Принципы измерения угла места в РЛС метрового диапазона

Измерение угла места в РЛС метрового диапазона рассмотрим на примере РЛС 55Ж6. В канале измерения высоты используется фазированная антенная решетка, которая имеет 16 строк (рис. 2.33а).

Расстояние между строками равно . В зависимости от угла места цели ε отраженный сигнал в каждой строке будет отличаться фазой. Набег фазы от строки к строке будет составлять

,

где l - длина волны зондирующего сигнала.

В течение одного цикла зондирования пространства в каждом кольце дальности, с помощью быстродействующего коммутатора, происходит опрос всех 16 строк. Результирующий сигнал на выходе усилителя показан на (рис. 2.33б). Зависимость изменения фазы принятого сигнала для одной строки и для результирующего сигнала показана на рис.(2.33в).

Рис. 2.32. Результирующая ДНА при наклоне электрической оси антенны к линии горизонта

 

Как видно из рисунка, за счет запаздывания сигнала по элементам решетки фаза результирующего сигнала будет изменяться с большей скоростью, относительно фазы сигала, принятой, например, 1-й строкой.

Максимальная разность фаз между этими сигналами будет равна

.

Так как частота сигнала есть производная фазы, то можно записать

.

Таким образом, набег фазы результирующего сигнала сопровождается изменением частоты. Поэтому отраженные сигналы, принятые ФАР под разными углами места на выходе усилителя будут иметь разную частоту. Максимальная разность частот между отраженными сигналами будет равна

.

Далее сигнал подается на анализатор спектра. По разносу частот (рис. 2.33г) определяется угол места цели. По известному углу места по ранее выведенному уравнению происходит расчет высоты. Недостатком данного способа измерения угла места цели является то, что при малых углах места на элементах антенны присутствуют одновременно два сигнала: сигнал отраженный от цели и прошедший отрезок АВ (рис. 2.29), и сигнал отраженный от цели, но прошедший путь до поверхности земли (отрезок АС) и отраженный от неё (отрезок СВ). Данное обстоятельство приводит к ошибкам измерения угла места цели. По этой причине при измерении угла места вносится дополнительная поправка на мультипликативный характер принятого сигнала.

Lsin(ε)

а)

Усилитель

Анализат. спектра

UP(t)

τ0

φP(t)

ω0t

б)

в)

г)

Рис.2.33. К принципу измерения угла места цели

 

 

2.4.5. Измерение высоты цели методом V - луча

Сущность метода измерения высоты цели с помощью V-луча состоит в следующем. Антенная система станции состоит из двух антенн, с помощью которых создаются две диаграммы направленности, оси сечений которых вертикальной плоскостью расположены под углом (обычно ) и образуют букву V (рис. 2.34.). Вертикальный луч служит для кругового обзора пространства, т.е. для определения азимута и дальности до целей, наклонный луч совместно с вертикальным – для измерения их высоты. Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости должна быть достаточной для перекрытия заданного сектора. При вращении антенной системы цель вначале попадает в зону действия вертикального луча, а затем наклонного. Чем больше высота цели, тем больше времени проходит от момента пересечения цели вертикальным лучом до момента пересечения её наклонным. Угол , на который за это время поворачивается антенная система, позволяет определить высоту цели.

 

 

О

Цель

А

В

М

Н

Рис. 2.34. К пояснению работы РЛС с V-лучом

 

 

Выведем необходимые расчетные соотношения, полагая, что положение цели в процессе измерения высоты практически не меняется. На рис. 2.34 введены обозначения: - наклонная дальность до цели, - горизонтальная дальность до цели. Из треугольника ОМВ имеем:

. (2.22)

Откуда находим зависимость угла от высоты цели

. (2.23)

Чтобы получить зависимость от угла места , воспользуемся соотношением

, (2.24)

подставляя которое в (2.22) получим

. (2.25)

Отсчет может бить произведён по индикатору кругового обзора либо по индикатору высоты, на котором в увеличенном масштабе выделен участок просматриваемого пространства в координатах азимут-дальность. Перевод значения в значение Н происходит с помощью специального график шаблона.

При определении высоты цели Н аналитическим путём производят в выражении (2.22) очевидную замену

 

и получают

. (2.26)

Подставляя в выражение (2.24) значение

(2.27)

и заменяя , из соотношения (2.24) получим формулу

(2.28)

для аналитического определения высоты Н по известной наклонной дальности Д и углу . Для распространенного расположения антенн под углом выражение (2.28) принимает вид

. (2.28а)

Практическое измерение высоты с помощью описанной системы производится на дальностях порядка до 200-250 км. Для того чтобы имелась возможность наблюдения сигналов от низколетящих целей, чему препятствует перекрытие вертикальных и наклонных лучей у основания, последние раздвигают на небольшой угол (обычно ) и в этом случае измеряется угол . Величину в выведенных выше формулах можнозаменить на .

Существенными недостатками метода измерения высоты с помощью V-луча являются то, что при большом количестве целей затрудняется распознавание соответствующих пар импульсов. Это, в свою очередь, делает невозможным измерение высоты цели. Методу присущи также и ошибки измерения высоты, связанные с неточностью измерения азимута , особенно на больших дальностях. В последнем случае, считая, что , можно принять и тогда на основании формулы (2.28) ошибка измерения угла места цели, обусловленная ошибкой в определении разности азимутов, будет равна

. (2.29)

Тогда из выражения (2.28) получим формулу для ошибки по высоте

. (2.30)

Эта ошибка растет с ростом дальности до цели. Например, задаваясь

значениями и , имеем

.

На меньших дальностях величина ошибки будет меньше.

Ошибки в измерении высоты цели, связанные с движением самой цели, сильно сказываются на малых дальностях. Эти ошибки обусловлены изменением в процессе измерения высот положения цели и её угловой скорости движения по отношению к оси вращения антенны

, (2.31)

где тангенциальная составляющая скорости движения цели прибавляется (или вычитается) к скорости вращения антенны . Поэтому при определении угла соответственно по формуле (2.25) высота подвижной цели определяется с ошибкой, зависящей от угловой скорости цели . На этом основании можно записать

. (2.32)

Заменяя

,

получаем выражение для ошибки по высоте:

. (2.33)

Задаваясь значениями , , , , имеем

.

Из выражения (2.23) видно, что ошибка в измерении высоты за счет движения цели уменьшается с увеличением дальности до цели.

 

2.5. Виды зондирующих сигналов, применяемых в

радиолокационных станциях РТВ

 

2.5.1. Влияние структуры и параметров зондирующег2.4. Методы измерения координат, применяемые в

современных радиолокационных станциях

 

Измерение (оценивание) параметров сигналов, а значит координат и других параметров движения целей - важнейшая составная часть процесса получения радиолокационной информации.

Измерению подлежат в общем случае несколько составляющих движения: время запаздывания сигнала (с – скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве, ), пропорциональное координате по цели в момент облучения; характеристики направления прихода сигнала (угловые координаты: азимут , угол места или высота цели; величины, пропорциональные производным от координат цели ( , ), где F_Д и V_р – соответственно доплеровская частота и радиальная скорость цели; λ – длинна волны зондирующего сигнала.

Операции обнаружения и измерения сливаются часто в единый процесс. В данном случае мы будем считать, что решение о наличии сигнала достоверно принято.

Различают измерение неизменяющихся и изменяющихся во времени параметров сигнала. Измерение неизменяющихся во времени (в одном обзоре) параметров будем называть неследящим. Следящим называют многоэтапное (в течение нескольких обзоров) измерение параметров, когда результаты предыдущего этапа измерения используются как априорные для последующего этапа (вторичная обработка РЛИ).

В теории байесовского оценивания параметров сигналов результирующая оценка векторного параметра определяется как решение системы уравнений

при , , (2.20)

где: - апостериорная (послеопытная) плотность вероятности результирующего параметра ;

- априорная (доопытная) плотность вероятности, позволяющая отдать предпочтение тем или иным значениям (интервалам значений) ;

- условная плотность вероятности реализации при фиксированном значении параметра (функция правдоподобия), которая после приема сигнала несет новую информацию об ; - нормирующий коэффициент.

Результатом решения системы (2.20) является известный алгоритм следящего измерения (вторичная обработка)

, (2.21)

где - результирующая корреляционная матрица ошибок (получается путем обращения суммарной матрицы точности );

- матрица точности текущего измерения параметра .

В том случае, когда не уточняет результатов текущего измерения, полагают на интервале измерения и , а алгоритм (2.20) байесовского оценивания параметра переходит в алгоритм максимально правдоподобной оценки при , т.е. в алгоритм оценки по максимуму выходного эффекта, который называется неследящим (первичная обработка).

 

2.4.1. Измерение азимута и дальности в современных РЛС

 

2.4.1.1 Принцип измерения дальности до цели

 

Дальность до цели в импульсной РЛС определяется временем распространения радиоволн от РЛС до цели и обратно (рис.2.17) (косвенное измерение): . На рисунке представлены графики импульсов запуска РЛС, зондирующих импульсов и эхо-сигналов, отраженных от цели.

Рис. 2.17. Импульсный метод измерения дальности

 

 

В РЛС с цифровой обработкой сигналов время распространения радиоволн определяется числом масштабных импульсов N (номером кольца дальности), заключенных в интервале времени между излучением зондирующего импульса и приемом отраженного эхо-сигнала, т.е. , где - период следования импульсов дискретизации, соответствующий условию теоремы Котельникова.

Структурная схема цифрового устройства измерения дальности приведена на рис. 2.18.

Импульсы запуска ИЗ обнуляют счетчик СТ в каждом периоде следования зондирующих импульсов, поэтому счет тактовых импульсов с периодом дискретизации Т в каждом периоде зондирования пространства начинается с нуля. Цифровой код на выходе счетчика соответствует числу тактовых импульсов (номеру кольца дальности). При наличии цели в соответствующем кольце дальности на схемы совпадения & счетчика от устройства автоматического обнаружения цели приходит импульс обнаружения. Многоразрядный цифровой код счетчика, являющийся кодом дальности, переписывается в буферное запоминающееся устройство (БЗУ), отождествляется по времени с данным импульсом обнаружения цели и в последующем выступает как цифровой код дальности именно этой цели.

 

Ц

Д

ИМП. ОБНАРУЖЕНИЯ

ИЗ

ТИ

Т

СТ

R

&

&

БЗУ

Рис. 2.18. Структурная схема устройства измерения дальности

2.4.1.2 Принцип измерения азимута цели

 

Азимут цели определяется по положению середины пачки отраженных от цели зондирующих импульсов, превысивших порог обнаружения. Такие импульсы получили название «импульсы обнаружения». Код азимута (код b) определяется путем фиксации в каждом дискрете дальности кода азимута антенны в момент начала пачки и конца и последующего расчета по формуле:

,

где - размер (ширина) пачки по азимуту .

Упрощенная структурная схема устройства измерения азимута приведена на рис.2.19. В устройстве определения начала и конца пачки на основе приходящих импульсов обнаружения формируются импульсы начала НП и конца КП пачки, которые поступают в устройство определения азимута конца и ширины пачки . Для этого на устройство определения b и поступает текущий код азимута антенны «Код ». В устройстве ограничения ширины пачки производится анализ ширины пачки и ее ограничение сверху и снизу. Сверху пачка ограничивается на уровне максимально возможной величины, определяемой шириной ДН антенны в азимутальной плоскости. В случае превышения пачки указанных размеров формируется сигнал прерывания и считывания, что указывает на наличие на анализируемой дальности более одной цели.

 

 

t

1

t

2

t

Н

b

К

b

t

b

D

Н

b

К

b

b

1

t

Рис. 2.20. При

нцип оценки азимутального положения цели

Ограничение пачки снизу производится на уровне примерно в 4 раза меньше, чем ширина ДН антенны в азимутальной плоскости. В арифметически-логическом устройстве АЛУ производится вычисление азимута цели в соответствии с выражением .

 

2.4.2. Обзор пространства и измерение высоты (угла места) в РЛС

с парциальными диаграммами направленности

 

Необходимость измерения в процессе обзора трех пространственных координат и обеспечения разрешения целей по обеим угловым координатам требует применения в трехкоординатных РЛС антенн с узкими диаграммами направленности как по азимуту, так и по углу места. Однако при наличии на передачу и прием одного такого луча (и одного приемо-передающего тракта) необходим двумерный последовательный обзор пространства (например, кадровый, как у высотомеров в секторном режиме работы), что потребует недопустимо большого времени обзора пространства. Для обеспечения высокого темпа обзора пространства сохраняют последовательный обзор лишь по одной угловой координате-азимуту, а по углу места обеспечивают одновременный (параллельный) обзор, т. е. используют смешанный метод обзора пространства.

Обеспечить одновременный обзор всех угломестных направлений в заданном секторе в трехкоординатных РЛС можно двумя методами: а) методом парциальных диаграмм; б) методом частотного сканирования луча антенны в угломестной плоскости. Оба метода находят в настоящее время практическое применение. При методе парциальных диаграмм одновременный обзор заданного угломестного сектора обеспечивается тем, что антенна РЛС формирует на прием в вертикальной плоскости набор смещенных и перекрывающихся друг с другом узких парциальных диаграмм (рис.2.21. а).

Такая веерная диаграмма направленности может быть сформирована, например, с помощью зеркальной антенны с набором смещенных друг относительно друга по вертикали облучателей. На излучение формируется либо один широкий луч косекансной формы (рис. 2.21 б), как это реализовано в РЛС 55Ж6, 22Ж6, либо набор лучей (более широких, чем на прием), перекрывающих заданный угломестный сектор (рис. 2.21 в).

 

 

а б в   Рис. 2.21. Иллюстрации метода парциальных диаграмм

 

 

В современных РЛС с целью оптимизации распределения энергии по направлениям в соответствии с реальной воздушной и помеховой обстановкой в зоне обнаружения РЛС может предусматриваться возможность сосредоточения всей энергии передатчика в течение некоторого времени в узком луче, положение которого по углу места задается ЭВМ, в соответствии с помеховой обстановкой, выявленной в предыдущем обзоре РЛС. При любом варианте формирования диаграмм направленности на передачу передающую и приемную антенны делают раздельными, что облегчает формирование на передачу и прием требуемой формы и упрощает волноводный приемный тракт (отпадает необходимость в большом комплекте антеннных переключателей).

Достоинство РЛС с парциальными диаграммами по сравнению с РЛС с частотным сканированием является то, что в них могут применяться зондирующие сигналы любой формы (простые, сложно модулированные, многочастотные), может производиться перестройка частоты с целью защиты от прицельных по частоте активных помех.

Рассмотрим принцип обработки сигналов и измерения координат в РЛС с парциальными диаграммами направленности. Упрощенная структурная схема приемного устройства изображена на рис. 2.22.

 

о Н

инф.

К устр.

Приемн. N

обнар. и измер. Д,b

. . .

Устр. пороговое

Устройство измерения и индикации высоты

Приемн.

Приемн.

Устр. пороговое

Устр. пороговое

Рис.2.22. Структурная схема приемного устройства РЛС с парциальными диаграммами направленности

 

 

Для того чтобы обеспечить одновременный прием сигналов с любого угломестного направления и измерение угла места целей, с облучателем каждого парциального канала связан свой приемный канал.

Выходные сигналы всех приемников через пороговые устройства передаются на схему ИЛИ, где объединяются и подаются на устройство обнаружения и измерения плоскостных координат Д и b (например, на ИКО). Включение пороговых устройств на выходе каждого приемника предотвращает суммирование шумов всех приемников в схеме ИЛИ и тем самым предотвращает ухудшение отношения сигнал/шум.

Измерение азимута и дальности в РЛС производится теми же методами, что и в дальномерах РЛК.

Угол места определяется на основании следующих свойств РЛС: антенная система имеет ряд парциальных диаграмм, развернутых по углу места и вращающихся по азимуту (рис. 2.23).

Прием эхо-сигналов или активной шумовой помехи может производиться одновременно одним, двумя или несколькими каналами в зависимости от интенсивности сигнала и угловых координат его источника.

Определение высоты по измеренным дальности и углу места цели производится спецвычислителем по формуле (2.19) либо с помощью индикатора высоты. Измерение угла места производится методом моноимпульсной радиолокации с дискретным отсчетом. Существует несколько методов дискретного отсчета: по номеру приемного канала, однопороговый и многопороговый.

Рис. 2.23. Оценка угла места цели с помощью метода парциальных лучей

 

При отсчете по номеру приемного канала за оценку угла места цели принимается направление максимума луча того канала, на выходе приемника которого в устройстве измерения высоты обнаружен сигнал. При этом возникает ошибка дискретности отсчета. Очевидно, максимальное значение ошибка дискретности примет в том случае, когда цель будет находиться на равносигнальном направлении (а за оценку будет принято положение максимума одного из соседних лучей):

,

где: - положение максимумов двух соседних ( и ) лучей антенны;

- угловое смещение максимумов соседних лучей (оно выбирается равным ширине одного луча ).

Среднеквадратическое значение ошибки дискретности отсчета при положении с равновероятным распределением угла места цели между соседними отсчетами будет равна

.

Для уменьшения ошибки дискретности отсчета (при заданной ширине луча ) применяют метод определения угла места, где «учитывается» энергия принимаемого сигнала каждым парциальным лучом.

При приеме сигнала одним каналом угла места источника отождествляется с углом места максимума ДН канала ( , где ). При приеме сигнала более чем двумя каналами решается задача правильного выбора измерительного интервала, т.е. выбора двух соседних каналов, принявших сигнал главными лепестками своих ДН (многоимпульсный способ измерения). После определения (выбора) двух соседних каналов, угол места уточняется путем сравнения характеристик (ширины пачки) сигнала в двух каналах. При примененном методе сравнения размеров пачек угол места выражается формулой

 

где: - длина пачек (количество импульсов) в смежных и каналах; - значение угла места равносигнального направления между и лучами; B и С – константы, подобранные для диапазона уровней сигналов, лежащих в зоне уточнения и характеризующих форму ДН антенны.

Структурная схема устройства определения угла места цели изображена на рис. 2.24. Принцип ее работы очевиден из рисунка. Величины , позволяют учесть соответственно поправку на наклон электрической оси антенны, а также поправку на рефракцию луча в атмосфере.

К существенным недостаткам данного способа измерения угла места цели можно отнести:

1. Повышенные требования к позиции РЛС – отсутствие углов закрытия. Наличие углов закрытия приводит как к провалам в проводке целей, так и к существенным ошибкам измерения высоты.

2. Для повышения точности измерения угла места возникает необходимость увеличения длинны пачки за счет расширения ДН каждого луча в азимутальной плоскости. Это приводит к ухудшению защиты от пассивных и активных помех.

eОП+De

Код

Код зоны

Устрой- ство вы- бора двух со- седних каналов

Дешиф- ратор ДС

Сум- матор SM 1

Сум- матор SM 2

Устрой- ство оп- ределе- ния поправ- ки

Рис.2.24. Структурная схема определения угла места цели

 

2.4.3. Формирование зоны обнаружения и измерения высоты

(угла места) в РЛС с частотным сканированием луча

 

В РЛС с частотным сканированием луча по углу места применяется ступенчато частотно модулированный или ЛЧМ зондирующий сигнал и антенна с частотной чувствительностью в угломестной плоскости. На излучение и прием используется одна антенна.

Такая антенна формирует на излучение один узкий в обеих плоскостях луч, положение которого по углу места определятся частотой подведенных к ней колебаний. Поскольку в течение длительности импульса передатчика его частота изменяется от до , то за это время луч антенны последовательно перемещается по углу места от до (рис. 2.25).

В результате сканирования луча цель, находящаяся под некоторым фиксированным углом места , облучается лишь частью зондирующего сигнала. Отраженный сигнал представляет собой «вырезку» из зондирующего сигнала. Его длительность определяется шириной диаграммы направленности по углу места и скоростью сканирования и равна

,

а девиация частоты равна

,

где: - ширина сектора качания луча;

- ширина ДН в угломестной плоскости в направлении на цель;

- удельное время облучения единицы угла места;

- полная девиация зондирующего сигнала.

 

Рис.2.25. К пояснению принципа частотного сканирования луча антенны

 

 

Особенностью работы на прием антенны с частотным сканированием по сравнению с антенной с механическим сканированием является то, что она остается неподвижной в угломестной плоскости сканирования и способна принимать сигналы одновременно с любого углового направления на соответствующей этому направлению частоте при любом их запаздывании. Если при применении остронаправленной антенны с механическим сканированием переместить луч в новое направление (путем качания антенны) можно лишь после того, как будет принят отраженный сигнал от самой удаленной цели, то в антенне с частотным сканированием передающий луч может перемещаться в новое направление, не дожидаясь прихода эхо-сигналов с предыдущего направления. Можно быстро, в течение зондирующего импульса, произвести сканирование передающего луча в заданном секторе , а затем в течение паузы до следующего зондирующего импульса антенна «соберет» эхо-сигналы со всех угломестных направлений. В этом смысле можно считать, что сканирует лишь передающий луч, а на прием антенна формирует набор неподвижных парциальных лучей, причем направлению максимума каждого луча соответствует своя частота сигнала. РЛС с частотным сканированием производит практически одновременный (параллельный) обзор по углу места и последовательный обзор по азимуту (путем вращения антенны).

Достоинством РЛС с частотным сканированием является возможность адаптации обзора в соответствии со складывающейся воздушной и помеховой обстановкой путем изменения параметров зондирующего сигнала. Так, выбором достаточно длинного сигнала с определенной средней частотой и малой девиацией частоты может производить длительное зондирование определенных угломестных направлений, обеспечив тем самым обнаружение сигналов в шумовых помехах повышенной плотности. Рассмотрим принцип обработки сигналов и измерения координат в РЛС с частотным сканированием.

На рис. 2.26 приведена упрощенная структурная схема приемного устройства РЛС, а на рис. 2.27 - графики, поясняющие принцип обработки сигналов. На рис. 2.27а изображены законы изменения частоты зондирующего сигнала и двух эхо-сигналов, полученных от целей, находящихся на одной дальности, но на разных углах места. Как следует из рисунка, каждому углу места цели соответствует своя центральная частота эхо-сигнала, что и используется для измерения угла места цели.

Принятые сигналы с выхода антенны поступают на УВЧ. Ширина его полосы пропускания выбирается не менее девиации частоты зондирующего сигнала , поэтому он обеспечивает усиление на высокой частоте сигналов, принятых с любого угла места. После преобразования на промежуточную частоту сигналы усиливаются в широкополосном УПЧ (ШУПЧ) и подаются на дисперсионный фильтр (ДФ), согласованный с зондирующим сигналом. Его время - частотная характеристика (зависимость времени задержки в фильтре от частоты входного сигнала) изображена на рис. 2.27б. В фильтре осуществляется сжатие сигналов, принятых с любого угла места, до длительности . При этом, как это следует из рассмотрения время-частотной характеристики ДФ, сигналы, принятые от целей, находящиеся на одной дальности, но разных углах места, на выходе ДФ появятся одновременно (рис.2.27в). Таким образом, ДФ устраняет неопределенность дальность-угол места, которая имела место на выходе приемника и была вызвана неодновременность зондирования разных угломестных направлений.

После обработки в ДФ сигналы становятся демодулированными по частоте, но имеют разную несущую частоту в зависимости от угла места цели (рис. 2.27г). Для определения угла места целей необходимо провести спектральный анализ сигналов на выходе ДФ, для чего может применяться набор узкополосных фильтров, перекрывающих диапазон частот, равный девиации частоты зондирующего сигнала.

Устр.

порог

Устр.

опроса

кана-

лов

на ИКО

“Уст.0”

(имп.зап.)

Устр.

порог

Устр.

порог

Тг

Тг

Тг

Тг

Тг

Дет.

Узк.

ф-р 1

Дет.

Дет.

Узк.

ф-р 2

Узк.

ф-р N

ДФ

УПЧ

СМ

УВЧ

Гет.

Рис. 2.26. Структурная схема приемного тракта РЛС с частотным сканированием

Ширина полосы пропускания узкополосного фильтра должна быть согласована с шириной спектра сигнала, т.е. , а общее число фильтров должно быть равно . Последовательно включенные ДФ и узкополосный фильтр осуществляют оптимальную фильтрацию сигналов, принятых с определенного угла места (дисперсионный фильтр производит оптимальное сжатие сигнала, но не обеспечивает максимального отношения сигнал/шум, так как ширина его полосы пропускания значительно больше ширины спектра эхо-сигнала). После детектирования сигналы всех угломестных каналов через пороговые устройства подаются на схему объединения (ИЛИ) и с ее выхода на устройство обнаружения и измерения плоскостных координат (ИКО).

Измерение и индикация угла места и высоты целей в РЛС с частотным сканированием может производиться теми же методами, что и в РЛС с парциальными диаграммами направленности. Однако реализация поочередного опроса каналов за длительность импульса встречает значительные технические трудности, так как длительность сжатого импульса мала (в некоторых РЛС ), поэтому устройство опроса должно быть быстродействующим, а весь последующий тракт, включая индикатор высоты, широкополосным. Поэтому находит применение следующий метод индикации угла места (рис. 2.26).

а)

б)

в)

г)

Рис. 2.27. К принципу обработки сигналов в РЛС с частотным сканированием луча

 

 

На выходе каждого канала включены в качестве запоминающих устройств триггеры (Тг), которые в начале каждого периода следования импульсами запуска РЛС устанавливаются в исходное (нулевое) состояние. Появившийся эхо-сигнал переводит триггер соответствующего канала в единичное состояние, которое сохраняется до конца периода следования. В конце каждого периода следования осуществляется поочередной опрос всех триггеров. Очевидно, такой опрос можно производить уже с невысокой скоростью, выделив для опроса необходимое время в конце периода следования. Однако при таком методе считывания угломестной информации оказывается потерянной информация о дальности цели, которая также необходима для расчета высоты цели. Эту информацию получают из тракта определения плоскостных координат. На индикаторе высоты РЛС создается две растровых развертки (рис. 2.28): в нижней части экрана развертка в координатах азимут-дальность, а в верхней части - в координатах азимут - угол места.

В каждом периоде следования импульсом запуска РЛС запускается генератор развертки дальности и луч вычерчивает вертикальную линию, начиная от нижнего края экрана. В это время на модулирующий электрод трубки подаются для индикации объединенные сигналы каналов (с выхода схемы ИЛИ). Когда развертка дальности дойдет по вертикали до положения, соответствующего максимальной дальности, начинается опрос триггеров угломестных каналов. С этого момента вертикальная развертка становится уже разверткой угла места, с ее скоростью синхронизирована скорость опроса каналов. На модулирующий электрод трубки в это время подаются сигналы с выхода устройства опроса угломестных каналов. Таким образом, на экране индикатора высоты от каждой цели будет по две отметки: в нижней и в верхней части экрана. Для определения высоты оператор с помощью кнюппельного устройства вводит в спецвычислитель координаты цели (Д, b, e), для чего совмещает электронный маркер с отметкой сначала в нижней, а затем в верхней части экрана, и после каждого совмещения нажимает кнопку съема данных. После расчета высоты спецвычислителем координаты цели (Д, b, H) отображаются на световом табло. На РЛС имеется несколько индикаторов высоты, на каждом индикаторе отображается обстановка в определенном азимутальном секторе.

 

 

Ä

Отметки от целей

e

b

Д

b

Линии азимута

 

Рис. 2.28 Вид разверток на экране индикатора высоты

Помимо индикаторного съема информации о высоте предусматривается и автосъем (без участия оператора). Рассмотренная схема приемного устройства (рис. 2.26) обеспечивает оптимальную обработку сигнала в режиме обзора всего угломестного сектора. Если в РЛС предусмотрена фиксация антенны в определенном угломестном направлении (путем выбора соответствующей средней частоты зондирующего сигнала и малой скорости изменения частоты в течение импульса), то в приемном устройстве к выходу ШУПЧ параллельно с дисперсионным фильтром и последующими элементами должны быть подключены фильтры, согласованные с этими параметрами сигналов, с выходов которых и должна сниматься информация в режимах просмотра узких угломестных секторов.

К недостаткам РЛС с частотным сканированием луча ДН можно отнести: а) невозможность использования перестройки частоты для защиты от прицельных помех; б) зависимость точности измерения угла места цели от её радиальной скорости.

 

2.4.4. Особенности формирования зон обнаружения и

измерение угла места в РЛС метрового диапазона

 

Особенностью формирования зоны обнаружения в вертикальной плоскости в РЛС метрового диапазона является то, что, в следствие определенных трудностей получения узкого луча антенны и необходимости обнаружения целей под малыми углами места, в формировании диаграммы направленности принимает участие поверхность земли.

В метровом диапазоне волн требования к допустимой величине неровностей, определяемые критерием Релея , для типовых позиций РЛС обычно выполняются сравнительно легко.

Рис.2.29 а. Вид ДНА ФАР трехкоординатной РЛС метрового диапазона волн

Вследствие того, что в формировании диаграммы направленности участвует достаточно гладкая (для метрового диапазона волн) земная поверхность, то в любую точку пространства (например, в точку А на рис. 2.29б) приходят две волны: прямая и отраженная от земли. Эти волны складываются в общем случае со сдвигом по фазе, который обусловлен изменением фазы волны при отражении от земли и разностью хода прямой и отраженной волн до точки А. Разность хода волн зависит от угла места рассматриваемой точки А. Под некоторыми углами места эти волны приходят в противофазе, что приводит к ослаблению результирующего поля. В результате зона обнаружения РЛС в вертикальной плоскости приобретает изрезанный (лепестковый) характер.

Если максимум диаграммы направленности антенны ориентирован вдоль горизонта, а модуль коэффициента отражения от земли равен (близок) единице, то максимумы диаграммы направленности удваиваются, но зато в провалах поле уменьшается до нуля (рис. 2.30). Положение и ширина лепестков зависят от отношения высоты антенны к длине волны . Чем больше отношение, тем уже лепестки и тем в большей степени они прижимаются к земле. В направлениях максимумов дальность обнаружения возрастает в два раза, но из-за наличия провалов не будет обеспечиваться непрерывная проводка обнаруженных целей.

 

А

С

В

В

Рис. 2.29 б. Формирование ДНА при участии земли

Рис. 2.30. Примерный вид результирующей ДНА РЛС метрового диапазона волн при горизонтальной поляризации

 

Для формирования беспровальной зоны обнаружения в РЛС метрового диапазона применяют два метода:

а) использование разнесенных по высоте антенн;

б) подъем электрической оси антенны над горизонтом.

Формирование зон обнаружения с помощью двух разнесенных по высоте антенн применяется в РЛС дежурного режима с невысоким энергетическим потенциалом (П-12М, П-18), где используются антенны типа «волновой канал» с небольшими вертикальными размерами. Электрические оси этих антенн ориентируются вдоль горизонта. Высоты верхней и нижней антенн подбираются так, чтобы провалы в диаграмме направленности одной антенны были закрыты лепестками диаграммы направленности другой антенны (рис. 2.31).

Рис. 2.31. Формирование результирующей ДНА с помощью разнесённых по высоте антенн

 

В высокопотенциальных РЛС дальнего обнаружения и предупреждения этот способ не применим из-за больших габаритов антенн в вертикальной плоскости.

В этих РЛС электрическая ось антенны поднята над горизонтом на угол 4⁰-5⁰. Вследствие этого амплитуда отраженной волны (пропорциональная длина отрезка ВК на рис. 2.29б) становится меньше амплитуды прямой волны (пропорциональной отрезку ВL), и полной взаимной компенсации волн в тех направлениях, где они противофазны, не происходит. Зона обнаружения также имеет изрезанный вид, но провалы нулевых значений не принимают. Примерный вид такой зоны изображен на рис. 2.32.