Материал: Устройства локации и навигации

В более сложных РЛС и РНС используются две или даже четыре антенны, усиленные сигналы от которых позволяют путем их сравнения или обработки фазовым детектором точнее определять пеленг. Обычно системы РЛС и РНС снабжаются также и системами автоматического сопровождения по угловым координатам, для чего используется вариация направленности антенн.

Измерение скорости полета одного объекта относительно другого основано на определении доплеровского сдвига частоты f₀ сигнала, отраженного от летящего объекта, причем, если радиальная скорость направлена в сторону наблюдателя, то f_доп = 2f₀V_r/c, в противном случае f_доп = -2f₀V_r/c. Вторую составляющую скорости, угловую, определяют по скорости изменения угловых координат летящего объекта. На этом же принципе основано доплеровское измерение путевой скорости летательного аппарата и угла его сноса за счет ветра, причем для таких измерений используются три измерителя доплеровских частот, узкие лучи антенн которых направлены к земле.

Выделение, с целью последующего измерения частоты f_доп, осуществляется либо с помощью обычного смесителя, на вход которого подаются излучаемая антенной частота f₀ и принимаемая (f + +f_доп), либо с помощью двух смесителей, на первый из которых подаются (f₀ - f_пр) и (f₀ + f_доп), а на второй f_пр и после усиления полученная от первого смесителя частота (f_пр + f_доп). Второй способ дает большую чувствительность, чем первый, в связи с тем, что смесители на частоте f_доп имеют большой уровень шума.

Измерители низких частот f_доп обычно содержат ФНЧ, амплитудный ограничитель, формирователь стандартных импульсов, выдающий импульсы в каждый момент перехода синусоидального напряжения через ноль (например, снизу вверх), и счетчик этих импульсов. Однако такие способы измерения скорости, основанные на определении f_доп непрерывно излучаемых и принимаемых сигналов, имеют в целом низкую чувствительность из-за частичного попадания на вход приемника излучаемых колебаний, которые действуют как дополнительный шум. Поэтому большее распространение получил метод измерения скорости при импульсных излучениях, характерной особенностью которого является необходимость строгой когерентности. Последняя достигается за счет фазирования гетеродина приемника с частотой генерации передатчика либо использованием многокаскадного передатчика, задающий генератор которого играет роль источника когерентного напряжения. Последний вариант импульсной когерентности РЛС показан на схеме рис. 20.

Рис. 20

В системах автоматического сопровождения целей по скорости используется перестраиваемый гетеродин и узкополосный фильтр, который стоит после смесителя и на выходе которого помещено устройство так управляющее перестройкой частоты гетеродина (частотная или фазовая автоподстройка), чтобы ее изменение компенсировало изменение f_доп.

В бортовых РЛС бокового обзора земной поверхности для повышения разрешающей способности по угловой координате применяется формирование искусственного раскрыва антенны за счет использования поступательного движения летательного аппарата (такие системы иногда называют РЛС с искусственным раскрывом или с синтезированной антенной). При этом используется техника когерентного приема и оптимальная обработка сигналов.

Если, например, на самолете, летящем прямолинейно вдоль оси Х со скоростью V, имеется РЛС бокового обзора (рис. 21), ширина луча которой равна q_0,5, то при удалении цели от линии полета на дальность D₀ точеная цель облучается в течение времени Т_обл = D₀q_0,5/V на протяжении пути самолета L = D₀q_0,5. Принимая q_0,5 » l/d_a (где d_a - размер антенны бортовой РЛС), имеем L = lD/d_a,

Т_обл = Dl/V d_a.                                 (19)

Рис. 21

За время приема сигналов от цели их частота f_пр изменяется вследствие доплеровского эффекта от

f_изм + çf_д ç_макс до f_изм - çf_д ç_макс,

где                      çf_д ç_макс = q_0,5V/l = V/d_a.                            (20)

Тогда, при когерентной непрерывной РЛС сигнал от цели будет импульс длительностью Т_обл с изменением частоты Df_м = 2çf_д ç_макс = =2V/d_a.

Подобный импульс при оптимальной обработке можно сжать во времени в k_сжат раз (k_сжат = Df_мТ_обл), при этом длительность импульса станет t_сж = 1/Df_м = d_a/2V, что соответствует перемещению цели относительно самолета вдоль линии полета на 0,5d_a. Следовательно, при оптимальной обработке принимаемого сигнала две цели, расположенные на прямой параллельно пути самолета, разрешаются при удалении на расстояние более 0,5d_a друг от друга. Это соответствует тому, что ширина луча синтезированной антенны равна q_0,5с = d_a/2D₀, причем отношение q_0,5/q_0,5с = 2D₀q²_0,5/l.

При удалении цели размер L синтезированной антенны увеличивается, но ширина искусственного луча уменьшается обратно пропорционально L, поэтому разрешаемое расстояние вдоль линии пути остается постоянным независимо от D₀ и равно 0,5d_a.

Однако изменение D₀ сказывается на Т_обл и скорости изменения его частоты V_f (импульса от цели). При малой дальности D₀ время Т_обл мало, а V_f - велика. С ростом дальности D₀ время Т_обл растет, а V_f снижается. Для достижения эффекта синтезирования необходимо соответствующим образом изменять характеристики оптимального фильтра (в зависимости от D₀).

По аналогии с оптической терминологией говорят, что РЛС должна фокусироваться по дальности. Все приведенные выше соотношения относятся к фокусированным РЛС.

До сих пор рассматривались системы активной радиолокации.

В отличие от систем активной локации, теплолокация реализуется в виде ИК-приемников широкополосных сигналов, которые строятся по компенсационному, корреляционному либо модуляционному принципу. Первые выполняются на мостовых схемах, где усиленные и продетектированные шумовые сигналы компенсируются постоянным напряжением, подаваемым во второе плечо, при этом в диагонали моста фиксируется полезный сигнал или направление на него.

В корреляционных - входной сигнал разделяют на две равные части, которые проходят по каналам с фильтрами и усилителями, имеющими независимые источники шума. Затем, после детектирования сигналов, они поступают на НЧ-фильтр, на выходе которого стоит индикатор постоянного тока. Однако создание идентичных каналов является задачей чрезвычайно сложной.

Поэтому наибольшее применение нашли модуляционные радиометры, одна из схем которых приведена на рис. 22.

Рис. 22

Подобные устройства могут отличаться типом входного усилительного тракта, построение которых возможно как в виде систем прямого усиления, параметрического усиления, так и в виде квантовых параметрических усилителей и супергетеродинных вариантов.

В ряде радиометров используется суммарное действие параметрического усилителя и супергетеродинного преобразователя.

Библиографический список

1. Червяков Г.Г. Применение Электронных приборов и устройств. Ч. 1. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1999. - 60 с. (№2571).

. Червяков Г.Г. Микроволновые полупроводниковые устройства. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. - 63 с. (№2571-2).

. Червяков Г.Г. Электронные устройства. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. - 165 с. (№2571-3).

. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Ганзий Д.Д. Нелинейные микроволновые полупроводниковые устройства. - Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2001. - 354 с.

. Малышев В.А. Бортовые активные устройства сверхвысоких частот. - Л.: Судостроение, 1990. - 264 с.

6. Пении П.И., Филиппов Л.И. Радиотехнические системы передачи информации. - М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.

7. Белавин О.В. Основы радионавигации: Учебное пособие для вузов. - М.: Сов.радио, 1977. - 320 с.

8. Пестряков В.В., Кузенков В.Д. Радиотехнические системы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1985. - 376 с.

9. Ширман Я.Д., Голиков В.Н. и др. Теоретические основы радиолокации. - М.: Сов.радио, 1970. - 364 с.

. Кинкулькин В.Е. и др. Фазовые методы определения координат. - М.: Сов.радио, 1977. - 280 с.

11. Теоретические основы радиолокации/ Под ред. В.А. Дулевича. -М.: Сов.радио, 1978. -607 с.

. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. -М.: Радио и связь, 1983. -320 с.

. Марков В.В. Радиорелейная связь. - М.: Связь, 1979. - 198 с.

14. Ацеров Ю.С. Морская международная спутниковая система связи «Инморсат». - М.: Электросвязь, 1982. №12. с. 14 - 16.

. Ярив А. Введение в оптическую электронику/ Пер. с англ. Г.Л. Киселева; Под ред. О.В. Богданкевича. - М.: Высш.шк., 1983. - 398 с.

16. Оптика и связь /А. Козанне, Ж. Флере, Г. Мэтр, М. Руссо: Пер. с франц.; Под ред. В.К. Соколова. - М.: Мир, 1984. - 502 с.

. Оптическая связь: Пер. с англ.; Под ред. И.И. Теумина. - М.: Радио и связь, 1984. - 384 с.

. Воронина Э.И., Привалов В.Е., Шеманин В.Г. Расчет параметров лазерного дистанционного зондирования молекулярного водорода // РАН. Научное приборостроение. 1998. Т.8. №1 - 2. С. 68 - 70.

. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. - М.: Мир, 1987. - 550 с.

. Обоимов А.Я., Деревянко С.А. Проблемы организации сети подвижной радиосвязи общего пользования // Электросвязь. 1991. №8. - 236 с.

. Adrew J. Viterbi. GDMA. Principles of Spread Communication. Addison-Wesley Wireless Communication Series. 1997. Р.148

. DX200 GENERAL DESCRIBTION (MTX) NOKIA. Telecommunikations 1990.

. Ли, Уильям К. Техника подвижных систем связи. - М.: Радио и связь, 1985.

. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. - М.: Радио и связь, 1997.

. Мухин А.М., Чайников Л.С. Энциклопедия мобильной связи. Системы подвижной службы общего пользования. - СПб: Наука и техника, 2001. - 201 с.

. Палий А.М. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1974. - 250 с.

. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: Уч. пособие для вузов / В.С. Филиппов, Л.И. Пономарев, А.Ю. Гринев и др.; Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994. - 592 с.

29. Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник-задачник по радиолокации. - М.: Сов.радио, 1977. - 320 с.

30. Наивысшие параметры основных классов изделий электронной техники, достигнутые к 1988 г./ В.И. Генкин, Т.Г. Грачева, Т.М. Калякина и др. // Зарубежная электронная техника. - М., 1988. Вып. 7. - с. 27 - 28.