Радиолокационный обзор

Рисунок 1. Простейший амплитудный моноимпульсный пеленгатор

Основное достоинство многоимпульсных пеленгаторов состоит в том, что направление пеленга (равносигнальное направление антенной системы) не изменяется при флуктациях амплитуды принимаемых сигналов. Но приведенному простейшему варианту многоимпульсного пеленгатора свойственны серьезные недостатки: равносигнальное направление изменяется при флуктуации параметров усилительных трактов, а пеленгационная чувствительность зависит от абсолютного значения амплитуды принимаемых сигналов: чем меньше амплитуда, тем меньше чувствительность.

Второй из отмеченных недостатков устранен в суммарно – разностных многоимпульсных пеленгаторах, где образуется не только разность сигналов, но и их сумма. Напряжение суммарного сигнала используется для автоматической регулировки усиления (АРУ) приемников. Такого же эффекта можно добиться применением в моноимпульсном пеленгаторе приемников с логарифмическими амплитудными характеристиками и выходной схемы вычитания. При этом   

U_вых = lgU₁ – lgU₂ = lg(U₁ / U₂)

и пеленгатор также оказывается нечувствителен к флуктациям амплитуд входных сигналов.

       16. В основе фазовых методов измерения угловых координат лежит сравнение фаз сигналов, образующихся на выходе приемных антенн. Схема простейшего моноимпульсного фазового пеленгатора изображена на рисунке 2. для пеленгации в одной плоскости используются две антенны А₁ и А₂. Принятые сигналы

u₁(t) = kF₁(g)coswt,

u₂(t) = kF₂(g)cos(wt - DY),

       где DY = 2p(а / g) sin j - фазовый сдвиг принятых колебаний из - за различия путей распространения волн от цели до антенн, поступают к усилителям высокой частоты (УВЧ), которые осуществляют нормировку амплитуды колебаний, путем амплитудного ограничения. В одном из каналов имеется фазовращатель, изменяющий фазу колебаний на 90⁰. Усиленные высокочастотные сигналы поступают к усилителям высокой частоты (УВЧ), которые осуществляют нормировку амплитуды колебаний, например, путем амплитудного ограничения. В одном из каналов имеется фазовращатель, изменяющий фазу колебаний на 90⁰. Усиленные высокочастотные сигналы поступают к фазовому детектору,

 

 

Рисунок 2. Схема простейшего фазового пеленгатора

выходное напряжение которого является функцией угла прихода волны. Если расстояние между антеннами направленного действия равно а, длина волны принимаемых колебаний g, угол прихода волны j, то с учетом действия фазовращателя пеленг цели определяется следующим соотношением:

j = arcsin (gDY / 2 pа).

       Выходное напряжение фазового детектора составляет

U_вых(j) = k sin[(2pa / l)sinj].

для малых значений j

U_вых(j) = ksin(2paj / l).

       Определение пеленга цели можно осуществлять двумя путями: либо отсчитывать угол по показаниям измерителя напряжения, либо поворачивать антенную систему до тех пор пока выходное напряжение не окажется равным нулю угла j, и отсчитывать пеленг по положению антенны. При изменениях j в широких пределах пеленгационная характеристика неоднозначна. Устранение неоднозначности пеленга может быть достигнуто применением антенн направленного действия. Ширина диаграммы направленности каждой антенны не должна превышать Dj_одн. Диапазон однозначного измерения угла может быть принят равным

Dj_одн. = l / 2а,

если диапазон однозначного измерения фазы составляет p. Уменьшение базы пеленгатора позволяет увеличить диапазон однозначного измерения угла при одновременном пропорциональном уменьшении точности пеленгации. Недостаток системы состоит в том, что нестабильность фазовых сдвигов в каналах усиления приводит к смещению равно фазового направления антенны и, следовательно, к ошибкам пеленгации.

       17. Амплитудно – фазовые методы измерения угловых координат характеризуются тем, что в них используется зависимость от углового положения цели не только амплитуды сигнала на выходе антенны, но и его фазы.

       18. Измерение радиальной скорости движения цели основано на использовании эффекта Допплера, заключающегося в том, что частоты излучаемых и принимаемых колебаний различны, если приемник перемещается относительно источника излучения. Пусть в точке О находится передатчик.

       В точке А – приемник, движущийся со скоростью v. Тогда частоты излучаемых f₀ и принимаемых f_пр колебаний связаны соотношением

f_пр = f₀(1 - v_cp / c) / [(1 – (v/c)²)]^0,5,

здесь v_p = vcosa - радиальная составляющая скорости движения точки А относительно точки О; v – модуль скорости движения цели; с – скорость света.

       При условии v «с справедлива приближенная формула

f_пр f₀ (1 - v_p / c).

       Величина

f₀v_p / C = v_p / l = F_д

представляет собой допплеровское смещение частоты сигнала, а радиальная составляющая скорости цели выражается очередным равенством

v_p = F_дl.

       Для того чтобы воспользоваться указанным методом определения радиальной скорости, необходимо иметь автономные высокостабильные генераторы, настроенные на одинаковую частоту, в точках передачи и приема колебаний. Сравнение частоты принятых колебаний с частотой эталонного генератора позволит определить доплеровский частотный сдвиг.

       19. В радиолокации, где чаще всего используется отражение от цели сигналы, значение допплеровского смещения приближенно удваивается. Допустив, что передатчик и приемник расположены в одной и той же точке О, а движущаяся со скоростью v цель в точке А, получим, что частота принимаемых отраженных сигналов равна

f_пр = f₀(1 - v_p / с) / (1 + v_p / c).

Амплитудно-фазовые методы измерения угловых координат характеризуются тем, что в них используется зависимость от углового положения цели не только амплитуды сигнала на выходе антенны, но и его фазы.

Супергетеродинный приемник позволяет получить более высокую чувствительность приемного тракта. Это связано с тем, что уровень шумов кристаллического смесителя меньше в области относительно высокой промежуточной частоты. Схема радиолокатора изображена на рисунке 3. Основное усиление сигнала имеет место на промежуточной частоте. С помощью второго преобразования частоты выделяется Доплеровская частота F_д.

 

 

 

       Рисунок. 3 Супергетеродинный измеритель доплеровской частоты

       Радиолокационные цели.

1. Основными характеристиками радиолокационных целей являются:

- эффективная отражающая площадь цели и закон ее распределения;

- спектр флуктуации и ее амплитуда (мощности) отраженного сигнала;

- спектр флуктуации фазового фронта отраженного сигнала;

- особенности траектории движения цели;    

2. Эффективная отражающая площадь цели называется эффективная поверхность площадью s являющаяся изотропным и не поглощающим энергию переизлучателя, которая, будучи помещена в точку цели создает у антенны РЛС такую же плотность потока мощности как и реальная цель. 

Эффективная отражающая площадь цели характеризует отражающие свойства цели. Эти свойства зависят от длины волны РВС, материала, размеров и конфигурации цели и от направления облучения. Точный учет каждого из этих факторов в отдельности практически невозможен и эффективная отражающая площадь является величиной, обобщенно учитывающая их совместное влияние на интенсивность сигнала, отраженного целью.

Эффективная отражающая площадь цели может быть определена по формуле

s = 4pD²r_РЛС / r_ц,

где D – дальность до цели;

r_РЛС – плотность потока мощности отраженного сигнала у

антенны РЛС; 

                   r_ц – плотность потока мощности зондирующего сигнала и цели.

       Плотность потока мощности рассчитывается по формуле:

r = PG / 4pD²,

       где Р – мощность излучаемого сигнала;

                   G – коэффициент направленного действия антенны.

       По методу определения эффективной отражающей площади все цели можно разделить на элементарные и сложные. Эффективно отражающая площадь элементарных целей может быть определена аналитически. Такой расчет возможен лишь для ограниченного числа объектов простейшей формы, выполненных из однородного отражающего идеального материала. Примеров элементарных целей могут служить металлические шар, лист, вибратор, уголковые отражатели и некоторые другие тела. Эффективная отражающая площадь сложных целей может быть определена только экспериментально и описана статистически. К сложным целям относятся подавляющее большинство реальных целей.

       С точки зрения разрешающей способности сложные цели, в свою очередь могут быть разделены на точечные и распределенные.

       Точечными называют такие цели, линейные и угловые размеры которых значительно меньше элементов разрешения РЛС по дальности и угловым координатам, а разность радиальных скоростей и крайних точек много меньше элемента разрешения по скорости. Примерами точечных целей могут служить самолеты и корабли на больших удалениях от РЛС, искусственные спутники. Распределенными целями называют такие цели, для которых указанные выше соотношения не выполняются. Распределенные цели могут быть поверхностными (земная и водная поверхность) и объемными (облака пассивных отражателей, дождевые облака, туман, дождь, снег).

Радиолокационный обзор

            1. Радиолокационным обзором называется периодическое облучение всех точек заданной области пространства и прием сигналов тех целей, которые находятся в этой области.

       2. Зона обзора – область пространства в пределах которой осуществляется облучение целей, а также прием и обнаружение сигналов целей.

       3. Характеристики радиолокационного обзора в большой степени зависят от вида диаграммы направленности антенны РЛС. Диаграмма направленности передающей антенны называется график зависимости амплитуды Е напряженностью поля от направления распространения волны в пространстве при постоянном расстоянии до точек наблюдения.

       Демодуляция — преобразование модулированных колебаний высо­кой частоты в колебания с частотой модуляции. Демодуляция — процесс, обратный процессу модуляции.

Детектирование — процесс преобразования первичным сигналом модулированного напряжения высокой частоты в напряжения, изменяющиеся с частотой первич­ного сигнала.

Диаграмма направленности антенны (ДНА) — графическая зависимость, характеризующая способность антенны излучать элек­тромагнитную энергию в пространство в заданном направлений или улавливать ее из пространства с заданного направления.

Диаграммой направленности по полю называется график зависимости амплитуды Е напряженности поля от на­правления распространения волны в пространстве при постоянном расстоянии до точек наблюдения, ширина измеряется по уровню 0,7 от максимума.

Диаграм­мой направленности по мощности называется график зависимости плотности мощности r излучае­мой волны от направления распространения при посто­янном расстоянии до точек наблюдения, ширина измеряется по уровню 0,5 от максимума.

На практике бывает удобно вместо пространственной диаграммы направленности пользоваться плоскими диа­граммами, представляющими собой сечение ДНА двумя главными плоскостями, например горизонтальной и вертикальной.

 

Рис4. ДНА а–в полярной системе координат; б – в прямоугольной системе координат

Ширина ДНА – (по рисунку 4) угол Q_0,5 по уровню половинной мощности и Q₀ – по нулевому уровню. Ширина ДНА определяет пространственную избирательность, разрешающую способность, помехозащищенность РЛС в целом. В зависимости от ширины ДНА различают иглообразные и веерные (плоские) ДНА. Иглообразными называются диаграммы, у которых ширина по уровню половинной мощности приблизительно одинакова для сечений в азимутальной и угломестной плоскости. Веерные (плоские) диаграммы характеризуются суще­ственным различием ширины в сечениях азимутальной и угломестной плоскости.

               

 

Рис. 5. Диаграммы направленности:

а — иглообразная, б —веерная (плоская).

 

Диапазон частот — область частот, на которую настроена и может работать радиоэлектронная аппаратура.

Катодный повторитель — одноламповая (однотранзисторная) ступень усилителя с на­грузкой в катодной цепи, повторяющая форму и фазу входного напряжения.

Кварцевый генератор — генератор, обладающий высокой стабиль­ностью частот. В Качестве основного элемента поддер­живающего постоянство частоты, в кварцевом генераторе используется вы­резанная из кристалла кварца пластинка.

Кенотрон — двухэлектродная лампа, используемая для выпрямле­ния переменного тока; применяется в схемах питания цепей высокого напряжения в радиотехнических устройствах.

Кинескоп – электронно-лучевая трубка, предназначенная для воспроизведения телевизионного изображения.

Клистрон – электронная лампа со скоростной модуляцией, применяется в различных радиоэлектронных устройствах для генерирования, усиления и умножения частоты.

Коаксиальный кабель — кабель специальной конструкции, предназначенный для канализации электромагнитной энер­гии высокой частоты.

Колебательный контур — электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, замкнутого катушкой индуктивности и активного сопротивления.

Коэффициент заполнения – произведение длительности импульса на частоту повторения импульсов.

Коэффициент направленного действия антенны – число, показы­вающее во сколько раз нужно увеличить мощность излучения при переходе от направленной к ненаправлен­ной эталонной антенне для того, чтобы сохранить неиз­менной напряженность поля в месте приема.

Коэффициент полезного действия радиопередатчика — отношение отдаваемой радиопередатчиком мощности к мощности, потребляемой им от источника питания.

Круговой обзор — режим работы радиолокационной станции, при котором происходит непрерывное вращение диаграммы направленности антенны станции в горизонтальной плоскости, а также излучение энергии и прием отражен­ных от объектов сигналов.

Лампа обратной волны (кацинотрон) —электрическая лампа с концентрированным в форме луча электронным потоком, в которой используется передала энергии электро­нов полю бегущей электромагнитной волны, распростра­няющейся вдоль замедляющей системы, в направлении, противоположном направлению движению электронов.

Линии задержки — устройства, обеспечивающие без заметного искажения формы сигнала (или с искажением по заданному закону) временную задержку сигнала. Бывают ультразвуковыми, многоотводными, дисперсионными, волновыми и др. – в зависимости от используемой среды и принципов задержки сигнала.

Магнитное поле — одно из проявлений электромагнитного поля, обусловленное движущимися заряженными частицами и изменением электрического поля, выявляемое по сило­вому воздействию на движущиеся заряженные частицы, направленному нормально к направлению движения этих частиц и пропорциональному их скорости.

Магнетрон — электронная лампа, предназначенная для генериро­вания колебания сверхвысоких частот большой мощно­сти.

Модуляция — процесс, характеризующий изменение одного из параметров (амплитуды, частоты или фазы) высокой (несущей) частоты по определенному закону при воздействии на нее более низкой (модулирующей) частоты.

Фазированная антенная решетка (ФАР) — антенная система, состоящая из совокупности большого числа элементарных слабонаправленных излучателей и устройств изменения начальной фазы сигнала (фазовращателей). В результате фазового или частотного сложения энергии электромагнитного поля элементарных излучателей по принципу суперпозиции формируется итоговая диаграмма направленности антенны (обычно игольчатого или карандашного типа). В качестве излучателей могут, использоваться открытые концы круглых или прямоугольных волноводов (или Ш-линейки с поверхностным распределением стоячих волн), небольшие рупоры, вибраторы, щели. Применение ФАР обеспечи­вает возможность электронного сканирования луча в пространстве, повышает помехозащищенность РЛС за счет повышения избирательности.

ФАР позволяет минимизировать боковые лепестки и подойти к созда­нию антенн с оптимальными диаграммами направлен­ности. Принципиальным недостатком ФАР является из­менение ширины их луча при сканировании.

Существует три способа электрического сканирования лучом ДН:

1. Фазовый способ, состоящий в регулировании с помощью фазовращателей фаз токов (полей), возбуждающих отдельные элементы решетки. Антенные решетки, управляемые по этому принципу, называются фазированными антенными решетками.

2. Амплитудный способ, осуществляемый коммутацией отдельных (парциальных) ДН в многолучевой антенной системе.

3. Частотный способ – фазы токов, возбуждающих элементы решеток, регулируются изменением частоты питающего генератора.

В РЛС разведки войсковой ПВО применяются ФАР, поскольку амплитудный способ управления очень сложен и громоздок, а частотный – трудносовместим с необходимостью перестройки частоты для защиты от активных помех. Для сканирования ДН в одной плоскости применяются линейные ФАР (РЛС разведки 9С15М и 9С18М1), а для сканирования в двух плоскостях – плоские (РЛС разведки 9С19М2).

Фидер — устройство, служащее для передачи электромагнитной энергии от передатчика к антенне и от антенны к приемнику.

Частотная избирательность (приемника, системы, узла и др.) — способность, приемника (системы) отделять полезные сигналы от других сигналов (помех) за счет формируемой полосы пропускания частот. Частотную избирательность приемника определяют узловые элементы приемника – преселектор, УВЧ, каскады преобразования частот, УПЧ, УНЧ и др.

Чувствительность радиоприемникаP_min — минимальное значение мощности по­лезного сигнала, принимаемого антенной, при условии получения на выходе приемника отношения сигнала к шуму, достаточного для нормальной работы оконеч­ных блоков и устройств приемника.

Чувствительность приемникареальная – приведенный к входу усилителя мини­мальный уровень усиливаемого сигнала при заданном отношении сигнал/шум на выходе называется.

Чувствитель­ность приемниканоминальная – уровень входного сигнала, при котором до­стигается максимальный уровень выходного сигнала, ограничиваемого заданной нормой на коэффициент нелинейных искажений. В технике радиовещания и неко­торых областях техники связи номинальным уровнем сигнала считается уровень, соот­ветствующий 0,1 максимальной выходной мощности или, что практически то же самое, 0,3 максимального выходного напряжения.

Собственные шумы приемника — хаотические колебания напряжения на выхо­де радиоприемника, уровень которых определяет порог (предел) его чувствительности. Собственные шумы возникают в следствии шумящих свойств элементной базы узлов. Наиболее «шумящим» в каскадах приемника являются УВЧ и первые каскады УПЧ или ПУПЧ так как их собственные шумы подвергаются усилению последующими каскадами.

Коэффициент различимости g_р –– отноше­ние энергии одного принимаемого сигнала к спек­тральной плотности собственного шума приемника (N₀) на максимальной дальности действия РЛС. Иными словами это минимальное значение различия полезного сигнала и собственных шумов приемника, при котором возможно однозначное определение факта наличия цели. Этот коэффициент математически определяет зависимость чувствительности приемника и спектральной плотности собственных шумов приемника:

 

Электрическое поле — одно из проявлений электромагнитного по­ля, обусловленное электрическими зарядами и изменением магнитного поля, обнаруживаемое по силовому воздействию на заряженные частицы и тела.

Эффект Доплера – изменение частоты (начальной фазы) отраженных от цели колебаний вследствие наличия скорости движения цели. Эффект Доплера определяет возможность определения радиальной скорости движения целей методом измерения частоты Доплера (доплеровской добавки). Для измерения часты Доплера отраженных сигналов используются когерентные радио­локационные станции характеризующиеся когерентностью излучаемых колебаний.

Радиолокация – область радиоэлектрони­ки, назначением которой является использование отра­жения, переизлучения или собственного излучения ра­диоволн различными объектами для обнаружения этих объектов, измерения их координат и параметров движе­ния, а также для оценки свойств объектов.

Зона обзора РЛС – область пространства, в пределах которой РЛС способна обнаружить цели с вероятностью не ниже заданной (обычно для исчисления выбирают условную вероятность 0,8). Зона обзора ограничивается максимальной и минимальной дальностью обнаружения целей, а также секторами обзора в горизонтальной и вертикальной пло­скостях (минимальным и максимальным значениями положения диаграммы направленности антенны в угломестной плоскости).

Измеряемые координаты целей – чаще всего явля­ются их дальность и две угловые координаты — азимут и угол места. Широкое применение находят также изме­рения высоты полета целей, радиальной составляющей их скорости, угловых скоростей их перемещения в гори­зонтальной и вертикальной плоскостях – эта информация в основном применяется для решения задач распознавания класса и типа цели.

Когерентные колебания – колебания, у которых на интервале их наблюдения существует функциональная связь одной какой-либо ча­сти колебания с любой другой ее частью. Для обеспе­чения когерентности частота колебаний и их начальная фаза либо должны быть постоянными, либо изменяться детерминированно. Любые случайные изменения частоты и начальной фазы колебаний нарушают их когерентность.

Супергетеродинный приемник – приемник, позволяющий получить более высокую чувствительность приемного тракта за счет понижения (однократного или многократного) частоты принятого сигнала до уровня промежуточной f_пр (ее значение всегда постоянно) и дальнейшей обработки сигналов на этой частоте. Основное усиление сигнала производится на f_пр. Понижение частоты производится на каскадах понижения, а уровень шумов кристаллического сме­сителя меньше в области относительно высокой промежу­точной частоты.

Эффективная площадью рассеяния цели ЭПР (s) – фиктивная поверхность площадью s, являющаяся изотропным и не поглощающим энергию переизлучателем, и которая, будучи помещена в точку цели, создает у раскрыва антен­ны РЛС такую же плотность потока мощности, как и ре­альная цель. ЭПР цели характери­зует отражающие свойства цели. Эти свойства зависят от длины волны РЛС, материала, размеров и конфигу­рации цели и от направления облучения. Точный учет каждого из этих факторов в отдельности практически невозможен, и эффективная отражающая площадь явля­ется величиной, обобщенно учитывающей их совместное влияние на интенсивность сигнала, отраженного целью. Эффективная отражающая площадь цели может быть определена по формуле:

 

, где

 

где: –дальность до цели; –плотность потока мощности отраженного сигнала у антенны РЛС; – плотность потока мощности зондирующего сигнала; Р – мощность излученного (переизлученного сигнала); G – коэффициент направленного действия антенны (цели); Е_РЛС, Е_ц – напряженность электрического поля вблизи РЛС и цели соответственно.

Радиолокационный обзор – называется периодиче­ское облучение всех точек заданной области пространст­ва и прием сигналов тех целей, которые находятся в этой области. Радиолокационный обзор может быть одновремен­ным (параллельным), последовательным и смешанным.

При параллельном обзоре телесный угол зоны обзо­ра одновременно перекрывается несколькими лучами ра­диолокационной станции. Параллельный обзор позволяет свести до миниму­ма время, требующееся для осмотра заданной зоны и в этом его достоинство. Недостаток этого вида обзора состоит в сложности и громоздкости используемой аппа­ратуры.

Последовательный обзор осуществляется одним лу­чом, перемещающимся в пределах зоны обзора. Последовательный обзор характеризуется отно­сительной простотой используемой аппаратуры и боль­шим временем обзора.

При смешанном обзоре используются несколько лу­чей, не перекрывающих полностью зону обзора. Эта группа лучей перемещается в пространстве для просмот­ра всей заданной зоны. Так, например, лучи перекрыва­ют весь требуемый сектор обзора по углу места, а для просмотра зоны по азимуту эти лучи перемещаются в горизонтальной плоскости и осуществляют по этой ко­ординате последовательный обзор.

При радиолокационном обзоре перемещение луча антенны в пространстве может осуществляться либо ме­ханическим поворотом всей антенны или какой-то ее части (механическое сканирование), либо изменением распределения амплитуд и фаз поля в раскрыве антенны (электрическое сканирование). Электрическое сканирова­ние позволяет резко увеличить скорость перемещения луча, а также создать принципиально новые возможно­сти обработки радиолокационных сигналов непосредст­венно в антенно-фидерном тракте. Поэтому, несмотря на определенную сложность, антенно-фидерные системы с электрическим сканированием получают широкое рас­пространение.Для электрического сканирования используются фа­зируемые антенные решетки (ФАР).

Период обзораT₀ – время, требуе­мое для однократного облучения всех точек зоны обзо­ра и обеспечения возможности приема сигналов из этих точек.

Время облучения Т_обл  точечной цели – время, протекающее с момента начала излучения радио­волн в направлении данной цели до конца приема сиг­налов от этой цели. За время Т_обл накапливается энер­гия принимаемых сигналов, необходимая для обнаруже­ния сигналов, оценки их параметров, разрешения и т. д.

Максимальная дальность действия РЛСD_max – наибольшее расстояние между станцией и целью, на котором сигналы цели обнаруживаются с заданными вероятностями правильного обнаружения и лож­ной тревоги.

Если используются отраженные от цели сигналы (то есть активная радиолокация с пассивным ответом), то в свободном пространстве максимальная дальность действия импульсной РЛС определяется формулой

 

 

где:  – импульсная мощность зондирующего сигнала;  – длительность импульса зондирующего сигнала; – коэффициент усиления антенны; –длина волны зондирующего сигнала;  – среднее значение ЭПР цели;  –коэффициент различимости; – спектральная плотность собственных шумов приемника.

Радиоэлектронные помехи — это непоражающие электромагнитные излучения, кото­рые ухудшают качество функционирования РЛС. Воздействуя на приемные устройства, помехи имитируют или искажают наблюдаемые и реги­стрируемые оконечной аппаратурой сигналы или изобра­жения, затрудняют или исключают выделение полезной информации, снижают дальность действия РЛС и точность работы автоматических систем управления. Под действием помех РЛС могут перестать быть источниками информации, несмотря на их полную исправность и работоспособность.

Естественными (неорганизованными) являются помехи природного происхождения: атмосферные, образуемые электрическими процессами в атмосфере, главным образом грозовыми разрядами; космические, вызываемые электромагнитным излучением Солнца, звезд и Галак­тики; нерегулярные электромагнитные излучения околоземного пространства, вызываемые по­токами заряженных частиц в ионосфере и магнитосфе­ре; радиоизлучения полярных сияний и радиационных поясов Земли; отражения от метеорологических образо­ваний (дождь, снег, град, облака), земной и водной по­верхности; акустические шумы океанов, морей и др.

Искусственные (организованные) – это специально создаваемые непоражающие электромагнитные излучения, которые ухудшают качество функционирования РЛС, работающих на принципе приема, усиления и преобразования энергии электромагнитных волн. В зависимости от способа формирования искусственные помехи подразделяют на активные, генерируемые специальными передатчиками помех, и пассивные, обра­зуемые в результате рассеяния (отражения) различны­ми объектами электромагнитных (акустических) волн, излучаемых РЛС.

Маскирующие помехи ухудшают характеристики приемного устройства РЛС, создают фон, на котором затрудняется или полностью исключается обнаружение, распознавание, выде­ление полезных сигналов или отметок целей. С увеличением мощности помех их маскирующее действие возрастает.

Имитирующие (дезинформирующие) помехи — это сигналы, излучаемые станцией помех для внесения лож­ной информации в подавляемые средства. По структуре они близки к полезным сигналам и поэтому создают в оконечном устройстве РЛС сигналы или отметки ложных целей, подобные реальным, снижают про­пускную способность системы, вводят в заблуждение операторов, приводят к потере части полезной информа­ции, увеличивают вероятность ложной тревоги. Воздей­ствуя на средства разведки, они срывают ав­томатическое сопровождение целей. При воздействии имитирующих помех характеристики приемного устройства не ухудшаются. Эффект воздействия помех сказывается в ухудшении качества обрабатываемой информации, что увеличивает степень не­определенности при принятии решений.

Заградительные помехи имеют ширину спектра час­тот, значительно превышающую полосу, занимаемую полезным сигналом, что позволяет подавлять одновремен­но несколько РЛС без точного наведения передатчика помех по частоте. Такие помехи можно создавать, не имея полных данных о параметрах сигналов подавляемых РЛС.

Скользящие помехи имеют ширину спектра час­тот соизмеримую с полосой полезного сигнала, однако несущая частота постоянно изменяется в диапазоне подавляемых РЛС, что позволяет с меньшими (чем в случае постановки заградительной помехи) энергозатратами подавлять несколько РЛС одновременно.

Прицельные помехи имеют ширину спектра час­тот соизмеримую с полосой полезного сигнала и несущую частоту равную (или близкую) несущей частоте подавляемой РЛС. Такие помехи можно создавать, имея полные данные о параметрах сигналов подавляемых РЛС.

Несинхронные и хаотические импульсные помехи (НИП и ХИП) в самом общем виде представляют собой последовательность ра­диоимпульсов, частота заполнения, амплитуда, длитель­ность и период следования которых, являются величи­нами случайными. Искусственно создаваемые НИП и ХИП ха­рактеризуются постоянством амплитуды и часто­ты заполнения, случайным образом изменяются лишь длительность импульсов и интервал между ними.

Коэффициент подавления помехи – показывает, во сколько раз сис­тема защиты от помех снижает эффективность воздействия пассивных помех на оконечное устройство (ИКО)

где: - мощность пассивной помехи на входе и выходе РЛС с системой защиты от пассивных помех.

К достоинствам  относится наглядность и простота его теоретического и экспериментального определения, но  не учитывает воздействия системы помехозащиты на полезный сигнал. Поэтому для более полной оценки эффективности РЛС с системой защиты от пассивных помех наряду с  используется следующая характеристика.

Коэффициент подпомеховой видимости – показывает во сколько раз увеличивается отношение сигнал/помеха на выходе устройства помехозащиты по сравнению с входом

где - мощность сигнала цели и помехи на входе и выходе РЛС с системой защиты от пассивных помех.

Метод селекции движущихся (подвижных) целей (СДЦ или СПЦ) – метод, основанный на анализе разности фаз отраженных сигналов и так называемого опорного или когерентного напряжения: если эта разность постоянна – цель неподвижна (помеха), если переменна, то цель движется. Ключевым элементом этого метода является режекторный фильтр или фазовый детектор.

Фазовый детектор представляет собой радиотехническое устройство с двумя входами и одним выходом. На первый его вход подается исследуемое напряжение, а на второй эталонное. С выхода ФД снимается сигнал на видео частоте, знак которого показывает направление, а амплитуда – величину рассогласования фаз входных сигналов.

Слепая скорость – значения радиальной скорости, при которых пульсации импульсов с выхода фазового детектора обращаются в нуль, то есть изображения от подвижных и неподвижных объектов на индикаторе не отличаются. Такое явление возможно лишь в двух случае когда значения доплеровской частоты кратно частоте повторения биений с выхода фазового детектора:

, n=1,2,3,4,5,6……….

 

Череспериодная компенсация (ЧПК) ­– метод, позволяющий произвести взаимное вычитание отраженных импульсов, задержанных на определенный интервал времени – пе­риод повторения импульсов Т_п. Метод позволяет сохранить сигналы только движущихся целей, устраняя полностью (или почти полностью) сигналы ме­шающих объектов. В результате экран индикатора очищается от помех, а системы автоматического сопровождения получают воз­можность работать по сопровождаемой цели.

Квадратурная обработка – обработка сигнала, основанная на двухканальном построении, при этом отраженные сигналы подаются на два канала синфазно на фазовые детекторы, а когерентное напряжение в квадратуре (со сдвигом на 90⁰), что обеспечивается фазовращателем (например, кабелем определенной длины). При этом каналы в зависимости от начальной фазы опорного сигнала 0 или 90⁰ называются соответственно синусоидальным и косинусоидальным. Это позволяет получить сдвиг фаз огибающих амплитуд импульсов подвижной цели на 90⁰.

Режекторный фильтр – это частотночувствительная схема, которая подавляет или устраняет сигналы, частоты которых попадают в узкий диапозон с центральной частотой fc. Все частоты выше и ниже центральной частоты фильтр пропускает с минимальным ослаблением. Режекторный фильтр иногда называют вырезающим фильтром, поскольку этот фильтр используется для вырезания или режекции мешающего сигнала одной частоты. Режекторный фильтр способен подавлять определенную частоту и частоты в ее окресностях. Таким образом, режекторный фильтр представляет собой, устройство, которое подавляет сигналы в заданной полосе частот и пропускает сигналы со всеми другими частотами. Полоса подавления характеризуется шириной Δω и центральной частотой ω_o.

Адаптивный режекторный фильтр в отличие от простого режекторного фильтра характеризуется тем, что его параметры способны изменяться в зависимости от обстановки (внешнего воздействия), т.е. центральная полоса не имеет конкретного значения и может меняться.

Эллиптический (рекурсивный) фильтр – фильтр с обратной связью, количество ветвей обратной связи определяет уровень порядка фильтра (второго, третьего и тд.)

Пространственная селекция – метод борьбы с помехами, основан на использовании различия в пространственном положении источников полезного сигнала и помехи. Она может быть реализована при постановке помех коллективного или группового прикрытия, т. е. когда постановщик помех не совмещен по угловым координатам с прикрываемой им помехами целью. Пространственная селекция обеспечивается следующим способом: уменьшением угловых размеров (сужением) главного лепестка ДНА; снижением уровня боковых лепестков ДНА; уменьшением уровня приема в направлениях на постановщики помех.

Поляризационная селекция – метод борьбы с помехами, основан на различиях в поляризации полезных сигналов и помех. Максимальное ослабление помехи достигается в тех случаях, когда поляризация антенны РЛС будет ортогональна поляризации помехи, т. е. для вертикальной поляризации помехи – горизонтальная, для круговой – круговая поляризация с противоположным вращением вектора напряженности поля, а для эллиптической – эллиптическая, но с противоположным вращением и со сдвигом на 90⁰ положения главных осей поляризационных характеристик сигнала (антенны) и помехи.

Временная селекция – метод борьбы с помехами, основан на различии во времени прихода полезных сигналов и помех на вход приемника и может быть применена только для защиты РЛС разведки от импульсных помех. Применяется для борьбы от несинхронных импульсных помех.

Частотная селекция – метод борьбы с помехами, основан на устранении перекрытия частотных спектров полезного сигнала и помехи путем перестройки рабочей (несущей) частоты РЛС в область частотного диапазона свободную от помех (при защите от прицельной по несущей частоте помехи) или в ту ее часть, где спектральная плотность помехи минимальна (при защите от заградительной по несущей частоте помехи).

Когерентное накоплениесигналов производится в пачке импульсов, отраженных от цели. Такое накопление возможно благодаря тому, что цель представляет собой не точечный объект, а пространственно распределенный. Таким образом, при сканировании лучом антенны от цели отражается не один, а несколько импульсов. 

Некогерентное накопление сигналов производится методом суммирования амплитуд сигналов, отраженных от цели в соседних периодах обзора РЛС разведки.

Перегрузка приемника – превышение предельного (порогового) уровня линейной части приемника U_{вых max}, при котором рост амплитуды (усиление) входного сигнала прекращается, и в дальнейшем она остается постоянной или убывает.

При перегрузке приемник не реагирует на изме­рение амплитуды входного сигнала и, следовательно, искажает сигнал. Перегрузка наступает из-за того, что режим работы элект­ронных усилительных приборов становится резко нелиней­ным, они переходят от насыщения к отсечке. Это приводит к падению коэффициента передачи. Перегрузка возможна в любой части приемника: уси­лителе промежуточной частоты (УПЧ), амплитудном детек­торе или видеоусилителе. Однако, прежде всего, перегружается последний каскад УПЧ, что и учитывается в дальнейшем. Каждый приемник рас­считывается так, чтобы в ожидаемом динамическом диапазоне интенсивности входных сигналов (т. е. в нормальных условиях работы) перегрузка не наступала.

Для борьбы с перегрузкой применяется два вида устройств. Это, во-первых, усилители с нелинейными амплитудными характеристиками и, во-вторых, различные устройства, основанные на принципе расширения динамического диапазона (уменьшения коэффициента усиления) – это схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), быстродействующей регулировки усиления (БАРУ) или «мгновенной» регулировки усиления (МАРУ), временные регулировки усиления (ВАРУ).

Диапазон перестройки частоты РЛС  определяется возможностями перестройки рабочей (несущей) частоты передающей, антенно-волноводной систем и системы преобразования и усиления сигналов. Наиболее критичной к перестройке рабочей частоты РЛС является антенно-волноводная система, которая независимо от диапазона рабочих частот (длин волн) РЛС обеспечивает возможность перестройки в частотной полосе ± (3–15)% от несущей частоты с сохранением других технических характеристик в пределах допусков. Таким образом, диапазон перестройки несущей частоты РЛС разведки составляет от 20–40 МГц в метровом и до 100–300 МГц в сантиметровом диапазонах длин волн.

Ручная перестройка частоты РЛС осуществляется оператором с помощью соответствующих органов управления (кнопок, тумблеров и др.) и применяется, как правило, в электромеханических устройствах с большим временем перестройки (1-2 с), поскольку в этом случае нет смысла автоматизировать управление перестройкой. Ручная перестройка может применяться также и в электронных устройствах перестройки как резервная в условиях сложной помеховой обстановки.

Непрерывная перестройкачастоты РЛС обеспечивает перестройку рабочей частоты от импульса к импульсу и применяется в основном для защиты от однократных и многократных ответных помех.

Автоматическая перестройка частоты РЛС осуществляется по сигналам, вырабатываемым специальным устройством обнаружения активной помехи (СОАП), и продолжается до тех пор, пока не будет найдена частота, на которой интенсивность помехи ниже установленного порога срабатывания СОАП.

Динамический диапазон приемника (D) – характеризует способность приемного устройства обеспечить линейное усиление сигналов с различными входными уровнями. Он определяется как отношение максимального входного сигнала к минимальному, при котором осуществляется их прием и обработка без искажений. Динамический диапазон D выражают в децибелах, причем

 

 

Децибел (d) – относительная условная единица логарифмического масштаба, которая:

– согласно международной системе исчисления представляет собой уровень звукового давления, двадцать десятичных логарифмов которого к условному порогу давления, равному 0,00002 н/м², принимаемому за нулевой уровень, равны единице;

– применительно к радиотехнике – децибел используется для относительного сравнения двух величин (напряжения, тока, мощности и др.), вычисление этого соотношения производится так же с учетом расчета двадцати десятичных логарифмов.

На практике так же используется и другая относительная условная величина – непер (n). Отличием непера и децибела является расчет отношений напряжений и токов с использованием натуральных логарифмов. Полученные числа называются относительными уровнями в децибелах или неперах по напряже­нию, по току и по мощности.

Соотношение 1 непера и 1 децибела составляет:

 ,         

Исходя из определения, единицы рассчитываются:   

, ,

,  ,

Тогда расчет исходных величин относительно условной (сравниваемой) будет производиться:

,  ,

,      ,

 

В таблице приведены соотношения уровней в децибелах:

дб	Отношение мощностей	Отношениенапряженийили токов	дб	Отношениемощностей	Отношениенапряженийили токов
0,1	1,02	1,01	6	3,96	1,99
0,2	1,05	1,02	6,5	4,47	2,11
0,3	1,07	1,03	7	5,01	2,24
0,4	1,10	1,05	7,5	5,62	2,37
0,5	1,12	1,06	8	6,31	2,51
0,6	1,15	1,07	8,5	7,08	2,66
0,7	1,17	1,08	9	7,94	2,82
0,8	1,20	1,10	9,5	8,91	2,98
0,9	1,23	1,11	10	10	3,16
1	1,26	1,12	11	12,6	3,55
1,1	1,29	1,13	12	15,8	3,98
1,2	1,32	1,15	13	19,9	4,47
1,3	1,35	1,16	14	25,1	5,01
1,4	1,38	1,17	15	31,6	5,62
1,5	1,41	1,19	16	39,8	6,31
1,6	1,44	1,20	17	50,1	7,08
1,7	1,48	1,22	18	63,1	7,94
1,8	1,51	1,23	19	79,4	8,91
1,9	1,55	1,24	20	100	10
2	1,58	1,26	25	3,16×102	17,7
2,2	1,66	1,29	30	103	31,6
2,4	1,74	1,32	35	3,16×103	56,2
2,6	1,82	1,35	40	104	100
2,8	1,91	1,38	45	3,16×104	177,8
3	1,99	1,41	50	105	316
3,2	2,09	1,44	60	106	103
3,4	2,19	1,48	70	107	3,16×103
3,6	2,29	1,51	80	108	104
3,8	2,40	1,55	90	109	3,16×104
4	2,51	1,58	100	1010	105
4,2	2,63	1,62	110	1011	3,16×105
4,4	2,75	1,66	120	1012	106
4,6	2,88	1,70	130	1013	3,16×106
4,8	3,02	1,74	140	1014	107
5	3,16	1,78	150	1015	3,16×108
5,5	3,55	1,88	160	1016	108

Абсолютный уровень мощности (напряжения, тока) –  результат сравнения мощности (напряжения, тока) в какой-либо точке цепи или узла, сравнивают с определенным и заранее обуслов­ленным значением мощности (напряжения, тока). Измеряется обычно в децибелах.

Модуляция (применительно к радиолокации) – процесс управления каким-либо параметром высокочастотного сигнала (фазой, частотой, амплитудой) по определенному закону, в котором заложена передаваемая информация. Изменяемый в про­цессе передачи информации параметр ВЧ колебания может быть назван информатив­ным параметром. Обычно в радиолокации различают три вида модуляции: ам­плитудную модуляцию (AM), частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую модуляцию (ФМ).

Кулон (К) – заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в 1 с при токе в 1 А.

Вольт (В) – напряжение на концах ре­зистора, в котором выделяется мощность 1 Вт при токе 1 А.

Ом – сопротивление такого резистора, по которому течет ток 1 А при напряжении на концах резистора 1 В.

Фарада (ф) – емкость проводника, по­тенциал которого повышается на 1 В при внесении на него заряда 1 К.

Вебер (Вб) – магнитный поток, при убы­вании которого до нуля за 1 с в контуре, сцепленном с этим потоком, возникает э.д.с. индукции, равная 1 В.

Тесла (Тл) – индукция такого однород­ного магнитного поля, в котором магнитный веток через площадь в 1 м², перпендикуляр­ную направлению поля, равен 1 Вб.

Ампер на метр (А/м) — напряженность магнитного поля, создаваемого прямолиней­ным бесконечно длинным током, равным 2pa

Генри (Гн) – индуктивность такого кон­тура, с которым сцеплен магнитный поток 1 вб, когда по контуру течет ток 1 а.

Фарада на метр (ф/м) — абсолютная электрическая проницаемость диэлектрика, при заполнении которым плоский конденса­тор с пластинами площадью 1м² каждая, расположенными на расстоянии 1м, обла­дает емкостью 1 Ф.

Генри на метр (Гн/м) – абсолютная маг­нитная проницаемость вещества, в котором при напряженности магнитного поля 1 А/м магнитная индукция равна 1 Тл.

Коэффициент усиления    антенны(G) — произведение КНД антенны на ее КПД

Амплитудная характеристика радиоприемника — зависимость ве­личины напряжения выходного сигнала приемника oт величины сигнала на его входе. АХР бывает ли­нейной, квадратичной, логарифмической и т. п,

Антенная система — совокупность соответствующим образом рас­положенных антенн, сфазированных между собой так, что излучаемые отдельными антеннами поля имеют тен­денцию складываться в одном требуемом направлении и взаимно уничтожаться в других направлениях.

Биполярный транзистор — транзистор с двумя «р-n»— переходами. Различают два типа биполярных транзисторов «р-n-р» и «n-р-n».

Блок-схема – упрощенное наглядное изображение радиоэлектронной аппаратуры в виде схемы, позволяющей охаракте­ризовать состав аппаратуры и определить взаимодейст­вие и связи между ее основными блоками.

Блокинг-генератор — ламповый (транзисторный) релаксационный генератор, имею­щий сильную индуктивную обратную связь, создающий синусоидальные колебания с короткими импульсами и весьма высокой скважностью.

Видеоусилитель — устройство, предназначенное для усиления сигналов на низкой видеочастоте.

Видикон — передающая телевизионная трубка с фотопроводящим слоем.

Антенное устройство. В РЛС разведки антенное устройство является приемопередающим и входит составной частью трактов генерирования и излучения, приема и обработки сигналов. Оно выполняет функции направленного излучения и избирательного приема и обеспечивает переход от распространения электромагнитных колебаний по линии передачи к распространению в свободном пространстве, т.е. преобразование токов высокой частоты в радиоволны, и наоборот – от распространения в свободном пространстве к распространению по линии передачи.

Антенный переключатель. Он обеспечивает возможность использования антенны на передачу и прием и подключает антенну к передатчику на время формирования и излучения зондирующего сигнала или к приемнику на время приема отраженных целями эхосигналов, соответственно режимы передачи и приема.

  Антенный коммутатор. Предназначен для обеспечения необходимой развязки между передатчиком и антенной в режиме скрытной работы РЛС разведки на эквивалент антенны и направляет энергию зондирующих сигналов с передатчика в эквивалент антенны, где она преобразуется с электромагнитной формы в тепловую, а затем поглощается. Функции антенного переключателя и коммутатора могут совмещаться в одном устройстве – ферритовом циркуляторе.

Электрические и гидравлические привода. Предназначены для вращения антенны в азимутальной или ее качания в угломестной плоскостях с целью зондирования заданной зоны обзора, а также для свертывания и развертывания антенны при переводе РЛС разведки из боевого положения в походное и обратно.

Устройство сканирования. Обеспечивает электронное сканирование или переключение диаграммы направленности антенны (луча) в угломестной и азимутальной плоскостях в фазированных антенных решетках (ФАР).

Устройство управления антенной (лучом). Вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие в соответствии с заданной программой вращение и качание антенны (электронное сканирование луча), а также синхронизацию различных устройств РЛС разведки по угловым координатам.

Суммирующие и вычитающие устройства. Предназначены для объединения сигналов основной и компенсационных антенн с целью уменьшения уровня излучения по боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны РЛС разведки и формирования компенсационных каналов приема для уменьшения уровня приема по указанным лепесткам. Эти устройства выполняются на одно- и двухплоскостных волноводных тройниках.

Высокочастотные вращающиеся соединения (ВВС) и низкочастотные вращающиеся токосъемники (НВТ). Обеспечивают передачу высокочастотной энергии и низкочастотных сигналов управления между подвижной (вращающейся) и неподвижной частями антенны. В качестве высокочастотных вращающихся соединений в РЛС разведки используются волноводно-коаксиальные и волноводные. Для волноводно-коаксиальных вращающихся соединений зависимость параметров от угла поворота меньше, чем для волноводных (при полосе пропускания  6 % от средней частоты КБВ более 0,9), но их конструкция сложнее. Вместе с тем волноводно-коаксиальные соединения позволяют легко осуществить многоканальность.

Высокочастотные поворотные соединения (ВПС). Служат для соединения фрагментов линии передачи, изменяющих свое пространственное положение при свертывании и развертывании антенны.

Ферритовые вентили. Обеспечивают преимущественное распространение электромагнитной волны только в прямом направлении и практически исключают в обратном, что позволяет исключить негативное воздействие отраженных от различных неоднородностей линии волн на устройства передающего и премного трактов.

Направленные ответвители. Предназначены для отвода электрических сигналов с передающего тракта и ввода электрических сигналов в приемный тракт с целью контроля их работоспособности и измерения параметров и характеристик сигналов и трактов.

Фазовращатели. Обеспечивают управляемое изменение фазы питающих токов фрагментов (излучателей) в ФАР с целью сканирования луча, а также фиксированное изменение фазы сигнала для компенсации его фазовых набегов в различных элементах линии передачи.

Аттенюаторы. Выполняются неуправляемыми и управляемыми (регулируемыми) и предназначены для ослабления амплитуды сигнала с целью исключения перегрузки различных устройств.

Коаксиально-волноводные переходы. Обеспечивают трансформацию типа волн при переходе от волноводов (прямоугольных, круглых и других форм) к коаксиальным линиям передач, т.е. реализуют их согласование с высоким уровнем коэффициента бегущих волн (КБВ).

Эквивалент антенны обеспечивает поглощение всей мощности СВЧ от передатчика. Он представляет собой короткозамкнутый участок линии с поглощающим материалом и радиатором охлаждения. В качестве поглощающих материалов могут использоваться ферроэпоксид, ферросиликон, кремний-керамит, карбидоцемент и тому подобное.

Пилот – сигнал – представляет собой контрольный радиоимпульс малой мощности и служит для автоматической настройки коэффициентов усиления приемника.

Коэффициент бегущей волны (КБВ) – показывает степень согласованности всех элементов линии передачи и зависит от величины поглощенной и отраженной мощности электромагнитной энергии от потребителя (антенны). Всегда . На рис. 2.2. представлено пояснение к расчету этих коэффициентов.

 

 

На практике измерение КБВ дает возможность определения КПД АВС. Измерение КБВ производится при помощи измерительных секций отбора проходящей мощности согласно специальных таблиц, составленных на заводе изготовителе в зависимости от длины волны РЛС.

Есть ряд причин, снижающих КБВ, а соответственно и излучаемую антенной мощность. Мощность зондирующих сигналов, генерируемых передатчиком РЛС , расходуется следующим образом:

,                                  (2.7)

где: – полезная излучаемая антенной мощность;

 – отраженная от неоднородностей линии передачи мощность;

 – потери мощности за счет ее затухания в линии передачи;

 – коэффициент отражения электромагнитной волны в линии передачи.

Основными причинами снижения КБВ линии передачи являются наличие в ее составе таких элементов, как вращающиеся (поворотные) сочленения, циркуляторы, вентили, измерительные зонды, фазовращатели, направленные ответвители и другие, представляющие собой несогласованную нагрузку (неоднородности). Оптимальным выбором места подключения и установкой специальных согласующих устройств удается обеспечить в линиях передачи РЛС разведки реальные значения КБВ ³ 0,6–0,7.

                                              

Коэффициент стоячих волн (КСВ) – является противоположностью КБВ и соответственно