Лекция №5

1. Радиолокационные методы – цели по отраженному сигналу, подобные радиолокационные наблюдения используются в радиометеорологии в исследовании облаков, осадков и т.д. По отраженным сигналам от цели (пассивный ответ) судят о физических свойствах исследуемых объектов. Определяются координаты объектов и наклонная дальность.

(рис.1)

2. Радиолокационные наблюдения с активным ответом – этот способ характеризуется тем, что ответный сигнал, принимаемые РЛС формируется в результате переизлучения с помощью передатчика – ответчика. При таком способе увеличивается дальность наблюдений по сравнению пассивным ответом. Используется при радио -, ракетном зондировании. Наземная РЛС посылает в направлении цели сигналы запроса в виде импульса, принимающегося приемо-передатчиком радиозонда и переизлучается в направлении РЛС. Далее, эти сигналы принимаются приемником РЛС и определяются α, β, D.

(рис.2)

3. Радиолокационные методы теплового и нетеплового излучения (пассивная).

(рис.3)

В основу положено использование сигналов радиоизлучения, посылаемых целью. Характер сигнала различный. Природа формирования сигналов связана с тепловыми свойствами объектов – тепловое радиоизлучение. Раздел, изучающий это – радиотеплолокация. Радиоизлучение может обнаруживаться от объектов, природа которых не связана с тепловыми характеристиками объектов – нетепловое излучение. Природа формирования – кристаллизационо-деформационными продуктами и микроразрядными явлениями и объектами. Диапазон: широкий, до 100 ГГц. Определяется напряжение излучения и регистрируется спектр сигналов. Наблюдения: с Земли, самолетов, искусственных спутников. Объекты наблюдений: облака, грозы, земная поверхность, покровы воды. Существенное влияние на выбор диапазона: точность измерения, габариты антенн, интенсивность радиоизлучения, условия распределения электромагнитных волн в атмосфере.

Методы определения угловых координат.

Обзор простраций.

В зависимости от характера движения объекта обзор пространства по α, β, D осуществляется поворотом остронаправленных антенн РЛС.

Управление движением диаграммы направленности осуществляется механическим или электрическим способом. Механический способ перемещения диаграммы направленности осуществляется при движении всей антенны, электрический – засчет изменения фазы электромагнитного поля в ее раскрылье.

У большинства метеолокаторов перемещение диаграммы направленности происходит механическим путем, когда антенна вместе с антенной колонкой поворачивается на определенный угол по азимуту.

Электрическое перемещение диаграммы направленности осуществляется с использованием антенн с фазированными решетками. Они используются в системах температурно-ветрового зондирования (малогабаритный метеолокатор МАРЛ-А, вектор H).

В зависимости от характера движения диаграммы направленности различают методы обзора пространства: круговой, винтовой, пилообразный, спиралеобразный. Рассмотрим каждый из методов подробнее.

- При круговом обзоре пространства все точки диаграммы направленности описывают окружность.

(рис.4)

Этот метод широко используется для обнаружения облаков и осадков. Одной из характеристик кругового обзора пространства является угловая скорость вращения диаграммы направленности.

- При винтовом обзоре пространства каждая точка диаграммы направленности описывает винтовую линию.

(рис.5)

Основными характеристиками винтового обзора пространства является угловая скорость вращения Ω, и скорость изменения вертикального угла dα/dt по времени (скорость перемещения по углу места).

В метеорологической радиолокации этот метод нашел широкое применение, т.к. за минимальное время можно осуществить обзор пространства всей небесной полусферы.

- При коническом обзоре пространства любая точка диаграммы направленности описывает в пространстве окружность, а ось диаграммы направленности образует коническую поверхность с постоянным углом при вершине.

(рис.6)

1, 2, 3, 4 – положения электрической оси диаграммы направленности, φ – угол между электрической и геометрической осями антенны.

Этот метод нашел широкое применение в РЛС температурно-ветрового зондирования, где осуществляется автоматическое сопровождение объекта по угловым координатам РЛС МЕТЕОРИТ, АВК-1.

Измерение угловых координат объекта.

Методика измерения координат объекта основана на анализе амплитуд или фаз принимаемых сигналов, поэтому различают амплитудный и фазовый методы измерений координат.

1) Амплитудный метод определения координат.

В основу метода положено использование направленных свойств антенн, которые характеризуются значениями диаграммы направленности. Точность измерения угловых координат зависит от ширины диаграммы направленности и ее крутизны в точке направления на цель. Амплитудный метод делится на: метод максимума, и методы последовательного и параллельного сравнения.

а) определение угловых координат методом максимума: антенна поворачивается по угловым координатам α и β до появления максимального принимаемого сигнала при точном наведении на объект. В тот момент, когда поступающий сигнал от цели достигнет максимума, производится измерение угловых координат.

(рис.7, 8)

– определяет поле чувствительности по мощности, чувствительность по направлению - .

Если цель находится в переделах , то очень трудно обнаружить изменение амплитуды принимаемых сигналов от цели, поэтому точность измерения угловых координат методом максимума будет определяться углом . В импульсных РЛС амплитуда обратных сигналов от цели изменяется в соответствии с формой диаграммы направленности. Положение максимума огибающих импульсов будет соответствовать измеренным значениям угловых координат.

Преимущества: значительное превышение амплитуды принимаемого сигнала над уровнем собственных шумов приемника обеспечивает большую помехозащищенность.

Недостаток: заключается в том, что область максимума диаграммы направленности имеет малую крутизну, вследствие чего, снижается точность определения координат.

б) Определение координат методом последовательного сравнения – основан на сравнении амплитуд сигналов, принятых последовательно во времени на одну или несколько антенн со смещенной диаграммой направленности. При реализации этого метода используют одну антенну с диаграммой направленности в виде лепестка, которая поочередно занимает положение I – II относительно геометрической оси антенны.

(рис.9)

OO` - геометрическая ось антенны.

Если объект находится в секторе 2φ, то, сравнивая величины сигналов последовательно принятых антенной, можно определить отклонение объекта от направления OO`. Поворачивая антенну, можно найти такое положение, когда величины сигналов, принятых при крайних положениях антенны будут одинаковыми.

Пространственное направление, соответствующее равенству амплитуд, будет определять направление на объект.

(рис.10)

Это направление называют равносигнальным направлением (РСН) или равносигнальной зоной (РСЗ), поэтому метод сравнения называют равносигнальным методом.

Принцип измерения угловых координат методом радиосигнальной зоны используется РЛС МЕТЕОРИТ, АВК-1.

Угловые координаты определяются тем точнее, чем уже равносигнальная зона. А она будет уже, чем острее диаграмма направленности.

Преимущества:

- обеспечивается более высокая точность угловых координат, чем методом максимума, связано это с тем, что используется участок диаграммы направленности с большей кривизной;

- возможность автоматизации в процессе сопровождения.