипулп-

рованном сигнале должна удовлетворять условию тг>.т ^ 5/лар> а длительность ЛЧМИ — условию т_и ^ 5KyiAf;xenh.\p/^,sp, где tлAP — время прохождения сигнала (время задержки) в ЛАР. При невы­полнении этих условий возникают дополнительные потери и увели­чивается уровень боковых лепестков [12]. Разнос частот смежных

301

парциальных импульсов частотно-манипулироваиного сигнала оп­ределяется соотношением (15.4).

Принцип построения и особенности технических решений в сие теме формирования зондирующих сигналов в РЛС с ЧУЛ в основ­ном такие же, как и в соответствующей системе в РЛС с ЧМ сиг­налами.

15.3.2. Система обработки отраженных сигналов

Система обработки отраженных сигналов в РЛС с ЧУЛ явля­ется многоканальной по частоте, что связано, главным образом, с необходимостью обнаружения сигналоп с неизвестной частотой на фоне различного рода помех в широкой полосе частот.

Многоканальность реализуется либо на промежуточной часто­те, если полоса пропускания СВЧ элементов приемного |ракта превышает ширину спектра зондирующего сигнала, либо и на СВЧ — в противном случае,

В системе обработки РЛС с частотно-манииулированным сиг налом (рис. [5.96) количество частотных каналов равно числу парциальных импульсов в зондирующем сигнале. Структура систе­мы обработки до детекторов не отличается оп структуры системы в РЛС, рассмотренной в § 14.3.

Смешивание выходных сигналов частотных каналов перед по­ дачей их на измерители азимута и дальности приводит к возник­ новению потерь /-нш| (см. §9.10). Измеритель частоты (угла мес та) представляет собой устройство, принцип работы которого ос- нона и на сравнении амплитуд сигналов на выходах частотных ка­ кал ов. \

В системе обработки РЛС с ЛЧМ сигналом (ряс. (5.9а) ко­личество частотных каналов, как и в предыдущем случае, опре­деляется числом независимых положении антенного луча в угло-местной плоскости N = Д/>ев/Д/иал. Для сжатия отряженных сиг­налов длительностью т_оял (15.5) для всех частотных каналов, как правило, используется общий фильтр сжатия с ХГЗ, согласованной с законом изменения частоты зондирующего сигнала длительностью Ти- Такой вариант позволяет упростить техническую реализацию по сравнению со случаем включения фильтров сжатия в каждый частотный канал, так как допускает возможность использования однотипных фильтров как в системе обработки, гак" и в системе формирования зондирующих сигналов. Необходимая при этом ин­версия закона частотной модуляции внутри импульса может осу­ществляться либо 11 передатчице, либо в системе обработки. Дли­тельность сжатого импульса на выходе сжимающего фильтра при А/леи > го,5г/Л\,- тож = 1/Д/иап = Л'_Уг/ео,5р, т. е. однозначно опре-

302

деляется параметрами частотно зависимой антенны. Корректирую­щий фильтр к системе обработки отсутствует, так как сто роль вы­полняет сама антенна.

Рис. 13.9-Структурная с sens системы обработке сигналов в Р.ЧС: л — с ЛЧМ сигналом: б —с частотно-манипилнровагшым .кодирующим сигналом

Потери, возникающие при измерении дальности к азимута нл-'я

рассогласования полосы пропускания м ширины спектра принима

... зоз

емого сигнала, в результате чего происходит суммирование шумев, приходящих из всей зоны обзора по углу места, частично компен-

Рнс. 15.10. Оянока:ЩЛЫ1ЫЙ анализатор спектра: а—структурная схема: б — ил­люстрация принципа одноканального измерения частвти

сируются путем применения последстекторного фильтра, согласо­ванного с сигналим, имеющим длительность т_вж.

304

Потери A'd счет неоптимальностн полосы пропускания УПЧ в этом случае являются функцией произведения Д^евТс-ж и числа им­пульсов в пачке. Методика расчета потерь рассмотрена в §9.4.

Измеритель частоты (угла места) представляет собой анали­затор спектра. В случае многоканального варианта построения он состоит из N фильтров с полосой пропусканий Д/л_ВЛ- Частота сигнала измеряется так же, как в РЛС с частотно-маннпулиро-ванным сигналом. При одтюкапалъном варианте построения анали­затора спектра (рис. 15.10а) для измерения частоты используется присущая ЛЧДА. сигналам связь частота—время. ЛЧМ-гстеродип формирует напряжение, частота которого изменяется периодичес­ки по закону несимметричной пилы. Длительность периода моду­ляции гетеродинного напряжения равна длительности импульса на выходе фильтра сжатия т^к-

Основным элементом одноканального анализатора является ДУЛЗ, ХГЗ которой согласована с законом изменения частоты гетеродинного напряжения.

На рис. 15.106 представлены эпюры, иллюстрирующие принцип одноканального метода измерения частоты сигнала. Предполага­ется, что на входе измерителя (выходе фильтра сжатия системы обработки) одновременно имеются два сигнала, отличающихся средними частотами (цели разрешаются только по углу места). Из рисунка видно, что разным частотам соответствует различное значение времени запаздывания в ДУЛЗ. Поэтому, измеряя время запаздывания, можно однозначно оценить значение частоты отра­женного сигнала, а следовательно, и угла места, Необходимо отме­тить, что при данном методе измерения имеют место потери стро-бировапия за счет временного несовпадения гетеродинных импуль­сов с полезным сигналом (примерно 1,3 дБ).

18.4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОНЫ ОБЗОРА

i _ .., В РЛС С ЧУЛ

Требуемую фирму зоны обзора в угломестной плоскости в РЛС с ЧУЛ можно сформировать за счет изменения по соответствую­щему закону энергии, излучаемой под разными углами места. В об­щем случае -Э_|!В., (в) = Р_я (б) Товл (к), где Р., (г), Э„_зп (е) — им­пульсная мощность и энергия сигнала, излучаемая РЛС в антен­ный луч, ориентированный под углом места е.

Изменение Р„ в процессе частотного качания антенного луча нецелесообразно, так как при этом усложняется техническая ре­ализация передатчика. Наиболее приемлемым для РЛС с ЧУЛ является изменение длительности импульса, излучаемого в на­правлении того или иного угла места. Если требуется сформиро­вать зону обзора коссканспой формы, то

То<1.7 (е) — Тобло cosec⁴ e/cosec⁴ е₀, (15-⁷)

20. бак. 88. 305

где ко —минимальный угол места изовысотного участка зоны; Тобло — длительность импульса, излучаемого под утлом места !-о.

Сопоставляя соотношения (15.7) и (13.5), легко сделать вывод о том, что требуемый закон изменения длительности импульса можно получить за счет соответствующего выбора закона частот­ной модуляции зондирующего сигнала.

Трудности формирования и обработки сигналов с нелинейными законами изменения частоты ограничивают возможности форми­рования r РЛС с частотно-модулированным сигналом зон обзора, отличающихся по форме от изодальностной.

В РЛС с часготпо-манипулированным сигналом для формиро­вания изовысотного участка зоны длительность парциальных им­пульсов должна изменяться в соответствии с соотношением (15.7).

15.3. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ РЛС С ЧУЛ

Использование частотного сканирования для определения вы­соты целей в трехкоордннатпых РЛС даст ряд преимуществ, труд­нодостижимых в случае применения систем механического скани­рования. К ним относятся:

высокий темп выдачи данных о трех координатах цели;

возможность управления положением антенного луча в утло-местной плоскости с целью концентрации излучаемой энергии в определенных зонах.

В РЛС с ЧУЛ одна и та же антенна может быть использована для получения зон обзора различной конфигурации за счет изме­нения закона виутриимпульсной частотной модуляции.

Кроме того, вследствие неподвижного характера диаграммы направленности гга прием (в вертикальной плоскости) в РЛС от­сутствуют соответствующие потери сканирования, имеющие место при механическом сканировании антенны.

В качестве недостатков следует отметить сложность техничес­кой реализации некоторых устройств, например устройства фор­мирования импульсов с нелинейной частотной молуляцней, и не­возможность изменения рабочей частоты в зависимости от помехо-вой обстановки. Усложняется также конструкция антенн основного и дополнительных каналов приема (в РЛС с ЛЧМ для обеспече­ния идентичности ЧХ основного п дополнительных каналов приема до входов АК АШП дополнительные антенны должны быть час-тотнозавпеимыми).

306

!* 15.6.-ОСОБЕННОСТИ" ПОСТРОЕНИЯ РЛС С ФАЗИРОВАННЫМИ АНТЕННЫМИ РЕШЕТКАМИ

15-6.1. Типы фазированных антенных решеток

РЛС с фазированными антенными решетками (ФАР) обладают целым рядом преимуществ перед обычными РЛС. Эти преимуще­ства объясняются как достоинствами самих ФАР, так и широкими возможностями многоканальных (по времени и пространству) сис­тем обработки сигналов. ФАР обеспечивает такую гибкость управ­ления режимами работы РЛС и ее характеристиками, которая на­илучшим образом отвечает требованиям конкретной-ситуации, а многоканальные системы обработки — резко повышают качество временной и пространственной селекции сигналов [31].

По виду связи с системой формирования зондирующих сигна­лов ФАР подразделяются па облучаемые и кондуктивные (актив­ные ФАР) [46].

Рис. 15.11. Облучаемые ФАР: а — линзовые; б — зеркальные

■ Облучаемые ФАР выполняют роль линзы (рнс. 15.11а) или. зеркала (рис, 15.116) и по ряду показателей сходны с соответст-вующими зеркальными антеннами. Однако в отличие от последних они обеспечивают возможность электронного изменения положе­ния антенного луча с излучением очередного зондирующего им­пульса путем коммутации фазовращателей. Конструктивно линзо­вые ФАР отличаются от зеркальных наличием двух систем излу­чателей (входных и выходных). Коллимирующие фазовращатели обеспечивают преобразование сферической волны облучателя в плоскую и, наоборот.

Кондуктивные ФАР — наиболее совершенный вид антенн. Они обеспечивают возможность реализации как последовательного об­зора зоны одним лучом, так и одновременного обзора многими лучами. В РЛС с ФАР этого типа {рис. 15.12а) каждый элемент решетки может быть подключен к приемпо-передающему модулю

307

(ППМ), содержащему УВЧ, с месите.к., ПУПЧ. усилитель мощ­ности н антенный переключатель (рис. 15.126). Необходимый фа­зовый сдвиг в сигнал, излучаемый ППМ, вводится путем проиус-

Рис. 15.12. Кондултивная ФЛР с приемопередающими моду­лями: а —структура; б~ приемопередающий монуль

кания гетеродинного напряжения через соответствующий фазовра­щатель. В качестве последних могут использоваться цифровые (дискретные) фазовращатели, состоящие из т последовательно со­единенных проходных фазовращателей, каждый из которых обе­спечивает фазовый сдвиг 0 или 2'-"я (к- - номер каскада). Общее число фазовых состояний такого фазовращатели равно 2"'. Значе­ние т определяет ошибку установки антенного луча в выбранном направлении пв_;ст ж 9(-)₀._;|р/Л'^"'. я относительный средний квад-ратический уровень боковых лепестков результирующей диаграм­мы направленности ФАР а_й в₍,м ~ Й-²*™-⁰'⁸),

Приемлемые значения этих параметров обеспечизаются при т js= 4 ... b\

303

15.6.2. Система формирования зондирующих сигналов

В РЛС о облучаемыми ФАР передающее устройство такое же, как и в обычных РЛС. В остальных случаях система формирования зондирующих импульсов в РЛС с ФАР состоит ив задающего ге­нератора п усилителей мощности, подключенных к излучающим элементам. Импульсная мощность сигнала, излучаемого одним эле­ментом Р„|, должна быть равном Рял = P_a/N, где Р„— суммар­ная импульсная мощность сигнала, излучаемого РЛС; N— числа излучающих элементов.

Усилители мощности с целью уменьшений размеров ППМ вы­полняются па твердотельных элементах.

15,6.3. Система, управления и обработки отраженных сигналов

РЛС с ФАР значительно дороже РЛС с зеркальными антенна­ми. Поэтому применение подобных РЛС является оправданным только лишь в iex случаях, когда система обработки максимально использует информацию, содержащуюся но входных сигналах,т.е. является адаптивной [42].

Техническая реализация полностью адаптивных систем, цели­ком отвечающих рекомендациям теории, наталкивается на серьез­ные трудности, связанные, прежде всего, с высокой стоимостью. Поэтому с целью удешевления и упрощения системы обычно осу-щестпляют не полную, а частичную адаптацию, т. е. ограничивают­ся приемлемым значением числа степеней свободы в зависимости от ожидаемого количества источников помех. В большинстве слу­чаев оказывается достаточным, когда число управляемых каналов не превышает 10 % от общего числа излучателей ФАР. Каждый капал при этом представляет собой канал с неадаптинной ФАР, являющейся подрешеткой всей ФАР.

Необходимость адаптации РЛС предполагает обязательное ис­пользование ЭВМ, на которые возлагаются функции:

общего управления РЛС;

обработки первичной информации:

обработки вторичной информации;

управления лучом ФАР;

подготовки информации для выдачи на оконечные устройства;

функционального контроля РЛС;

имитации целей и помех для обучения и тренировки операто­ров.

Для решения этих задач системы управления и обработки сиг­налов в РЛС с кондуктпнными ФАР имеют, как правило, три про­цессора:

ЭВМ обработки перничной информации;

309

центральную ЭВМ, осуществляющую обработку вторичной ин­формации и общее управление РЛС;

ЭВМ для выработки команд управления лучом ФАР.

Алгоритмы управления и обработки сигналов в РЛС с ФАР зависят от структуры вычислительных средств. Обычно исполь­зуются либо последовательный, либо последовательно-параллель­ный способы обработки.

Рис. 15.13. Система обработки сигналов в РЛС с ФАР

При последовательней (конвейерной) обработке — в процессоре сигналов (рис. 15.13) производится первичная обработка. Данный этап обработки характеризуется наиболее жесткими требованиями к быстродействию. В общем случае первичная обработка сводится к специальному весовому суммированию выходных сигналов под-решеток ФАР и их доплеровской фильтрации. Весовые коэффи­циенты могут вычисляться либо градиентным методом (с помощью корреляционных обратных связей), либо прямым методом (па ос­нове обращения оценочной корреляционной матрицы помеховых сигналов па выходах подрешеток). Доплеровская фильтрация осу­ществляется на основе быстрого преобразования Фурье (см. гл. 16). Используя адекватность пространственно-временного пред­ставления сигналов, антенные лучи на прием также можно форми­ровать па основе быстрого преобразования Фурье.

ЭВМ обработки данных служит устройством сопряжения между процессором сигналов и системой управления лучом. Централь­ная ЭВМ предназначена для управления работой всей РЛС и об­работки данных, поступивших от устройства сопряжения. Она про­изводит:

фильтрацию Калмана (для сопровождения маневрирующих целей);

вычисление экстраполированного положения цели; выбор режима работы РЛС.

Отличительной 'особенностью последовательно-параллельной об­работки сигналов является то, что после первичной обработки дан­ные по каждой цели обрабатываются закрепленным за ней про­цессором. Параллельно работающие процессоры управляются от центральной ЭВМ. Запоминающее устройство каждого процессора

310

хранит входные данные, подлежащие сглаживанию; информацию об оценке местоположения пели и ее скорости.

Параллельная организация обработки радиолокационных сиг­налов позволяет существенно снизить требования к быстродейст­вию процессорен. Кроме того, повышается надежность системы, так как в случае отказа одного из процессоров он может быть заменен резервным.