- •Радиолокационные системы
- •Радиолокационные системы
- •Введение
- •1. Общая характеристика радиосистем.
- •1.1. Основные системные принципы
- •Виды радиосистем
- •1.2 Начало радиолокации
- •1.3 Радиолокация как средство наблюдения
- •Диапазоны волн, используемые в радиолокации
- •Радиолокационное наблюдение как средство решения навигационных задач
- •Оптическая локация. Активная оптическая локация
- •Акустическая локация. Общие сведения.
- •Особенности гидроакустических колебаний
- •Гидролокация. Пассивная гидролокация – шумопеленгование
- •Активная гидролокация.
- •2.Физические основы определения местоположения воздушных судов.
- •2.1. Особенности распространения радиоволн
- •Дальность действия радиолинии с активным ответом
- •2.2.Дальность действия связи
- •2.3 Дальность действия активной рлс
- •3. Методы определения местоположения воздушных объектов.
- •3.1. Методы дальнометрии
- •Частотный метод
- •Частотная радиолокация многих целей
- •Импульсный метод
- •3.2. Методы измерения угловых координат.
- •3.2.1 Одноканальное измерение угловой координаты
- •3.2.2. Методы радиопеленгации
- •3.2.3. Моноимпульсные методы измерения угловых координат
- •Обзорные фазовые пеленгаторы
- •3.3. Методы измерения высоты полета
- •Метод максимума
- •Метод наклонного луча
- •Метод парциальных диаграмм.
- •Частотное сканирование луча
- •3.4. Радиотехнические методы определения местоположения объектов
- •4. Радиолокационные системы
- •Задачи решаемые в радиолокационных системах
- •4.1.Обнаружение
- •4.1.1.Параметрические обнаружители. Обнаружение детерминированного сигнала на фоне белого шума
- •Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой
- •Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой.
- •Оптимальное обнаружение когерентной пачки радиоимпульсов
- •Оптимальное обнаружение некогерентной пачки радиоимпульсов
- •4.1.2.Непараметрические обнаружители
- •Знаковые непараметрические обнаружители
- •Ранговые непараметрические обнаружители. Одноканальные ранговые обнаружители
- •Многоканальный ранговый обнаружитель
- •Стабилизация уровня ложных тревог
- •4.1.4.Принципы автоматического обнаружения воздушных объектов
- •4.2. Измерение координат и параметров движения
- •4.2.1.Измерение дальности
- •4.2.2.Измерение азимута
- •Разрешение сигналов
- •Разрешающая способность по дальности
- •Разрешающая способность по азимуту
- •Разрешающая способность по углу места
- •Разрешающая способность по высоте
- •Разрешающий объем рлс
- •Распознавание воздушных объектов
- •Распознавание по широкополосным сигналам
- •Распознавание по многочастотным сигналам
- •Распознавание по узкополосным сигналам
- •4.5. Помехозащищенность.
- •4.5.1. Защита от пассивных помех, отражений от «местных предметов» и метеообразований.
- •4.5.1.1. Физические основы, лежащие в основе компенсации сигналов, отраженных от пассивных помех и «местных предметов»
- •4.5.1.2.Статистические характеристики пассивных помех
- •4.5.1.3. Когерентность сигналов
- •Радиолокаторы с эквивалентной внутренней когерентностью
- •Радиолокаторы с внешней когерентностью
- •Радиолокаторы с истинной внутренней когерентностью
- •4.5.1.4.Селекция сигналов движущихся целей
- •Гребенчатые фильтры накопления
- •Гребенчатые фильтры подавления
- •Принцип когерентной оптимальной обработки на видеочастоте
- •4.5.1.5.Особенности систем сдц
- •Подавитель на промежуточной частоте
- •Череспериодное вычитание
- •4.5.1.6. Формирование карты местных предметов
- •4.5.1.7 Применение систем сдц для компенсации сигналов дискретных пассивных помех
- •4.5.1.8. Компенсация сигналов дискретных пассивных помех при корреляционном анализе
- •4.5.1.9. Цифровая система селекции движущихся целей
- •4.5.1.10. Дискретно-аналоговые системы сдц
- •Устранение слепых скоростей в компенсаторе на ппз
- •4.5.1.11. Многоканальная доплеровская фильтрация
- •4.5.1.12. Некоторые методы скоростной селекции
- •4.5.1.13 Основные характеристики систем сдц Коэффициент подавления пассивной помехи
- •Коэффициент подпомеховой видимости (коэффициент улучшения)
- •4.5.2. Понятие о динамическом диапазоне сигналов и помех и необходимости их нормирования
- •4.5.2.1 Нормирование уровня длинных импульсных помех с помощью схемы шоу
- •4.5.2.2. Нормирование уровня длинных импульсных помех с помощью схемы рос
- •4.5.2.3. Нормирование уровня коротких и длинных помех с помощью схемы шоу-рос
- •4.5.2.4. Нормирование уровня импульсных помех при обработке сложных сигналов
- •4.5.2.5.Обработка сигналов в условиях воздействия несинхронных импульсных помех
- •4.5.3.Активные маскирующие помехи и принципы защиты от них
- •4.6. Виды радиосигналов принимаемых в рлс
- •4.6.1. Характеристики сигналов рлс
- •4.6.2.Функция неопределенности прямоугольного радиоимпульса
- •4.6.3. Широкополосные сигналы
- •4.6.4. Функция неопределенности фазокодоманипулированного сигнала
- •4.6.5.Функция неопределенности сигнала с линейной частотой модуляции
- •4.6.6.Обработка фкм – сигнала
- •4.6.7.Пачка когерентных радиоимпульсов
- •4.6.8. Пачка радиоимпульсов со случайными начальными фазами
- •4.7. Активные системы радиолокации
- •4.7.1. Активные системы с пассивным ответом (первичные рлс)
- •4.7.2. Структура первичной рлс
- •Первичные средства радиолокации
- •4.7.3. Активные системы с активным ответом (вторичные рлс)
- •Структура и принцип работы систем вторичной радиолокации
- •Системы подавления сигналов боковых лепестков диаграмм направленности антенн
- •Кодирование запросных и ответных сигналов. Методы кодирования запросных и ответных сигналов
- •Структура запросных сигналов
- •Структура ответных сигналов. Ответный сигнал режима увд
- •Ответный сигнал режима rbs
- •4.7.4. Дискретно–адресная система вторичной радиолокации
- •4.7.5. Система радиолокационного опознавания
- •Классификация систем радиолокационного опознавания
- •Методы кодирования и декодирования сигналов
- •Защита от влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Принцип защиты ответчиков от запросных сигналов, излучаемых запросчиками в боковых направлениях
- •5. Пассивная радиолокация
- •6. Радиолокационные системы с синтезированной апертурой
- •7. Предупреждение столкновений воздушных судов
- •8.Автоматическое зависимое наблюдение
- •9.Загоризонтная радиолокация.
- •9.1.Историческая справка
- •9.2.Особенности загоризонтных радиолокаторов
- •9.3.Уравнение радиолокации
- •9.4.Потенциал радиолокационной станции
- •9.5.Методы защиты рлс от радиопомех
- •Адаптация к помеховым условиям путем выбора канала с минимальным уровнем активных помех
- •Адаптивная пространственная фильтрация активных помех
- •9.6.Принципы построения загоризонтных рлс
- •10. Пространственно-временная обработка
- •Пространственно-временная обработка
- •Объединение во времени результатов первичной обработки
- •Статистическая модель движения объекта.
- •Алгоритм вторичной обработки радиолокационной информации
- •Пространственно-некогерентное объединение обнаруженных отметок и единичных замеров при централизованной обработке.
- •Пространственно-временная обработка в бортовых рлс
- •11. Особенности эксплуатации радиолокационной системы
- •11.1. Исторические аспекты теории надежности.
- •11.2.Система качества
- •11.3. Эксплуатация и ремонт технических систем
- •Надежность технических систем при эксплуатации.
- •Эксплуатационные методы обеспечения надежности.
- •Система технического обслуживания и ремонта.
- •Методика обнаружения неисправностей
- •Метод последовательных приближений
- •Способ контрольных переключений и регулировок
- •Способ промежуточных измерений
- •Способ замены
- •Способ внешнего осмотра
- •Порядок испытаний при обнаружении неисправностей, возникающих после включения системы.
- •Литература
- •Список сокращений
1.3 Радиолокация как средство наблюдения
Радиолокация — это область радиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, т.е. их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения (слово локация происходит от латинского locatio — размещение, расположение).
Информация, получаемая в процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной. Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями или просто целями. При использовании отраженных радиоволн радиолокационными целями являются любые неоднородности электрических параметров среды (диэлектрической и магнитной проницаемостей, проводимости), в которой распространяется первичная радиоволна. Сюда относятся летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды и др.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т.д.), речные и морские суда, наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.).
Источником радиолокационной информации является радиолокационный сигнал. В зависимости от способов его получения различают следующие виды радиолокационного наблюдения.
1. Радиолокация с пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые РЛС колебания – зондирующий сигнал – отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в виде отраженного сигнала (рис. 1.6, а). Такой вид наблюдения иногда называется также активной радиолокацией с пассивным ответом. Он является наиболее распространенным. Важным требованием к целям в этом случае является отличие их отражающих свойств от отражающих свойств окружающей среды (радиолокационный контраст).
2. Радиолокация с активным ответом, именуемая активной радиолокацией с активным ответом, просто активной радиолокацией или вторичной радиолокацией, характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора (рис. 1.6, б). При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения, что позволяет использовать данный вид радиолокации для наблюдения радиолокационных целей на больших расстояниях, а также искусственных спутников Земли (ИСЗ). Он также широко применяется для определения государственной принадлежности самолетов (с помощью специальных кодов).
3. Пассивная радиолокация (пассивное радионаблюдение) основана на приеме собственного радиоизлучения целей, преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов (рис. 1.6, в). Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерения дальности и скорости, то в данном случае (по крайней мере, в пределах структурной схемы рис. 1.6, в) такая возможность отсутствует. Пассивная радиолокация является мощным средством радиоастрономии. Она используется для разведки местности, наблюдения за грозами (в длинноволновом диапазоне) и т. д.
Систему РЛС — цель можно рассматривать как радиолокационный канал наподобие радиоканалов связи или телеметрии. Основными составными частями РЛС являются передатчик, приемник, антенное устройство, оконечное устройство.
У большинства РЛС передающая и приемная антенны расположены в непосредственной близости друг от друга, а РЛС с импульсной модуляцией обычно имеет одну антенну, снабженную специальным антенным переключателем для перехода из режима передачи в режим приема и обратно.
Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Наибольшее применение находит зондирующий сигнал в виде последовательности равноотстоящих по времени коротких радиоимпульсов. Наряду с простыми («гладкими») радиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция и фазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала является непрерывный. Здесь наряду с незатухающими гармоническими колебаниями могут использоваться частотно-модулированные и др.
Излучаемые колебания нельзя считать радиолокационным сигналом, так как они никакой информации о цели не несут. После того как электромагнитная волна, падающая на цель (первичная волна), вызывает в ее теле вынужденные колебания электрических зарядов, цель подобно обычной антенне создает свое электромагнитное поле. Это поле в дальней зоне представляет собою вторичную, т.е. отраженную электромагнитную волну, создающую в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Так, амплитуда сигнала в определенной степени характеризует размеры и отражающие свойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигнала используется для измерения дальности, а частота колебаний благодаря эффекту Доплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационные параметры отраженной волны также могут быть использованы для оценки свойств цели (ее формы, соотношения между размерами). Наконец, направление прихода отраженной волны содержит информацию об угловых координатах цели.
Приемник РЛС необходим для оптимального выделения полезного сигнала из помех (так называемая первичная обработка сигнала). Оконечное (выходное) устройство служит для представления радиолокационной информации в нужной потребителю форме. Если потребителем является человек-оператор, то используется визуальная индикация. Для потребителя в виде вычислительного устройства непрерывного действия оконечным является устройство автоматического сопровождения цели по измеряемому параметру (дальность, угловые координаты, скорость), и полезная информация выдается в виде напряжений или токов, функционально связанных с этими параметрами. Если же оконечным устройством является вычислительное устройство дискретного действия (цифровая вычислительная машина – ЦВМ), то используется радиолокационная информация, преобразованная в двоичный код. При этом в ЦВМ происходит дальнейшая, так называемая вторичная обработка сигнала (эквивалентная действиям человека-оператора).
Важной составной частью радиолокационного канала, как и любого радиоканала, являются помехи. Внутренние шумы вызывают подавление полезного сигнала, а также появление ложного сигнала и вносят ошибки в измеряемые координаты. Наряду с этим флуктуации скорости распространения радиоволн в атмосфере, а также случайное изменение их траектории вследствие рефракции следует рассматривать как помехи. Такое же действие оказывают пассивные помехи – источники ложных отражений (например, отражения от земной поверхности при наблюдении целей). Другим источником помех являются флуктуации центра массы движущейся цели относительно траектории движения. Это приводит к флуктуациям, в частности к случайным пропаданиям отраженных сигналов, которые также можно рассматривать как помехи. Источники мешающих радиоизлучений образуют активные помехи.
В условиях большой насыщенности радиосредствами заметное влияние могут оказывать активные взаимные помехи. Меры, направленные на их подавление, обеспечивают электромагнитную совместимость.