Методы измерения дальности в РЛС ЗРК

Содержание

1

Дальность,как параметрдвижения цели

Взадачах ПВОпосле обнаруженияи опознаванияцели стоитзадача об определениипараметровцели. В зависимостиот ее решениязенитной управляемойракете будетвыдано соответствующееполетное заданиеи его корректировкаво время следованияракеты к цели.Существуютнесколькопринятых врадиолокациисистем координат.В зависимостиот выбора системыкоординат,будут ставитьсязадачи об определениитех или иныхпараметровцели. Например,в земной сферическойсистеме координатпараметрамидвижения являютсяазимут, уголместа, и дальностьцели. Здесьдальность цели– это расстояниеот РЛС до самойцели. В даннойработе коснемсявопроса обизмерениидальности.Рассмотрим,какие же насегодня используютсяметоды для ееопределенияв РЛС, а так жесущность этихметодов.

Методыизмерениядальности

Импульсныйметод

И
мпульсныйметод измерениядальностиосновываетсяна определениивремени запаздыванияхарактерногоизмененияамплитудыпринимаемогорадиолокационногосигнала. АнтеннаРЛС посылаетмощный радиоимпульс,который отражаетсяот цели и ей жеи принимается.Т.к. скоростьраспространенияСВЧ сигнала,в виде которогораспространяетсярадиоимпульс,много большескорости цели,то в хорошемприближениицель можносчитать неподвижной.Тогда время,за котороерадиосигналдостигнет цели– равняетсявремени, закоторое отраженныйсигнал достигнетантенны РЛС– .Т.е.

Т.о.сигнал испущенныйантенной РЛСвернется нанее в отраженномвиде черезвремя .СВЧ сигналыраспространяютсяс постояннойскоростью,поэтому .Мы учли, чтоскоростьраспространенияСВЧ сигналав воздухе примерноравна его скоростираспространенияв вакууме - .Учтем предыдущеевыражение, изапишем равенство,определяющеедальность в зависимостиот временизапаздывания:

(1.1)

Длятого, чтобыпостоянноопределятьдальность, РЛСдолжна испускатьпериодическуюпоследовательностьимпульсов, –работать вимпульсномрежиме. Проанализированныхданных достаточно,чтобы построитьобщую структурнуюсхему.

Системасинхронизацииопределяетимпульснуюработу РЛС. Онаформируетвидеоимпульсычерез постоянныепромежуткивремени Т_и.Т_иназывают периодомповторенияимпульса. Т.о.система синхронизацииопределяетпериод работы– один циклопределениядальности.

Передатчиквключаетсяполучив очереднойимпульс отсистемы синхронизациии на промежуткевремени формируетсигнал требуемоймощности, амплитудыи частоты. называютдлительностьюимпульса.

Напротяжениивремени длительностиимпульса антенныйпереключательнаправляетизлучаемыйсигнал на антенну.Затем переключаетсяна приемник.Т.о. образом доконца периодасистема “ждет”отраженногосигнала. Заметим,что на переключениеантенна затрачиваетопределенноевремя .

Приемниквыделяет огибающуюпринятогосигнала и передаетна оконечноеустройство.

Оконечноеустройствообычно выполняетсяв виде ЭЛТ, наэкране которойрасстояниемежду двумясоседнимиразновысокимипиками соответствуетрасстояниюдо цели. В случаевыполненияоконечногоустройствана ЭЛТ, системасинхронизацииуправляетработой генераторапилообразногонапряжения,который выходитна горизонтальноотклоняющуюпластину. В товремя как сигналс приемникаподается навертикальноотклоняющую.

Схематическиеграфики зависимостейна разных структурныхэлементах будутвыглядетьследующимобразом:

Системасинхронизации.

П

ередатчик

П
риемник

Изравенства (1.1)следует, чтоt_DD.Т.о. выведя последнийграфик на системуиндикации(оконечноеустройство),и соответствующимоб разом проградуировавшкалу, будемиметь непосредственнозначение дальностидо цели.

Достоинстваимпульсногометода измерениядальности:

• возможностьпостроенияРЛС с однойантенной;

• простотаиндикаторногоустройства;

• удобство измерениядальностинесколькихцелей;

• простотаизлучаемыхимпульсов,длящихся оченьмалое время,и принимаемыхсигналов;

Недостатки:

• Необходимостьиспользованиябольших импульсныхмощностейпередатчика;

• невозможностьизмерениямалых дальностей

• большая мертваязона

Характеристиканедостатковсодержитсяв основныхпоказателяхимпульсногометода измерениядальности:

Минимальнаядальностьдействия (мертваязона) импульснойРЛС:

(1.2),

где-время, затрачиваемоена переключениеантенны.

Действительно,пока антеннаизлучает, системане может приниматьсигнал.

Пределоднозначногоотсчета дальности:

(1.3)

Действительно,система “ждет”отраженногосигнала толькодо наступлениямомента излучениянового сигнала.

Потенциальнаяразрешающаяспособностьпо дальности:

(1.4)

Действительно,чтобы был скачокнапряжения,соответствующийсигналу, отраженномуот цели, сначаладолжен бытьспад напряжения.Т.е. две целиможно различитьлишь в случае,когда расстояниемежду ними .

Параметрыизлученияподбираютсяпо полученнымформулам такимспособом, чтобывышеописанныепоказателибыли приемлемыми.

Частотныйметод

Частотныйметод измерениядальностиоснован наиспользованиичастотноймодуляцииизлучаемыхнепрерывныхсигналов.

Вданном методеза период излучаетсячастота, меняющаясяпо линейномузакону от до .Т.е. за один периодзависимостьчастоты излучаемогосигнала отвремени:

(2.1)

Вто время какотраженныйсигнал придетпромодулированнымлинейно в моментвремени предшествующийнастоящемуна время задержки.Т.о. частотаотраженногосигнала, принятогона РЛС, будетзависеть отвремени следующимобразом:

(2.2)

Вычитаяиз (2.1) (2.2), получимвыражение дляразностнойчастоты :

(2.3)

Выражаяотсюда ,и подставляяв (1.1), найдем зависимостьдальности отразностнойчастоты:



_о

Изграфиков виднокак определитьвремя запаздывания– по резкойперемене вчастоте разностногосигнала. Очевиднотакже, что вформулу (2.4) надоподставлятьзначение разностнойчастоты, полученноена промежуткевремени ( t_D ; T_и).

Структурнаясхема частотногодальномерабудет выглядетьследующимобразом:

Модуляторформируетмодуляциючастоты, вырабатываемойгенераторомСВЧ. После чегосигнал поступаетна передающуюантенну. Т.к.сигнал непрерывный,то требуетсяеще и отдельнаяпринимающаяантенна.

Наприемник поступаютпрямой и отраженныйсигналы, изкоторых насмесителевыделяетсяих разностнаячастота, значениекоторой послефильтровкипередаетсяна системуиндикации.

Достоинствачастотногометода измерениядальности:

• позволяетизмерять оченьмалые дальности;

• используетсямаломощныйпередатчик;

Недостатки:

• необходимоиспользованиедвух антенн;

• ухудшениечувствительностиприемникавследствиепросачиванияв приемныйтракт черезантенну излученияпередатчика,подверженногослучайнымизменениям;

• высокие требованияк линейностиизменениячастоты

Фазовыйметод

Фазовыйметод измерениядальностиоснован наизмеренииразности фазизлученныхи принятыхрадиосигналов.

С
труктурнаясхема простейшогофазового измерителядальностивыглядитследующимобразом:

ГенераторВЧ создаетколебания,которые черезпередающуюантенну излучаютсяво внешнеепространствос соответствующейфазой:

(3.1),

где- начальноезначение фазы.

Наприемную антеннупоступаетотраженныйсигнал со значениемфазы:

(3.2),

где- фазовый сдвигпри отражении,- фазовый сдвигв цепях РЛС, -эта величинапостоянна иее можно подсчитатьэкспериментально.

Принятыйсигнал усиливаетсяи его фаза вместес фазой первоначальногосигнала, детектируемойна фазовомдетекторе,поступает наизмерительвыходногонапряжения.

Т.е.на измерительвыходногонапряженияпридет сигналс разностнойфазой, полученнойпри вычитаниииз (3.1) (3.2):

(3.3)

Учтем,что .Тогда согласновыражению (1.1)(3.3) запишетсяв виде:

(3.4)

Большойнедостатокв том, что здесьнеизвестенфазовый сдвиготраженногосигнала, которыйможет менятьсякак угодно,причем существеннымспособом.

Поскольку,то из (3.4) следуетоднозначныйдиапазон измерениядальности:

(3.5)

Т.к.используютсяультракороткиеволны, то однозначныйдиапазон измерениядальностипорядка единицметра.

Поэтомуна практикеиспользуютболее сложныесхемы, в которыхприсутствуетдве и большечастот.

Приведемпример двухчастотногофазового дальномера.Его структурнуюсхему изобразимследующимобразом:

Здесьчастота определяетфазовые сдвиги,а играет рольпереносчикаинформации.

Намодулятореформируетсянапряжение:

(3.6)

котороеподается нагенератор ВЧ,т.о. что напряжениена выходе генератора:

(3.7),

где- коэффициентмодуляции.

Принятыесигналы послеусилениядетектируются,выделяетсяих огибающая,фаза которойсравниваетсяс фазой колебаниймодулятора.

(3.8)

(3.9)

откудаполучаем зависимостьдальности отразности фаз:

(3.10)

Теперьпри = 1000 с^-1,км.

Достоинствафазового методаизмерениядальности:

• маломощноеизлучение,т.к. генерируютсянезатухающиеколебания;

• точность независит отдоплеровскогосдвига частотыотражения;

• достаточнопростое устройство

Недостатки:

• отсутствиеразрешенияпо дальности

• ухудшениечувствительностиприемникавследствиепросачиванияв приемныйтракт черезантенну излученияпередатчика,подверженногослучайнымизменениям;

Заключение

Вданной работебыл приведенобзор основныхметодов измерениядальности вРЛС ЗРК. Описанаих сущность.Как видим, укаждого методаесть свои недостаткии свои преимущества.Для улучшенияпоказателей,характеризующихизмерениедальности,используютболее сложныесхемы, ЛЧМ сигналы.При наличиинесколькихстанций слеженияможно получитьзначение дальностирасчетнымпутем. В общем,можно сделатьзаключительныйвывод.

Выбортого или иногометода в основеопределениятакого параметрацели как дальность,зависит отвозможных задачРЛС. Поэтому,например, различаютРЛС ближнегои дальнегорадиуса действия.

9

Список использованнойлитературы

1. Г.Б. Белоцерковский«Основы радиолокациии радиолокационныеустройства».Москва «Сов.радио» – 1975

2. «Радиолокационныеустройства»под ред. В.В.Григорина-Рябова.Москва «Сов.радио» - 1970

3. Ю.А. Филькенштейн«Основы радиолокации»

4. «Теор.основы радиолокации»под ред. В.Е.Дулевича. Москва«Сов. радио»1978

10