- •Учебник по дисциплине «Военно-техническая подготовка»
- •Раздел I: «основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск»
- •Введение
- •Тема 1. Радиолокационная система ртв
- •1.1. Радиолокационная система ртв. Принципы построения
- •1.2. Внешняя среда радиолокационной системы
- •1.2.1. Радиолокационные цели
- •1.2.2. Мешающие отражения
- •1.2.3. Внешние излучения
- •1.2.4. Среда распространения радиоволн
- •1.3. Классификация рлс ртв
- •1.4. Основные тактико-технические характеристики рлс ртв
- •1.5. Обобщенная структурная схема рлс
- •1.6. Общие сведения о сазо
- •1.7. Кодирование и декодирование сигналов в системах опознавания
- •1.8. Общие сведения о системах пассивной локации
- •1.9. Радиолокационное распознавание целей. Общие сведения
- •1.9.1. Методы радиолокационного распознавания
- •1.9.2. Показатели качества распознавания
- •1.9.3. Способы распознавания классов воздушных объектов по сигнальным признакам
- •Тема 2. Способы обзора пространства и измерения координат целей срл ртв
- •2.1. Зона обнаружения целей снк
- •2.2. Способы обзора зоны обнаружения и их влияние на боевые возможности рлс
- •2.3. Способы формирования зоны обнаружения
- •2.3.1. Зона обнаружения целей дальномерами
- •2.3.2. Зона обнаружения целей радиовысотомерами
- •2.3.3. Зоны обнаружения целей трехкоординатными рлс
- •2.4. Зона обнаружения целей в рлс метрового диапазона волн
- •2.5. Способы измерения координат целей
- •2.5.1. Измерение наклонной дальности до цели
- •Тема 3. Передающие устройства рлс ртв
- •3.1. Технические характеристики и способы построения передающих устройств рлс ртв
- •3.2. Зондирующие сигналы и влияние их параметров на характеристики рлс
- •3.2.1. Зависимость дальности обнаружения целей от параметров зондирующих сигналов
- •3.2.2. Влияние параметров зондирующих сигналов на точность измерения координат целей
- •3.2.2.1. Ошибки измерения дальности
- •3.2.2.2. Ошибки измерения угловых координат
- •3.2.3. Зависимость разрешающей способности рлс от параметров зондирующих сигналов
- •3.2.4. Влияние параметров зондирующих сигналов на защищенность рлс от активных помех
- •3.2.5. Влияние параметров зондирующих сигналов на защищенность рлс от пассивных помех
- •3.3. Однокаскадное радиопередающее устройство рлс
- •3.3.1. Импульсные модуляторы однокаскадных радиопередающих устройств
- •3.3.1.1. Импульсный модулятор с полным разрядом накопителя
- •3.3.1.2. Импульсный модулятор с частичным разрядом накопителя
- •3.3.2. Генераторные приборы однокаскадных радиопередающих устройств
- •3.4. Многокаскадные радиопередающие устройства рлс
- •3.4.1. Многокаскадное радиопередающее устройство с «простым» зондирующим сигналом
- •3.4.2. Многокаскадное радиопередающее устройство с фкм - зондирующим сигналом
- •3.4.3. Многокаскадное радиопередающее устройство с лчм - зондирующим сигналом
- •Тема 4. Радиоприемные устройства рлс ртв
- •4.1. Структурная схема тракта приема и выделения сигналов из помех
- •4.2. Технические характеристики радиоприемных устройств и их влияние на боевые возможности рлс
- •4.3. Способы увеличения динамического диапазона радиоприемных устройств
- •4.4. Радиоприемные устройства для обработки узкополосных эхо-сигналов
- •4.5. Радиоприемные устройства для выделения широкополосных сигналов
- •4.5.1. Прием и преобразование линейно-частотно модулированных сигналов
- •4.5.1. Прием и преобразование фкм сигналов
- •4.6. Устройства накопления эхо-сигналов
- •4.6.1. Назначение и классификация устройств накопления радиолокационных эхо-сигналов
- •4.6.2.Некогерентные накопители эхо-сигналов
- •4.6.3. Когерентные накопители эхо-сигналов
- •4.6.4. Рециркуляторы. Принципы построения
- •4.6.5. Цифровые устройства накопления радиолокационных эхо-сигналов
- •Содержание
- •Тема 1. Радиолокационная система ртв 8
- •Тема 2. Способы обзора пространства и измерения координат целей срл ртв 100
- •Тема 3. Передающие устройства рлс ртв 156
- •Тема 4. Радиоприемные устройства рлс ртв 247
- •Список сокращений
- •Библиографический список
3.2.2.2. Ошибки измерения угловых координат
Потенциальная ошибка измерения угловой координаты определяется формой и шириной диаграммы направленности антенны в соответствующей плоскости, отношением сигнал/шум на входе измерительного устройства и способом измерения координат. В общем случае
,
где - ширина ДН антенны в соответствующей плоскости;
- коэффициент пропорциональности, зависящий от формы ДН и способа измерения угловой координаты .
Числовое значение коэффициента составляет: - при измерении углового положения цел методом линейного сканирования луча ДН (используется при измерении азимута цели в обзорных РЛС и угла места в радиовысотомерах); - при измерении методом парциальных диаграмм (в трехкоординатных РЛС).
В РЛС метрового диапазона на границе зоны обнаружения потенциальная ошибка измерения азимута из-за широкой ДН в азимутальной плоскости может быть значительной. Так при на границе зоны обнаружения .
Для повышения точности измерения угловой координаты (уменьшения ) необходимо также, как и в случае измерения дальности, увеличивать отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра, и, кроме того, сужать диаграмму направленности. При фиксированных размерах антенны это достигается уменьшением длинны волны.
Остальные составляющие ошибки измерения угловой координаты цели (см. выражение (3.8)) прямо от параметров зондирующего сигнала не зависят.
3.2.3. Зависимость разрешающей способности рлс от параметров зондирующих сигналов
Разрешающая способность РЛС по координатам определяет полноту сведений о воздушной обстановке при наличии большого числа целей (точечных и распределенных) в зоне обзора РЛС и влияет на возможности РЛС по вскрытию группового состава целей, а так же на помехозащищенность РЛС от пассивных помех.
Под разрешающей способностью РЛС по какой либо координате понимают такое минимальное различие в данной координате у двух целей при совпадении у них других координат, при котором цели наблюдаются раздельно.
Данное определение в общем случае не является строгим, поскольку не оговариваются показатели качества разрешения. В реальных условиях, когда процессы радиолокационного обнаружения и разрешения сопровождаются мешающим шумом, необходимо говорить о статическом разрешении, т.е. о разрешении целей с заданной вероятностью или допустимым снижением качества обнаружения.
Различают потенциальную и реальную разрешающие способности.
Потенциальная разрешающая способность характеризует предельно достижимое разрешение и определяется соотношением сигнал/шум и протяженностью сечения тела неопределенности (двумерной автокорреляционной функции) зондирующего сигнала РЛС по параметру разрешения. Чем больше отношение сигнал/шум и меньше протяженность тела неопределенности по соответствующему параметру, тем при всех прочих равных условиях выше потенциальная разрешающая способность РЛС.
Реальная разрешающая способность всегда хуже потенциальной. К факторам, ухудшающим разрешающую способность, относятся:
неоптимальность структуры радиолокационных приемников с точки зрения решения задачи разрешения сигналов;
ограничение сигналов из-за недостаточного динамического диапазона приемного тракта;
ограниченная разрешающая способность устройств измерения координат.
Рассмотрим далее зависимость потенциальной разрешающей способности РЛС от параметров зондирующих сигналов с помощью анализа соответствующих двумерных автокорреляционных функций.
Известные схемы оптимальной (согласованной) обработки радиолокационных сигналов базируются на операции вычисления корреляционного интеграла (модульного значения)
(3.9)
здесь - комплексная амплитуда зондирующего сигнала;
- комплексная амплитуда ожидаемого сигнала с учетом запаздывания и доплеровской добавки частоты , знак минус в показателе степени экспоненты учитывает, что при радиальной скорости (удаляющаяся цель) частота отраженного сигнала менее частоты зондирующего.
Величина принимаемого сигнала является, в общем случае, суммой комплексных амплитуд сигнала и помехи:
, (3.10)
где и - истинные значения запаздывания и доплеровской частоты полезного сигнала. С учетом (3.10) модуль (3.9) сводится к модулю суммы двух комплексных величин
(3.11)
Первая величина при неслучайной амплитуде сигнала является неслучайной и выражается зависящим от сигнала интегралом:
(3.12)
Вторая является случайной величиной, тем меньшей, чем слабее помеха, и выражается интегралом:
(3.13)
Сигнальный интеграл (3.12) и его модульное значение представляют собой функции разностей ожидаемого и истинного времени запаздывания, ожидаемой и истинной доплеровских частот.
(3.14)
где , .
Вычислим функцию . Для этого произведем замену переменной в интеграле (3.12) и множитель вынесем за знак интеграла. Заменяя модуль произведения произведением модулей, где
,
получим
(3.15)
Функция называется двумерной автокорреляционной функцией сигнала. Она зависит от своих разностных аргументов , и не зависит от значений и . Кроме того, функция зависит от вида комплексной огибающей когерентного сигнала .
Как и диаграммы направленности антенн, автокорреляционные функции сигналов могут быть нормированы. Поскольку
,
где - энергия сигнала, то
(3.16)
Функцию называют нормированной двумерной автокорреляционной функцией сигнала.
Изображение двумерной автокорреляционной функцией сигнала для колокольного радиоимпульса с постоянной мгновенной частотой представлена на рис.3.24.
Рис.3.24. Изображение двумерной автокорреляционной функции сигнала
Рассмотрим свойства автокорреляционной функции сигнала:
свойство центральной симметрии ;
значение находится в пределах, ;
каждое сечение плоскостью с фиксированными значениями и можно рассматривать как выход корреляционной схемы оптимальной обработки или оптимального фильтра, когда на них поступает сигнал без помехи, параметры которого (время запаздывания и частота) отличаются от ожидаемых на и соответственно.
По аналогии с (3.16) можно записать
(3.17)
где - комплексный амплитудно-частотный спектр сигнала.
Сечение вертикальной плоскостью, следует из (2.17), описывается выражением
(3.18)
и является преобразованием Фурье от квадрата амплитудно-частотного спектра сигнала. При ограниченной ширине спектра сигнала это сечение имеет вид импульса длительностью (рис.3.25.), которую в литературе называют мерой разрешающей способности по времени запаздывания (по дальности).
Рис.3.25. Сечение нормированной двумерной АКФ плоскостью
Рассмотрим задачу разрешения сигналов по времени (по дальности), анализируя сигналы на выходе оптимального фильтра.
Пусть отраженный от сосредоточенных вторичных излучателей прямоугольные импульсы без внутриимпульсной модуляции обрабатываются оптимально и сдвинуты во времени на
,
где - расстояние между вторичными излучателями. На рис.3.26. показаны огибающие выходных импульсов оптимального фильтра.
Величина минимального интервала определяется возможностью раздельного наблюдения смежных импульсов. В рассматриваемом случае в качестве условной меня разрешающей способности по времени можно принять значение , при котором максимуму огибающей сигнала, отраженного от одной цели соответствует нулевое значение огибающей импульса от другой. Соответственно мерой разрешающей способности по дальности называют .
Рис.3.26. Огибающие отраженных радиоимпульсов от двух близких по дальности целей
Таким образом, потенциальная разрешающая способность РЛС по дальности определяется как
(3.19)
и зависит от ширины спектра сигнала.
Потенциальная разрешающая способность по угловым координатам определяется шириной диаграммы направленности антенны в соответствующей плоскости по уровню половинной мощности .
Для увеличения потенциальной разрешающей способности необходимо, как и при измерении угловых координат, увеличивать отношение сигнал/шум на входе измерительного устройства (повышать энергию зондирующего сигнала и, следовательно, отраженного сигнала), а так же уменьшать угловые размеры диаграммы направленности антенны. Последнее, при неизменных размерах антенны, достигается уменьшением длинны волны (повышением несущей частоты) зондирующего сигнала.
Обобщенной мерой разрешающей способности импульсной РЛС по дальности и угловым координатам является импульсный объем, в пределах которого цели не разрешаются.
Обычно считают, что импульсный объем ограничен шириной луча ДНА по половинной мощности и длинной (рис.3.27.), где - длительность импульса на выходе схемы оптимальной обработки.
Рис.3.27. Импульсный объем РЛС
Чем шире спектр зондирующего импульса (меньше ) и уже луч ДНА (меньше ), тем меньше импульсный объем и выше разрешающая способность РЛС.
Разрешение целей по скорости возможно при использовании когерентной пачки отраженных сигналов, так как она имеет дискретный спектр (подробней эта задача будет рассмотрена ниже). Разрешающая способность по скорости – это разрешающая способность по частоте, где - число импульсов в пачке, - период следования импульсов.
Разрешающая способность по скорости (по частоте) тем выше, чем больше длительность пачки импульсов .