рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
- Раздел Образование
- /
- Радиолокационные системы
Реферат Курсовая Конспект
Радиолокационные системы
Радиолокационные системы - раздел Образование, Вмс Вооруженных Сил Украины Академия Военно-Мор...
ВМС ВООРУЖЕННЫХ СИЛ УКРАИНЫ
АКАДЕМИЯ ВОЕННО-МОРСКИХ СИЛ имени П.С. НАХИМОВА
А.В. Гончар
Радиолокационные системы
Учебное пособие
Севастополь
Г 657 УДК 621.396.967(075) Учебное пособие составлено в соответствии с программой учебной дисциплины «Радиолокационные системы» (раздел…Список сокращений Это делаю я
В с т у п л е н и е
Основные понятия и определения
Радиолокатор, радар, радиолокационная станция (система), (РЛС) – устройство для наблюдения за различными объектами (целями) методами радиолокации. Основные узлы РЛС – передающее и приёмное устройства, расположенные в одном пункте (т. н. совмещенная РЛС) или в пунктах, удалённых друг от друга на некоторое (обычно значительное) расстояние (двух- и многопозиционные РЛС); в РЛС, применяемых для пассивной радиолокации, передатчик отсутствует. Антенна может быть общей для передатчика и приёмника (у совмещенной РЛС) или могут применяться раздельные антенны (у многопозиционных РЛС). Важная составная часть приёмного устройства РЛС (после собственно приёмника) – световой индикатор на электроннолучевой трубке (ЭЛТ), а в современных (середины 70-х гг.) РЛС наряду с индикатором – ЦВМ, автоматизирующая многие операции по обработке принятых сигналов.
Основные характеристики РЛС: точность измерений, разрешающая способность, предельные значения ряда параметров (максимальная и минимальная дальность действия, сектор и время обзора и др.), помехоустойчивость. К основным характеристикам относят также мобильность РЛС, её массу, габариты, мощность электропитания, срок службы, количество обслуживающего персонала и многие другие эксплуатационные параметры.
Итак, термин локация (и его всевозможные производные) произошел от латинских слов radio –излучаю и locatio – размещение, распределение, и означает определение местоположения объекта по сигналам (звуковым, тепловым, оптическим, электромагнитным и др.), излучаемым самим объектом (пассивная локация) или отраженным от него сигналом, излучаемым самим устройством (активная локация).
Следует отметить, что свойствами локации (способностью определять положение объекта по отношению к себе или свое положение в пространстве) обладают человек и многие животные – биолокация.
В зависимости от применяемых методов и технических средств различают звуковую локацию (гидро-, звуко-, эхо-), радиолокацию (электромагнитную), оптическую (лазерную) локацию и планетную (радиолокационную астрономию).
Под радиолокацией понимают также процесс радиолокационного наблюдения. В дальнейшем, если это не будет оговорено отдельно, нами будет рассматриваться только радиолокация.
Объектами радиолокации являются физические объекты естественного и искусственного происхождения, отличающиеся по своим электромагнитным свойствам от среды распространения сигнала.
Краткая историческая справка
В СССР первые опыты по радиообнаружению самолётов были проведены в 1934 г. Промышленный выпуск первых РЛС, принятых на вооружение, был начат в 1939… Во время Великой Отечественной войны, кроме станций «Редут», было развёрнуто… После 2-й мировой войны с развитием авиации (повышением высоты, скорости полёта и манёвренности самолётов), появилась…Основные типы РЛС
РЛС различают прежде всего по конкретным задачам, выполняемым ими автономно или в комплексе средств, с которыми они взаимодействуют, например: РЛС… В зависимости от места установки РЛС различают наземные, морские, самолётные,… РЛС точного измерения координат, называются станциями орудийной наводки (СОН), определяют с высокой степенью точности…Общее описание радиолокационной станции
Основной принцип построения активной РЛС сравнительно прост, но его реализация во многих конкретных случаях представляет собой сложную задачу. РЛС… Принцип радиолокации применяется в широкой области частот, от нескольких… Рис. 1. Функциональная схема РЛС …Уравнение дальности радиолокации
По-видимому, наиболее полезным и простым описанием влияния различных факторов на работу РЛС является уравнение дальности радиолокации. Одна из форм… (А) Правая часть уравнения записана как произведение трех сомножителей, чтобы лучше отразить физическую сущность…Информация, извлекаемая при обработке радиолокационного сигнала
Хотя в основе самого наименования «радиолокационная станция» лежит аббревиатура английских слов «обнаружение и измерение дальности с помощью радио»… Обнаружение цели – это установление факта ее наличия в данной точке… Рассмотрение обнаружения вне зависимости от получения информации не означает, что между этими процессами нет никакой…Диапазоны частот, применяемые в радиолокации
Набор буквенных обозначений различных частотных диапазонов широко используется в радиолокации (табл. Б). Исходные кодовые буквы (R, L, S, X и А) в… Международный союз электросвязи (МСЭ) определил границы специальных диапазонов… Таблица БКонтрольные вопросы
1. Дайте определение, что такое радиолокация.
2. Приведите возможные варианты классификации РЛС.
3. Обобщенная функциональная схема РЛС.
4. Параметры цели, определяемые с помощью РЛС.
5. Основное уравнение радиолокации, формы его записи.
Р А З Д Е Л І
Т Е О Р Е Т И Ч Е С К И Е О С Н О В Ы Р А Д И О Л О К А Ц И И
В данном разделе рассматриваются основные положения теории радиолокации и некоторые практические методы инженерных решений при реализации этих положений. В разделе, в частности, рассматриваются следующие вопросы:
– зондирующие сигналы, применяемые в радиолокации;
– физические процессы, связанные с распространением радиоволн в атмосфере, влияние на них гидрометеоров, подстилающей поверхности и кривизны Земли;
– физические процессы, связанные с отражением радиоволн от объектов различными физическими свойствами;
– шумы и помехи при приеме сигналов, отраженных от объекта;
– основные положения статистической теории радиолокации.
В целом раздел задуман и выполнен как самостоятельное, законченное учебное пособие.
Г л а в а 1
Сигналы, применяемые в радиолокации
Здесь и далее, если это не оговорено отдельно, нами будет рассматриваться случай активной радиолокации. В этом случае вся информация о цели… Из-за ряда причин, связанных в основном с условиями распространения радиоволн,… Характер и качество информации, получаемой в РЛС, зависят от структуры и свойств зондирующего сигнала. В зависимости…Простые сигналы
Простыми называются сигналы, база которых В, т.е. произведение ширины спектра сигнала на его длительность , удовлетворяет условию . Все… Наиболее широко используются в радиолокации в качестве зондирующих сигналов… Рис. 1.1. Прямоугольный и колоколообразный радиоимпульсы ,Радиоимпульсы с внутриимпульсной частотной модуляцией
Для ЛЧМ-радиоимпульсов закон частотной модуляции описывается выражением: , Рис. 1.3. ФКМ-сигнал, модулированный по семиразрядному коду Баркера где –…Непрерывные зондирующие сигналы
Непрерывные зондирующие сигналы делятся на:
– монохроматические, т.е. сигналы без модуляции СВЧ-колебаний;
– сигналы с частотной модуляцией (манипуляцией) (ЧМ);
– сигналы с ФКМ.
| Рис. 1.4. ЧМ-сигнал по V-образному закону |
Для ЧМ непрерывных сигналов используют, как правило, ЛЧМ, V-образную ЧМ и т.д. с определенным периодом. Пример такого сигнала показан на рис. 1.4.
Аналогичным образом формируются и непрерывные ФКМ-сигналы, которые на интервале, равном периоду повторения, представляют собой ФКМ-импульсы.
Основные параметры зондирующих сигналов
Длительность сигнала . Она измеряется на некотором заданном уровне, например, на уровне 0,1 или 0,5. Мощность и энергия:различают– мгновенную мощность Р(t), и импульсную мощность… Средняя мощность непрерывного во времени сигнала – энергия сигнала:Линейные рекуррентные последовательности максимальной длины
Линейной рекуррентной последовательностью (ЛРП) называется последовательность символов удовлетворяющая рекуррентному правилу: , (1.6) где значения как символов последовательности {аi}, так и коэффициентов с и сi принадлежат некоторому алфавиту…Системы сигналов
При построении систем передачи информации, таких, как многоканальные системы с кодовым уплотнением, т – ичные системы (системы, в которых для… При действии в канале помехи типа белого гауссового шума помехоустойчивость… . (1.9)Ортогональные сигналы
, где – число отсчетов на интервале Tс по теореме Котельникова, – коэффициенты разложения.Биортогональные сигналы
Система из т биортогональных сигналов формируется из т/2 ортогональных сигналов добавлением к каждому из них противоположного сигнала. Простейшей такой системой является система из четырех сигналов с одинаковой энергией.
Если в качестве базисных функций использовать функции
,
то при т = 4 биортогональные сигналы будут отличаться только фазой и совпадут с сигналами, полученными фазовой манипуляцией.
Симплексные сигналы
В общем случае симплексные сигналы получаются из ортогональных сигналов следующим образом. Пусть {аi}, i = 1,2,..., т, – ортогональные сигналы.… . (1.13) Для симплексных сигналов энергия должна быть минимальной. Минимизируя выражение (1.13) по , можно показать, что…Контрольные вопросы
1. Дать определение, что такое сигнал.
2. Простые сигналы, их свойства.
3. Сложные сигналы, их свойства.
4. ЛЧМ сигналы, их характеристики.
5. ФКМ сигналы, их характеристики.
6. Непрерывные сигналы, их характеристики и область применения.
7. Временное и частотное представление сигналов, преобразования Фурье.
8. Линейные рекуррентные последовательности, свойства, способы генерации.
9. Ортогональные сигналы.
10. Сигналы на базе функций Радемахера, их свойства.
11. Сигналы на базе функций Уолша, их свойства.
12. Способы генерации сигналов на базе функций Уолша.
13. Симплексные сигналы, их свойства, способы генерации.
Г л а в а 2
Формирование отраженного радиолокационного сигнала
Вторичное излучение электромагнитных волн.
Эффективная площадь рассеяния целей
Явление вторичного излучения, лежащее в основе активной радиолокации, свойственно волнам любой природы. Оно возникает всякий раз, когда волна… Препятствием для радиоволн служит любая неоднородность электрических… Характер вторичного излучения зависит от многих факторов, основными из которых являются:Эффективная площадь рассеяния при различных соотношениях
Размеров цели и длины волны
Поля вторичного излучения, позволяющие определить ЭПР объектов, находят точными и приближенными расчетными методами, в том числе методом… – геометрической оптики; – физической оптики;Характер вторичного излучения и эффективная площадь
Рассеяния радиолокационных целей
. где – эквивалентный размер цели, не превышающий геометрического размера ее… Примерные значения средних ЭПР для различных целей, имеющих размеры , приведены в табл. 2.2.Вероятностная оценка ЭПР
Для этого представим модель сложной цели в виде совокупности большого числа случайно расположенных независимых и равноценных отражателей, амплитуда… Вторичное поле в точке приема от элементарного отражателя может быть записано…Энергетический спектр и автокорреляционная функция флуктуаций
Отраженного сигнала
Полученные новые законы распределения вероятности случайной величины – амплитуды и фазы отраженного сигнала и ЭПР цели не в полной степени… – ненормированную автокорреляционную функцию модулирующего множителя ,Контрольные вопросы
1. Физические процессы при отражении радиоволн от объектов.
2. ЭПР цели и ее зависимость от длины волны.
3. Методы определения (измерения) ЭПР реальных целей.
4. Характеристики сигналов, отраженных от реальных целей.
5. Способы снижения ЭПР цели.
6. Вероятностные оценки сигналов, отраженных от реальных целей.
7. Корреляционные свойства сигналов, отраженных от реальных целее.
Г л а в а 3.
Обнаружение радиолокационных сигналов
Основные соотношения теории обнаружения.
Постановка задачи обнаружения
Качественные показатели обнаружения радиолокационных сигналов
Результатом процесса обнаружения сигнала – принятие решения о наличии или отсутствии цели в произвольном разрешающем объёме зоны действия… – условие первое – «цель есть»; – условие второе – «цели нет»,Критерии обнаружения
Результатом воздействия помех является частичная или полная потеря информации, переносимой полезным сигналом. Приемное устройство, осуществляя… Основная задача приемника состоит в том, чтобы на основании принятой… Задача выбора оптимального способа обработки сигналов и выработки при этом соответствующих критериев составляет…Отношение функций правдоподобия
принято называть отношением правдоподобия. Для выбора гипотезы H1, или Н0 должно быть взято за основу определенное… Выбор правила принятия решения в математическом отношении сводится к оптимальному разбиению пространства принимаемых…Таблица 3.1
Сводная таблица критериев, применяемых в РЛС
| № п/п | Наименование критерия | Пороговое значение отношения правдоподобия |
| Максимум правдоподобия Максимум апостериорной невероятности Идеальный наблюдатель Неймана – Пирсона Минимальный риск Минимакс | λ0 находится из условия , где р*(х0) и р*(х1) находится из условия |
Таким образом, величина λ0 определяет границу между областями u1 и u0 пространства V , то каждый критерий определяет способ разбивки пространства принятого сигнала на области u1 и u0.
Равенство определяет уравнение поверхности раздела областей u1 и u0.
Алгоритм обнаружения и структура оптимального обнаружителя
Такие параметры принимаемого сигнала как амплитуда, начальная фаза, запаздывание, доплеровский сдвиг частоты и другие, в общем случае изменяются от… Анализируя принятое колебание у(t), обнаружитель должен выработать решение… , (3.11)Характеристики обнаружения. Пороговый сигнал
Определим характеристики обнаружения или рабочие характеристики приемника РЛС при его работе с полностью известным (детерминированным) сигналом. Для… Поскольку входной шум n(t) является гауссовским случайным процессом, то… .Обнаружение сигналов со случайными параметрами
Рассмотрим задачу обнаружения сигнала, зависящего от случайных неизмеряемых параметров. Примерами таких сигналов могут быть сигнал со случайной… Обычный сигнал , принимаемый приемником РЛС, таковым и является. Как… Плотность вероятности полагается известной. Для определения алгоритма оптимального обнаружения необходимо вычислить…Алгоритм обнаружения сигналов со случайными параметрами
Наша задача записать отношение правдоподобия для такого сигнала принятого РЛС. Совместную плотность вероятности принятой реализации сигнала и шума и… . (3.23)Структурные схемы оптимальных обнаружителей сигнала со случайными
Параметрами
Алгоритмы оптимального обнаружения рассматриваемых сигналов реализуются на основании полученных выражений для отношения правдоподобия (3.29, 3.30) и… . (3.31) Используя соотношение (3.29) для величины z , структурную схему обнаружителя можно представить в виде, изображенном на…Характеристики обнаружения сигнала со случайными параметрами.
Кривые обнаружения. Пороговые сигналы
Рис.3.6. Характеристики обнаружения сигнала со случайной начальной фазой Для определения характеристик обнаружения… Так, характеристики обнаружения сигнала со случайной начальной фазой имеют тот… Таблица 3.3.Контрольные вопросы
1. Дать определение понятию «Обнаружение».
2. Перечислить качественные показатели процесса обнаружения и дать им определения.
3. Перечислить критерии обнаружения и пояснить их физический смысл.
4. Алгоритм обнаружения сигнала и структурная схема оптимального обнаружителя.
5. Дать определение характеристикам обнаружения.
6. Пояснить физический смысл понятия «пороговый сигнал».
7. Алгоритм обнаружения сигнала со случайной фазой.
8. Алгоритм обнаружения сигнала со случайной амплитудой и фазой.
9. Характеристики обнаружения сигнала со случайными параметрами.
Г л а в а 4
Элементы теории оптимальной фильтрации
Понятие оптимального фильтра, его импульсная характеристика
Из основ теории оптимального обнаружения (мы рассмотрели основы этого вопроса в главе 3) следует, что основной операцией является вычисление… . (4.1) Рис.4.1. Взаимно корреляционное устройство В зависимости от способа…Спектральные характеристики оптимального фильтра, его работа
с точностью до произвольного вещественного множителя с и множителя… . (4.6)Обработка простых сигналов с помощью оптимального фильтра
Оптимальный фильтр можно подобрать либо по частотной, либо по импульсной характеристике, взаимосвязанными между собой. Для обработки простых… . (4.8) В результате преобразования Фурье можно найти спектральную плотность этого импульсаНакопление пачки некогерентных сигналов
Нами был рассмотрен вопрос когерентного накопления пачки радиоимпульсов, т.е. сигналов, фазы которых жестко связаны между собой. Некогерентное… Рис. 4.7. Кривые, связывающие значение пороговой энергии… По оси ординат отложено число суммируемых импульсов М от 1 до 10, по оси абсцисс – необходимое превышение энергии…Обработка сложных сигналов с помощью оптимального фильтра
Мы раньше говорили, что импульс на выходе оптимального фильтра определяется АЧС сигнала. Это означает, что широкополосный радиоимпульс преобразуется… Рис. 4.11. Код баркера N=7: а – условное изображение ФКМ…Сжатие ФКМ-радиоимпульса
К таким сигналам относятся ФКМ-сигналы, манипулированные по коду Баркера, в главе 1 мы этот сигнал как пример рассматривали. Фазовая манипуляция… Так, вид корреляционной функции для N = 7 приведен на рис. 4.11. При N >13… Кроме этого кода в ФKС используются сигналы, манипулированные по фазе двоичной псевдослучайной последовательностью.…Сжатие ЛЧМ-радиоимпульса
есть коэффициент сжатия длительности импульса. Коэффициент сжатия в РЛС имеет… ,Цифровая согласованная фильтрация когерентных импульсных
Сигналов
Исходные предпосылки
В соответствии с общей теорией приема, оптимальная временная обработка принимаемого на фоне стационарного белого шума сигнала сводится к… . Если – параметр запаздывания ожидаемого сигнала относительно исходного , то выражение (4,11) аналогично…Цифровые согласованные фильтры для свертки сигналов во временной
Области
. (4.15) По аналогии с (4.15) комплексную огибающую входного сигнала моно представить в… .Цифровой согласованный фильтр для сигналов в частотной области
Рассмотрим теперь особенности дискретной свертки типа согласованной фильтрации в частотной области. В соответствии с теорией дискретного… , где , и наоборот, любая функция, представленная ограниченным дискретным спектром , может быть восстановлена во…Контрольные вопросы
1. Поясните физический смысл оптимальной фильтрации.
2. Импульсная характеристика оптимального фильтра.
3. Амплитудно-частотная характеристика оптимального фильтра.
4. Фазочастотная характеристика оптимального фильтра.
5. Структурная схема оптимального фильтра.
6. Поясните физику процесса накопления некогерентной пачки импульсов.
7. Фильтрация сложных сигналов с помощью оптимального фильтра.
8. Сжатие ФК-сигнала.
9. Сжатие ЛЧМ-сигнала.
10. Спектральные характеристики ЛЧМ-сигнала и его фильтра сжатия.
11. Цифровые согласованные фильтры для свертки сигнала во временной области.
12. Цифровой согласованный фильтр для свертки сигнала в частотной области.
13. Базовая схема цифрового согласованного фильтра с параллельным умножением.
14. Цифровой согласованный фильтр с ускоренной сверткой.
15. Цифровой согласованный фильтр в частотной области.
Г л а в а 5.
Обнаружение радиолокационных целей и измерение их параметров
Накопленная (возрастающая) вероятность обнаружения цели определяется как . (5.1) Следует заметить, что соотношение (5.1) справедливо только при пуассоновском потоке обнаружений, которые на практике…Вероятность обнаружения цели за один цикл обзора
Модели полезного сигнала
Прежде чем говорить о вероятности обнаружения цели, необходимо определиться с статистическими свойствами сигнала на входе приемника и статистической помех, на фоне которых происходит обнаружение сигнала.
Флюктуации амплитуды сигнала от большинства целей, которые имеют «блестящую точку», подчиняются обобщенному закону Рэлея (глава 2):
,
где – амплитуда сигнала;
– дисперсия амплитуды сигнала;
А – амплитуда сигнала, отраженного от «блестящей точки»;
І0 – функция Бесселя нулевого порядка мнимого аргумента.
К таким целям принадлежат многие морские цели (буи, бакены, малоразмерные суда), а если цели не имеют «блестящей» точки, то закон Рэлея:
.
Модель помехи
Мы ранее говорили, что прием полезного сигнала происходит на фоне помехи, которая, как правило, описывается моделью белого шума, распределенного по нормальному закону:
,
где – амплитуда шума (помехи);
– дисперсия шума.
Подобное представление сигнала и помехи подтверждается многочисленными измерениями. Полученные расчетные результаты на основании этих предположений хорошо подтверждаются на практике.
Характеристика обнаружения
Некогерентной нефлуктуирующей пачки импульсов
В процессе сканирования пространства диаграмма направленности антенны РЛС проходит через цель, при этом от цели отражается и приходит на вход… – когерентные и некогерентные; – нефлюктуирующие;Быстро (независимо) флуктуирующая пачка
В этом случае распределение амплитуды отраженного от цели сигнала подчиняется закону Рэлея.
Рлт исчисляется, как и в предыдущем случае, по формуле (5.2):
. (5.5)
При довольно большом количестве импульсов в пачке более точный результат получаем при применении соотношения:
. (5.6)
Подобный случай на практике встречается в следующих случаях:
– цель сложной формы без ярко выраженной «блестящей точки», примером такой цели может служить крылатая ракета, головка баллистической ракеты при входе в атмосферу, плазменные образования различной формы и происхождения;
– в других случаях для ПРС с перестройкой несущей частоты внутри пачки от импульса к импульсу и в других случаях, когда специальными мерами разрушаются статистические связи внутри пачки.
Дружно флуктуирующая пачка
На практике это наиболее часто встречающийся случай. Все РЛС воздушного и надводного наблюдения, за исключением специальных, строятся исходя именно из этих предпосылок. Все реальные воздушные и надводные (морские) цели имеют, как правило, одну яркую светящуюся точку
Вероятность ложной тревоги определяется, как и ранее, по формуле (5.2):
(5.7)
при
При практических расчетах, когда возникает необходимость определения Рпо при значениях , полагают .
Характеристика обнаружения сигналов при дискретной обработке
В этом случае: , (5.8) где – количество импульсов в пачке;Определение вероятности ложной тревоги
Вероятность ложной тревоги определяется исходя из соображений допустимого потока ложных тревог в зависимости от обстановки в районе плаванья и… Количество элементов разрешения для типичной РЛС определяется из… ,Элементы основ теории статистического измерения (оценки) параметров
Радиолокационных сигналов. Постановка задачи оптимального измерения
Параметров радиолокационных сигналов
В конечном итоге любой радиолокатор предназначен для измерения тех или иных координат и параметров движения целей, поэтому измерение является одной… Обнаружение целей и измерение координат и параметров их движения составляют… Обнаружение цели является статистической задачей и производится с некоторой конечной вероятностью, отличной от…Критерии оптимального измерения
Из-за случайных параметров радиолокационных сигналов процесс измерения носит статистический характер. Показателем качества измерения является… Ошибки делятся на грубые промахи, систематические и случайные, если приняты… Качественными показателями измерения могут быть:Уравнение оптимальной оценки параметров радиолокационных сигналов
Оптимальная оценка параметра может быть определена как корень одного из уравнений: Рис. 5.2. Кривые послеопытной (апостериорной) плотности … Эти уравнения носят название уравнений оптимальной оценки. Они являются математической интерпретацией оптимального…Оптимальный измеритель параметров сигналов.
Оптимальный дискриминатор. Ошибки измерения
Рис. 5.3. Структурная схема оптимального измерителя параметра Уравнение оптимальной оценки описывает алгоритм… Первое устройство называется оптимальным дискриминатором, второе –… ,Характеристики дискриминатора
Выходной сигнал оптимального дискриминатора (сигнал ошибки), представляющий собой производную квадрата модуля корреляционного интеграла по… Зависимость среднего значения сигнала ошибки от величины рассогласования называется дискриминационной…Цифровое обнаружение и измерение координат
Оптимальные цифровые обнаружители сигналов на фоне помех с известными
Параметрами
В радиолокационных системах задача обнаружения сигналов решается обычно на видеочастоте, после объединения сигналов квадратурных каналов (на выходе… Задача оптимального обнаружения сигнала ставится и решается как задача… 1. Ошибка первого рода при отклонении правильной нулевой гипотезы. Эта ошибка называется ложным обнаружением. Условная…Оптимальный обнаружитель пачки оцифрованных сигналов
Теория оптимальных обнаружителей достаточно подробно рассмотрена в литературе. Рассмотрим случай обнаружения полностью известного сигнала – пачки из… Используя выражения (6.5, 6.7 и 6.8) для плотности распределения вероятности… .Цифровые обнаружители сигналов на фоне помех
С неизвестными параметрами
Обычно ставится задача обеспечения устойчивости (стабильности) не всех, а только наиболее важных показателей качества обнаружения или только одного… В зависимости от наличия и характера априорной информации о статистических… Обычно адаптивные пороговые алгоритмы обнаружения предназначаются для стабилизации вероятности ложного обнаружения и…Адаптивные цифровые обнаружители
Как уже отмечалось, для преодоления априорной параметрической неопределенности применяется формирование на основе произведенных наблюдений оценок… При наличии неизвестного параметра помехи можно записать условное отношение… Если теперь каким-либо статистическим методом получена оценка неизвестного параметра, то это соотношение позволяет…Цифровые измерители параметров сигналов
Постановка и методика решения задачи оптимального оценивания
Параметров сигналов
Универсальным критерием качества решения задач оптимального оценивания параметров является критерий минимума среднего риска. Для скалярного… , где – функция риска (потерь), характеризующая плату за ошибку в ситуации , где – оценка параметра –…Оценка времени задержки и доплеровской частоты сигнала
ОИ ИЗ … Решение об обнаружении сигнала принимается по превышению огибающей порога …Контрольные вопросы
1. Модель полезного сигнала.
2. Модель помехи.
3. Характеристики обнаружения нефлуктуирующей некогерентной пачки импульсов.
4. Характеристики обнаружения быстро (независимо) флуктуирующей пачки импульсов.
5. Характеристики обнаружения медленно (дружно) флуктуирующей пачки импульсов.
6. Характеристики обнаружения при дискретной обработке сигналов.
7. Вероятность ложной тревоги, ее определение.
8. Критерии оптимального измерения параметров.
9. Структура оптимального измерителя параметров.
10. Ошибки измерения.
11. Характеристики дискриминаторов.
Г л а в а 6.
Особенности обработки радиолокационных сигналов
На фоне стационарного аддитивного гауссовского
Белого шума
Общие сведения о современных методах обработки
Обработка принимаемых радиолокационных сигналов на фоне помех, как известно, сводится к вычислению достаточных статистик или практически реализуемых их приближений, т. е. к выполнению определенных математических операций над принимаемой смесью полезных сигналов и помех. Методы вычислений подразделяют на аналоговые и цифровые.
Аналоговые методы вычислений применяют к непрерывно изменяющимся величинам без их дискретизации и перевода в цифровую форму. Необходимые вычислительные операции реализуют, используя аналогию законов изменения вычисляемых (или промежуточных) величин и величин произвольной физической природы, соответствующих входным данным. Обработку сигналов на основе аналоговых вычислений называют аналоговой обработкой.
Цифровые методы вычисления применяют к множествам чисел (двоичных, в частности) с ограниченной разрядностью. Обработку на основе цифровых вычислений называют цифровой. Цифровая обработка преобразованных по частоте принимаемых колебаний предусматривает их предварительное аналого-частотное преобразование. Устройства, обеспечивающие преобразование непрерывно изменяющихся величин в цифровую форму, называют аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).
Промежуточное место между аналоговыми и цифровыми методами обработки занимают дискретно-аналоговые. Дискретизация мгновенных значений по времени сочетается в них с последующей аналоговой обработкой этих значений. Дискретно-аналоговые методы реализуют, используя полупроводниковые приборы с переносом заряда и зарядовой связью, способные запоминать и выдавать с задержками большое число аналоговых дискретизированных по времени величин.
К устройствам обработки радиолокационных сигналов предъявляют все возрастающие и одновременно противоречивые требования, а именно:
– расширение динамического диапазона входных сигналов;
– обеспечение обработки широкополосных сигналов;
– обеспечение обработки протяженных по времени сигналов;
– повышение точности выполнения вычислительных операций;
– повышение надежности;
– стандартизация;
– микроминиатюризация;
– упрощение эксплуатации;
– снижение стоимости.
Наибольшее значение в настоящее время приобрели цифровые методы обработки. Это не означает, что аналоговая обработка потеряла свое значение. Развиваются новые методы аналоговой обработки: акустические, акустооптические, спиновые и др.
Обработка одиночных импульсов и пачек сигналов
Без внутриимпульсной модуляции
6.2.1. Одиночные радиоимпульсы Способы обзора пространства Однолучевые …Обработка частотно-модулированных радиоимпульсов
Особенности обработки частотно модулированных (ЧМ) сигналов рассмотрим на примере обработки линейно-частотно-модулированных радиоимпульсов (ЛЧМ),… Рис. 6.4. Законы изменения мгновенной частоты ЛЧМ сигнала во… Дисперсионная характеристика согласованного фильтра – зависимость группового запаздывания trp(f) в фильтре от частоты…Обработка фазоманипулированных радиоимпульсов
Рис. 6.11. Многоканальное устройство фильтровой обработки ФМ - радиоимпульса с неизвестной доплеровской частотой … На рис. 6.11 показаны условные изображения незадержанного и задержанных в… Определенным недостатком согласованной обработки фазоманипулированного радиоимпульса (так же как и ЛЧМ-радиоимпульса)…Контрольные вопросы
1. Классификация современных методов обработки радиолокационных сигналов.
2. Способы обзора пространства в современных РЛС.
3. Многоканальное устройство фильтровой обработки когерентной пачки радиоимпульсов с неизвестной доплеровской частотой: РУ – решающее устройство.
4. Поясните принцип растяжения и сжатия сигнала на дисперсных фильтрах.
5. Цифровой фильтр сжатия.
6. Обработка фазоманипулированных радиоимпульсов.
Г л а в а 7.
Дальность обнаружения целей РЛС
В этой главе нами будут рассмотрены основные параметры РЛС и факторы, влияющие на дальность обнаружения целей. Следует отметить, что некоторые факторы, в частности, влияние сферичности Земли, состояние атмосферы могут более существенно повлиять на результаты радиолокационного наблюдения, чем качество самой радиолокационной системы, проявляющееся через ее параметры. Поэтому очень важно при решении вопроса выбора РЛС учитывать все внешние факторы и не требовать от РЛС большего, чем реально можно достичь в тех или иных условиях.
Дальность действия РЛС
Прежде всего рассмотрим процесс обнаружения в свободной, неограничивающей среде. На входе приемника активного радиолокатора действует отраженный сигнал,… , (7.1)Потери отношения сигнал-шум в реальных РЛС
Потери в антенне определяются распределением поля по поверхности (апертуре) антенны:. , где – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения поля по апертуре антенны;Зона видимости. Способы
Рис. 7.3. Характеристика направленности РЛС … Из сказанного следует, что для формального описания зоны видимости РЛС нам необходимо знать:Коэффициент направленного действия антенны
Обратимся еще раз к формуле (7.5). Здесь и – коэффициенты направленного действия антенны – указывается в формуляре на антенну или РЛС,… , где – ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 мощности.Учет формы диаграммы направленности антенны и способа обзора пространства
В выражении (7.5) множитель описывает форму диаграммы направленности антенны. В общем случае получить выражение для диаграммы направленности… – плоский симметричный луч; – плоский двукосекансний луч;Способы обзора пространства
Следует также отметить, что в каждом конкретном случае способ сканирования выбирается проектантом. Однако современные РЛС из-за их… И еще одно замечание: в ряде случаев необходимо учитывать способ сканирования… В табл. 7.1 приведен возможный вариант классификации способов осмотра пространства.Расчет числа импульсов в пачке
Для каждого конкретного выбранного способа сканирования пространства представляется важным знать количество лучей в пачке, так как в большинстве… – мгновенное сканирование по и последовательное по : ;Поглощение радиоволн атмосферными газами
Рис 7.7. Зависимость коэффициента затухания радиоволн в воздухе от длины волны при t = 200 C Основными… Поглощение водяным паром в интервале частот от 13.000 до 32.000 МГц превышает…Влияние гидрометеоров на распространение радиоволн
Таблица 7.2 Характеристики тумана и дождя Вид … Ниже приводятся полученные по разным источникам пригодные для практического применения данные по…Отражательная способность тумана и дождя
В общем случае ЭПР гидрометеоров определяется соотношением:
| Рис. 7.9. Зависимость ЭПР дождя и снега от длины волны и интенсивности осадков |
где К – коэффициент – для дождя – 0,93;
Z – коэффициент отражения, Zдождь = 200 І1,6; Zснег = 200 І2 ;
І – интенсивность осадков мг/с.
На рис 7.9 приведены зависимости удельной ЭПР от интенсивности осадков и длины волны.
Облако дипольных отражателей
С точки зрения отражательных свойств облака дипольных отражателей, то они подобны во многом отражениям от гидрометеоров (дождя и тумана), поэтому целесообразно рассмотреть их именно здесь.
ЭПР одного отражателя
Удельная ЭПР облака:
т – число отражателей в единице объема (плотность тучи).
Далее методика определения мощности мешающего отражения от дождя, тумана и гидрометеоров определяется по методике, описанной выше.
Влияние взволнованной поверхности моря.
Поверхностно распределенные цели.
– сигналы, отраженные целями, подвержены изменениям; – сигналы, отраженные от целей, принимаются приемником при наличии помех,… – над морем существуют особые условия распространения радиоволн.Свойства отражений от взволнованной поверхности моря
Рис. 7.11. Вид индикатора кругового обзора при существенном влиянии отражений от взволнованной морской поверхности (отметка…Свойства морской поверхности
Ветровые морские волны – основная причина возникновения флюктуационных мешающих отражений радиолокационного сигнала. Волны возникают под влиянием… Приближения к сложной реальной картине морских волн достигают представлением… ,Мощность отражений от взволнованной поверхности моря на входе
Приемника РЛС
При малых углах скольжения и малых протяжности зондирующего импульса облучения происходит не одновременно, а последовательно в пределах ,… , где – угол в горизонтальной плоскости.Учет влияния поверхности Земли
давление Р=1013 мбар; температура t = 130 C; относительная влажность s = 60%.Контрольные вопросы
1. Дальность действия РЛС. Параметры и факторы, влияющие на дальность действия РЛС.
2. Излучаемая мощность и ее влияние на дальность действия РЛС.
3. Мощность шумов приемника и их влияние на дальность действия РЛС.
4. Потери отношения сигнал-шум в реальных РЛС.
5. Зона видимости. Способы сканирования пространства и влияние их на дальность действия РЛС.
6. Дать определение коэффициента направленного действия антенны.
7. Диаграмма направленности и ее влияние на эффективность работы РЛС.
8. Способы обзора пространства.
9. Числа импульсов в пачке и его влияние на эффективность РЛС.
10. Поглощение радиоволн атмосферными газами.
11. Влияние гидрометеоров на распространение радиоволн.
12. Влияние взволнованной поверхности моря на работу РЛС.
13. Учет влияния поверхности Земли на эффективность.
Г л а в а 8.
Помехи в работе РЛС и методы защиты от них
Основные виды помех активной радиолокации
Как и в любой радиотехнической системе, в радиолокации может существенно сказываться влияние различного рода помех. Роль помех в активной… Естественными являются помехи природного происхождения. Например, естественные… Взаимными называют активные помехи, вызываемые влиянием излучений различных радиоэлектронных средств друг на друга.…Естественные и взаимные маскирующие активные помехи и принципы
Защиты от них
Существуют два основных вида источников естественных маскирующих активных помех: дискретные и распределенные. К дискретным источникам помех… В последнее время очень важную роль начинают играть взаимные помехи. По мере… .Искусственные маскирующие активные помехи, особенности их воздействия
И способы создания
Рис. 8.1. Влияние слабой (1) и сильной (2, 3) помехи на прохождение сигнала В качестве искусственных маскирующих… При достаточно большом динамическом диапазоне приемника шумовые колебания… Если динамический диапазон приемника недостаточен и имеет место амплитудное ограничение (например, в последних…Уравнение радиолокации, дальность действия и зоны видимости РЛС
При воздействии маскирующих стационарных активных помех
При достаточном динамическом диапазоне приемника условие обнаружения цели в маскирующих стационарных активных помехах типа белого шума имеет вид , где Епр – энергия отраженного от цели сигнала, принимаемого на входе приемника РЛС;Пассивные маскирующие помехи и способы их создания
Как уже указывалось выше, к естественным пассивным помехам относятся радиопомехи, создаваемые природными отражателями (местными предметами, водной… Наибольшее распространение из искусственных маскирующих пассивных помех… Обычно дипольные отражатели собираются в пачки таким образом, чтобы каждая пачка по своим отражающим свойствам…Методы защиты от маскирующих активных помех
Основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех
Анализ уравнения противорадиолокации показывает, что основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех связаны с использованием… Увеличение энергии зондирующего сигнала может осуществляться путем повышения… Увеличение коэффициента усиления антенны в направлении на цель может в то же время соответственно замедлить обзор…Методы некогерентной и когерентной компенсации помех
Для улучшения пространственной селекции сигнала на фоне помех, приходящих с отдельных направлений, кроме мер, перечисленных выше, могут быть также… Рис. 8.6. Система с двумя дополнительными приемными… .Практические схемы автокомпенсаторов
Квадратурный автокомпенсатор В таком автокомпенсаторе формирование весового (управляемого) напряжения… K=kc- jks . (8.6)Методы защиты от пассивных маскирующих помех
Основные различия сигналов целей и пассивных маскирующих помех
Сигналы, отраженные от целей, и пассивные маскирующие помехи в общем случае имеют различные статистические характеристики. Для сигналов и помех,… 1.Различие мешающих отражателей и целей по характеру распределения в… 2. Различия в поляризации отраженных сигналов наблюдаются, если пассивная помеха создается, например, гидрометеорами…Оптимальное обнаружение сигнала на фоне пассивной помехи
Небелый шум, как известно, характеризуется неравномерным распределением… ,Фильтров подавления
Рис. 8.22. Схема однократного череспериодного вычитания Принципы построения входящих в состав оптимального… Простейший гребенчатый фильтр подавления выполняется по схеме однократного… . (8.10)Контрольные вопросы
1. Основные виды помех активной радиолокации.
2. Какие помехи называются естественными?
3. Какие помехи называются искусственными?
4. Какие помехи называются взаимным?
5.Какие помехи называются маскирующими?
6. Какие помехи называются имитирующими?.
7. Дать определение понятию электромагнитной совместимости.
8. Какие помехи называются прямошумовыми?
9. Какие помехи называются заградительными и какие прицельными?
10. Поясните суть уравнения радиолокации, дальность действия и зоны видимости РЛС при воздействии помех.
11. Поясните смысл понятий «самоприкрытие», «внешнее прикрытие», «коллективное прикрытие».
12. Что такое пассивные маскирующие помехи и способы их создания?
13. Основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех.
14. Методы некогерентной и когерентной компенсации помех.
15. Поясните работу квадратурного автокомпенсатора.
16. Поясните работу гетеродинного автокомпенсатора.
17. Поясните принцип поляризационной адаптивной компенсации помех.
Г л а в а 9
Вторичная обработка целей в РЛС
Основные операции вторичной обработки
Основные понятия и история вопроса
Вторичная обработка (ВО) радиолокационной информации, или, как еще иногда говорят, траекторная обработка, выполняется после первичной и применяется для решения задачи обнаружения траекторий целей в зоне ответственности РЛС и оценки их параметров. Траектория цели представляет собой след от перемещающегося с течением времени в некотором пространстве объекта наблюдения. Такое понимание траектории вытекает из естественных представлений, возникающих при наблюдении различных движущихся объектов.
Абстрагируясь от физической природы движущегося объекта, траекторию цели можно определить как линию след от перемещения некоторой математической точки, соответствующей данному объекту. Заметим, что наиболее часто под этой точкой понимают центр масс соответствующего физического тела.
В каждый момент времени траектория цели может быть представлена некоторыми параметрами (фазовыми координатами): положением цели, ее скоростью, ускорением и т. п. Траектория цели считается известной, если для заданного интервала времени известна зависимость ее фазовых координат от времени.
Движение объекта можно рассматривать как некоторый (чаще всего, случайный) процесс, а траекторию объекта, характеризуемую соответствующими фазовыми координатами в течение некоторого интервала времени, как представление этого процесса.
В течение такта первичной обработки радиолокационной информации по обнаруженным сигналам, порожденным либо движущимися объектами, либо шумом, в системе координат первичных наблюдений формируется совокупность случайных отсчетов, характеризующих обстановку в зоне контроля РЛС в момент зондирования. По результатам многократных первичных наблюдений в ходе вторичной обработки необходимо принимать решения об обнаружении целевых траекторий и оценивать их параметры. Появление шумовых отсчетов, исчезновение в некоторых тактах целевых отсчетов и погрешности измерений являются факторами, влияющими на качество проведения траекторной обработки.
Формально задача и первичной, и вторичной обработки радиолокационной информации одна и та же: оценка целевой ситуации[4] в контролируемой радиолокатором зоне. Необходимость ВО вызвана тем, что при малых временных интервалах наблюдения, которые характерны для принятия решения в ходе одного такта первичной обработки, надежность обнаружения и точность оценки координат цели, а часто и их состав[5] оказываются недостаточными для нужд потребителя радиолокационной информации. В ходе ВО при увеличении времени наблюдения, отводимого для принятия решения, появляется возможность повысить качество принимаемых решений.
Несмотря на внешнюю схожесть задач первичной и вторичной обработки, условия, в которых решаются эти задачи, и методы их решения существенно различаются.
При вторичной обработке учитывается, что цели могут быть перемещающимися, появляющимися и исчезающими в зоне контроля РЛС. При первичной обработке рассматривается только двухальтернативная ситуация: цель либо есть в элементе разрешения, либо ее там нет. Если в ходе первичной обработки радиолокационной информации параметры объекта наблюдения являются фактически неизменными, то в ходе вторичной они таковыми, естественно, быть не могут. Это связано с тем, что такт первичной обработки T1, определяемый временем обработки зондирующего сигнала, имеет, как правило, столь малые значения, что цель за время Т1 практически не изменяет своего положения в пространстве.
Вторичная обработка выполняется в течение всего времени наблюдения за целью, которое, как правило, много больше T1. Результаты ВО обычно относятся к текущему времени t и, вообще говоря, учитывают всю информацию о цели: с момента ее появления в зоне контроля до момента времени tі. Иногда в рассмотрение вводят такт вторичной обработки Tп – время, в течение которого корректируется предыдущее решение об обнаружении траектории и оценивании ее фазовых координат – параметров траектории цели. Такт Tп может задаваться либо исходя из требований вышестоящей системы, либо из естественного цикла обновления информации, связанного с особенностями обзора контролируемого пространства (например, для РЛС кругового обзора такт Tп часто делают равным периоду вращения антенны).
Можно, таким образом, сказать, что на выходе первичной обработки получена совокупность отсчетов, каждый из которых является случайной векторной величиной, представляющей собой оценку параметров неизвестных случайных или неслучайных координат некоторой обнаруженной цели. На выходе вторичной обработки получаем совокупность траекторий, каждая из которых является случайным векторным процессом, представляющим собой динамическую оценку параметров неизвестных изменяющихся во времени случайных или неслучайных координат некоторой обнаруженной цели.
Естественно, что траекторная информация, как уже отмечалось, полнее отметочной, поскольку учитывает в текущей оценке предысторию наблюдения цели, включая все предыдущие отсчеты, и отображает взаимосвязь и изменение параметров цели во времени.
Вторичная обработка радиолокационной информации, основанная так же, как и первичная, на общей теории принятия решений и теории оценок, является специфической задачей многомерной фильтрации, дополненной необходимостью выбора (обнаружения) целевых траекторий. В ходе ВО решается задача отождествления отсчетов и траекторий, соответствующих одной и той же цели. В частном случае, при достоверной информации первичной обработки о получении отсчетов, относящихся исключительно к некоторой истинной цели, ВО сводится только к фильтрации траекторных параметров (это характерно для РЛС, обеспечивающих высокое значение отношения сигналшум при принятии решений в ходе первичной обработки).
Собственно фильтрация– это непрерывное воспроизведение некоторой переменной, являющейся параметром наблюдаемого случайного процесса. Можно выделить два основных подхода к решению задач фильтрации случайных процессов: на основе фильтра Винера и фильтра Калмана. В последнее время заметен повышенный интерес к развитию методов нелинейной фильтрации.
Теория винеровской фильтрации исторически была разработана первой. К одной из основополагающих работ в этой области следует отнести работу Н. Винера, для дискретных случайных процессов близкие вопросы еще ранее рассматривал А. Н. Колмогоров. В основе теории винеровской фильтрации лежат следующие положения:
1) наблюдаемый случайный процесс есть аддитивная смесь оцениваемого и помехового случайных стационарных процессов с различными корреляционными функциями;
2) длительность наблюдения предполагается бесконечно большой (от -∞ до текущего момента t);
3) критерием оптимальной фильтрации является минимум среднеквадратической ошибки оценки воспроизводимого параметра;
4) оптимальный фильтр находится в классе линейных фильтров.
При построении траекторий движения целей условия, для которых были получены выражения, описывающие виннеровский фильтр, оказываются во многих случаях не адекватными реальной ситуации. Это связано, прежде всего, с тем, что, во-первых, оцениваемый случайный процесс (траекторию) невозможно представить в виде стационарного процесса с известной корреляционной функцией, во-вторых, появляющиеся и исчезающие объекты всегда наблюдаются в течение ограниченного времени.
Теория калмановской фильтрации при построении траекторий имеет большую свободу: непрерывный фильтр Калмана основан на представлении случайного процесса в виде стохастических дифференциальных уравнений, а цифровой – в виде соответствующей системы разностных уравнений, что соответствует широко распространенным общепринятым моделям движения объектов. Теория калмановской фильтрации была разработана позже винеровской и является существенным ее развитием. С использованием калмановского подхода можно решать нестационарные задачи при конечном интервале наблюдения. Основополагающими в этой области следует считать работы Р. Калмана.
Вторичная обработка радиолокационной информации, как уже отмечалось, помимо фильтрации траекторных параметров, должна решать и задачи обнаружения целевых траекторий. Действительно, при наличии помеховых отсчетов по ним могут быть построены трассы несуществующих (ложных) целей. И это не единственная причина возможного появления ложных траекторий.
В многоцелевой ситуации даже при достоверном решении об обнаружении отсчета в некоторый момент времени на этапе первичной обработки в силу движения объекта отсчет от той же цели в следующий момент времени будет иметь другие параметры. Поэтому прежде чем производить фильтрацию траекторных параметров, необходимо убедиться в том, что вновь поступивший отсчет относится именно к рассматриваемой траектории, а не к какой-либо другой. Вследствие действия помех, ограниченной точности измерений на этапе первичной обработки и конечной разрешающей способности по измеряемым координатам возможно перепутывание отсчетов и траекторий различных целей. Следовательно, при проведении ВО фильтрация (т. е. собственно оценивание траекторных параметров) должна дополняться операцией отождествления, обеспечивающей непоступление на ее вход «чужих» отсчетов.
При дальнейшем усложнении целевой и помеховой обстановки полезные (от целей) и помеховые отсчеты могут породить ложные трассы, среди которых принять достоверное решение о целевых траекториях возможно лишь при достаточно длительном наблюдении.
Естественно, что задачи обнаружения траектории и оценки ее параметров должны решаться совместно, поскольку в ходе выполнения одной из них используются результаты другой. Это учитывается во всех алгоритмах ВО, включая простейшие.
9.1.2. Основные операции вторичной обработки
В ходе ВО радиолокационной информации производится обнаружение траекторий и оценивание их параметров по результатам наблюдений, выполненным на этапе первичной обработки.
Выходной информацией ВО являются рассчитанные на некоторый момент времени tпр (момент привязки измерений) оценки параметров траекторий j(tnp), j = 1,2,..., N, j – номер траектории, N – число обнаруженных траекторий, показатели качества их обнаружения: условная вероятность правильного обнаружения траектории Dтрj (tпр) и условная вероятность ложного обнаружения траектории Fтрj (tпр), а также точность оценки траекторных параметров, характеризуемая соответствующей ковариационной матрицей j(tпр) ошибок измерения траекторных параметров (фазовых координат траектории). Обычно траекторные параметры рассчитываются на момент последнего измерения tпр=tk.
Показатели качества ВО зависят от длительности наблюдения. Для определенности всегда необходимо указывать либо заданное время tОБ.ТР обнаружения траектории, либо время tОЦ,,ТР оценивания траекторных параметров. Используются и другие показатели качества траекторной обработки. Векторный характер показателей качества объективно затрудняет сравнительный анализ различных алгоритмов траекторной обработки.
,
где М{∙} – оператор усреднения, знак «т» означает транспонирование матрицы, w(X) – многомерная плотность распределения элементов случайного вектора X. Входной информацией ВО являются параметры Zі(tk) отсчетов, обнаруженных в некоторый момент времени tk на этапе первичной обработки, где i = 1,2,..., т (i – номер отсчета, т – число обнаруженных отсчетов). Их достоверность характеризуется условными вероятностями правильного обнаружения отсчета DОТ i(tk) и ложной тревоги FОТ i(tk), а точность оценки – соответствующей ковариационной матрицей Ri(tk) ошибок оценивания параметров, измеряемых на этапе первичной обработки.
Будем говорить, что вектор Zi(tk) определен в пространстве наблюдений, или измерений, а вектор j(tnp), – в пространстве оценок.
| Рис. 9.1. Входные и выходные параметры алгоритма траекторной обработки |
Схематически входные и выходные параметры ВО показаны на рис. 9.1.
Параметры отсчета Z (дополнительные индексы будем опускать в случаях, когда это не вызывает неоднозначного толкования) образуют вектор (матрицу-столбец размерности а), элементы которого – это первичные измерения.
Например, если на этапе первичной обработки определены дальность до цели r, азимут цели β, угол места и радиальная скорость цели vr, т. е. а = 4, то
.
Ковариационная матрица R ошибок оценивания первичных измерений в этом случае имеет вид
R= ,
где , , , – дисперсии ошибок измерения соответствующих параметров отсчета Z;
kεβ ,krε , krβ , kβε , kβvr, kεvr, – коэффициенты корреляции соответствующих параметров отсчета Z.
Когда измерения отдельных параметров в РЛС при первичной обработке информации не коррелированны между собой, матрица R становится диагональной.
Траекторные параметры X зависят от выбранной системы координат, в которой определяются параметры траекторий, и от способа представления траекторий. Чаще всего для описания траекторий используют полиномы. Например, если движение цели в ходе траекторной обработки рассматривается в декартовой системе координат и траектория цели описывается полиномом первой степени по каждой координате, то
,
где λх0, λy0, λz0 – соответствующие координаты положения объекта в момент привязки измерений tпр; λx1, λу1, λz1 – соответствующие скорости объекта в момент привязки измерений tпр.
В данном представлении траектория (как след от перемещения цели) будет описываться в декартовом пространстве следующими соотношениями:
При использовании полинома степени s уравнение траектории по некоторой координате, например по х, можно представить в виде степенного ряда:
.
Производные приведенных соотношений определяют изменение скорости (траекторию скорости) цели в процессе ее движения:
.
Аналогичным образом могут быть получены траектории ускорений и т. д.
Структурная схема типичного алгоритма траекторной обработки приведена на рис. 9.2. Алгоритм включает в себя операции, которым соответствуют следующие блоки: блок экстраполяции (Э), блок селекции (С), блок обнаружения – броса траекторий (О-С), блок оценки траекторных параметров (О), блок завязки траекторий (3), база траекторных данных (БТ). Разделение схемы на указанные блоки является в определенной степени условным. В принципе, в ходе траекторной обработки должно осуществляться совместное обнаружение – оценивание целевой обстановки в зоне ответственности РЛС. В различных модификациях алгоритмов некоторые блоки могут объединяться, некоторые – отсутствовать. В целом, приведенная структурная схема, объединяющая операции ВО в единый алгоритм, носит эвристический характер.
В ходе работы алгоритм ВО формирует траектории, находящиеся на различных стадиях обработки (информация о них хранится в базе траекторных данных). Среди них наиболее часто выделяют:
– обнаруженные сопровождаемые траектории, имеющие выходные параметры, сформированные в ходе ВО в полном объеме[6] и удовлетворяющие заданным вероятностным и точностным характеристикам; параметры этих траекторий выдаются потребителям;
| Рис 9.3. Варианты кластеров: а – кластер первого вида: одна траектория – один отсчет; б – кластер второго вида. одна траектория ни одного отсчета, в – кластер третьего вида: «свободный» отсчет |
| Рис. 9.2. Структурная схема вторичной обработки |
– завязанные траектории, имеющие вектор выходных параметров полного объема, но показатели качества которых (вероятностные и точностные) удовлетворяют лишь некоторым промежуточным значениям, не достигая величин, заданных для обнаруженных сопровождаемых траекторий;
– завязываемые траектории, имеющие вектор выходных параметров, сформированный еще не в полном объеме, но показатели качества которых не достигают заданных значений даже для завязанных траекторий.
Возможно введение и ряда других стадий обработки траекторий со своими внутренними показателями качества.
Работа алгоритма ВО начинается с поступления на вход в момент времени tk отсчетов с выхода первичной обработки. В блоке Э (рис. 9.2) параметры всех траекторий j,k-1, j = 1, 2,..., N, которые были сформированы на предыдущих тактах обработки информации и хранятся в базе траекторных данных (блок БТ), пересчитываются (экстраполируются) на момент tk и представляются в виде экстраполированных параметров Хэ j k, j = 1, 2, ...,N. Затем в блоке С осуществляется их отождествление с поступившими отсчетами – выполняется операция селекции. Из-за ошибок оценивания параметров отсчета на этапе первичной обработки и ошибок нахождения траекторных параметров невозможно абсолютно точно определить пару отсчет – траектория, относящуюся к некоторой одной цели. Обычно при экстраполяции траектории можно лишь указать область, попадание в которую отсчета не противоречит имеющимся ошибкам измерений параметров цели. Такие области являются зонами связи траекторий с отсчетами, они позволяют сформировать кластеры – совокупности соответствующих отсчетов и траекторий, возможно, относящихся к одной и той же цели.
В случае достаточно простой целевой и помеховой обстановки в некоторый момент времени tk образуются кластеры следующих видов:
1) траектория X3jk и подтверждающий ее отсчет Zik (рис. 9.3, а);
2) траектория X3jk, не имеющая подтверждающего отсчета (рис. 9.3, б);
3) отсчет Zik, не относящийся ни к одной траектории (рис. 9.3, в).
Предполагается, что каждый кластер соответствует некоторой цели, для которой строится траектория, находящаяся в той или иной стадии обработки. Алгоритмами ВО кластеры обрабатываются параллельно цепочками блоков О–С – О и блоком 3.
Кластеры первого и второго вида с траекториями, обнаруженными и сопровождаемыми на предыдущих тактах, а также кластеры первого вида с завязанными траекториями направляются на дальнейшую обработку в свои блоки О–С и О. Кластеры второго вида с траекториями, находящимися в стадии завязки, и кластеры третьего вида направляются на обработку в блок 3.
В более сложной помеховой и целевой ситуации возможно образование кластеров других видов.
4) одна траектория X3jk, с высокой достоверностью, подтверждаемая несколькими отсчетами Zi1k,Zi2k,,Zi3k,, один из которых, возможно, целевой (рис. 9.4, а);
5) несколько траекторий Xi1k,, Xi2k и несколько отсчетов Zi1k,Zi2k,
Zi3k Zi4k однозначное (достоверное) разделение которых на кластеры видов 1 – 3 или даже вида 4 не представляется возможным (рис. 9.4, б).
| Рис. 9.4. Возможные варианты кластеров в сложной обстановке: а – кластер четвертого вида: одна траектория – несколько отсчетов; б – кластер пятого вида: несколько траекторий – несколько отсчетов |
Структурная схема алгоритма ВО, изображенная на рис. 9.2, может быть усложнена и упрощена. Например, при высококачественной информации, поступающей с выхода первичной обработки, при высоком значении отношения сигнал-шум, когда формируются, в основном, кластеры видов 1 и 2, (рис. 9.3, а и б), предполагается, что любой отсчет, поступивший с первичной обработки, соответствует обнаруженной цели.
В этом случае под вторичной обработкой понимают, как уже было отмечено, прежде всего оценку тем или иным методом траекторных параметров.
При ухудшении помеховой ситуации, достаточно частом появлении кластеров четвертого вида (рис. 9.4, а) и плотных потоках наблюдаемых целей появление кластеров пятого вида (рис. 9.4, б), как минимум, усложняет операцию селекции.
К вопросам вторичной обработки радиолокационной информации в последнее время проявляется большой интерес. Это направление информационных технологий, особенно для сложной целевой и помеховой обстановки, активно развивается. В рамках настоящего учебного пособия ограничимся построением базовых алгоритмов ВО для достаточно типичной помеховой и сравнительно простой целевой обстановки.
Модели целевой и помеховой обстановки
Модели движения целей
Математическая модель движения целей представляется в виде некоторых уравнений и ограничений, характеризующих представления о динамических свойствах… Математическая модель строится на основе всестороннего анализа поведения… Модели движения, используемые при рассмотрении различных объектов, разделяют на динамические и кинематические в…Оценка траекторных параметров по фиксированной выборке.
Экстраполяция траекторных параметров
Оценка траекторных параметров движения цели в соответствии с общей структурной схемой ВО проводится в блоке О (рис. 9.2) по отсчетам, отобранным в… Ω =[Zj(t1) Zj(t2) ... Zj(tk)]T. Предполагается, что набор данных по каждой траектории j формируется в процессе селекции кластером первого вида…Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба
Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба обычно применяется в двухэтапной процедуре стробирования. Этот предназначен… Так же, как и в алгоритме стробирования, здесь считается, что рассогласование… При выполнении указанных условий получено выражение для вероятности Рм.о. правильного отбора целевых отсчетов по…Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов к траекториям
Рис. 9.8. Вариант многоцелевой ситуации Это… В качестве одного из подходов можно привести эвристический вариант селекции, использующий метод сопоставления и…Обнаружение траекторий
Общие положения
В современных радиолокационных системах требуемые вероятностные и точнстные характеристики обеспечиваются лишь после проведения этапа ВО. При этом в… Величина fтр, – это среднее число ложно обнаруженных целей (траекторий) за… Вероятность правильного обнаружения траектории Dтр является функцией времени. Совершенно очевидно, что существует…Вероятность ложного обнаружения траектории
Структура простейшего алгоритма завязка – обнаружение – сброс «2 из m» + «l из n» – «s» в виде направленного графа приведена на рис. 9.9.… Рис. 9.9. Граф алгоритма «2 из m» + «1 из n» – «s» при… .Вероятность правильного обнаружения траектории
Для анализа вероятности правильного обнаружения Dтр (k) можно воспользоваться графами, характеризующими работуобнаружителя при анализе вероятностей… Матрица переходных вероятностей П(k) в данном случае имеет вид:Контрольные вопросы
1. Основные операции вторичной обработки в радиолокации.
2. Теория винеровской фильтрации, основные понятия.
3. Теория калмановской фильтрации, основные понятия.
4. Структурная схема вторичной обработки.
5. Завязанные траектории.
6. Модели движения целей.
7. Дайте определение уравнению состояния динамической системы.
8. Дайте определение уравнению модели процесса движения целей.
9. Что такое уравнение движения цели?
10. Модели отсчетов. Общие понятия.
11. Дать определение уравнению измерений.
12. Что такое матрица связи пространства параметров отсчета с пространством траекторных параметров?
13. Поясните работу алгоритма оценки траекторных параметров по фиксированной выборке.
14. Поясните работу алгоритма рекуррентной оценки траекторных параметров.
15. Основные соотношения калмановской фильтрации.
16. Стационарный режим калмановского фильтра.
17. Состоятельность калмановского фильтра.
18. (α–β ) – фильтры.
19. Расширенный фильтр Калмана.
20. Основные алгоритмы селекции отсчетов.
21. Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба.
22. Селекция методом стробирования.
23. Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба.
24. Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов к траекториям в многоцелевой ситуации.
25. Обнаружение траекторий. Общие положения.
26. Вероятность ложного обнаружения траектории.
27. Вероятность правильного обнаружения траектории.
Р А З Д Е Л ІI
П Р И Н Ц И П Ы П О С Т Р О Е Н И Я Р А Д И О Л О К А Ц И О Н Н Ы Х
С И С Т Е М
В первом разделе данного учебного пособия были рассмотрены основные вопросы теории построения радиолокационных систем. Изложенный в нем материал… Во втором разделе рассматриваются основные принципы построения и схемные… – основные тенденции развития РЛС, их тактико-технические характеристики (ТТХ), методы их оценки;Г л а в а 10.
Тенденции развития современных радиолокационных систем и их тактико-технические характеристики
Основные тенденции развития и пути создания
Современных активных РЛС
Существенный прогресс в развитии элементной базы, расширение ранее существовавших и появление новых областей применения РЛС привели к коренному… 1. Изначально радиолокационные системы, появившись как средства контроля… – появление и существенное развитие РЛС управления ракетным и артиллерийским оружием;Принципы построения РЛС, основные требования
И возможности создания современных корабельных РЛС
При выборе путей создания радиолокационных систем следует учитывать результаты анализа тенденций развития радиолокационных систем и следующие… 1. Радиолокационные системы должны быть многофункциональными. 2. Масса аппаратуры должна быть, по возможности, минимальной.Тактические характеристики РЛС
К тактическим характеристикам РЛС относятся назначение, сектор или зона работы, время обзора этого сектора, качественные показатели обнаружения… 1. Назначение: – обнаружение объектов;Число измеряемых координат и параметров движения объекта и точность этих измерений.
В РЛС наблюдения за наземными и надводными объектами достаточно измерения только двух координат: дальности и азимута. В некоторых случаях ограничиваются измерением и одной координаты. Измерение… 6. Вид выходных данных: световой, звуковой или иной сигнал об обнаружении объекта, отметка на экране…Технические характеристики
Основными техническими характеристиками РЛС являются следующие:
1. Режим работы и вид модуляции или манипуляции сигнала:
– непрерывный без модуляции (например, излучение непрерывного гармонического колебания в фазовом радиодальномере);
– непрерывный с частотной модуляцией (используемый например, в частотном радиодальномере);
– непрерывный с фазовой манипуляцией;
– импульсный без внутриимпульсной модуляции или манипуляции;
– импульсный с частотной модуляцией в импульсе;
– импульсный с фазовой манипуляцией.
2. Длина волны. В РЛС используются диапазоны метровых дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Это объясняется следующими причинами:
– радиолокация основана на использовании явления отражения радиоволн от объектов. Для высокой эффективности (интенсивности) этих отражений от некоторого объекта необходимо, чтобы длина волны была много меньше габаритного размера этого объекта. Поскольку наиболее часто наблюдаемые объекты (космические и летательные аппараты, автомашины, морские и речные суда и т. п.) имеют габаритные размеры от одного до десяти, реже сотни метров, то используемая в РЛС длина волны должна быть меньше метра;
Для получения большой дальности действия и высокой разрешающей способности по угловым координатам и точности их измерений необходимо использование остронаправленных антенн. Направленное же излучение и прием радиоволн происходят, как известно, только в том случае, когда используемая длина волны много меньше габаритных размеров антенны. Поэтому с точки зрения конструирования остронаправленных и компактных антенн желательно применение малых длин волн;
Для получения высокой разрешающей способности по дальности необходимо иметь большую ширину спектра сигнала. Указанная ширина естественно должна быть много меньше несущей частоты сигнала.
Для достижения больших дальностей действия, высокой надежности обнаружения сигналов и точности измерения их параметров желательно иметь возможно малый уровень помех. В указанных диапазонах радиоволн это условие выполняется, так как уровень атмосферных и большинства индустриальных помех достаточно мал, а квантовые эффекты еще не сказываются. Поэтому основным видом помех в РЛС является внутренний шум радиоприемных устройств. Для обработки информации, искаженной действием только внутренних шумов, обычно удается построить РЛС, близкую к оптимальной, и получить при этом практически потенциальные качественные показатели ее работы (малые вероятности ошибок обнаружения, высокую точность измерения параметров сигнала, большую дальность действия и т. д.).
Для возможности измерения малых радиальных скоростей объекта по величине доплеровского смещения частоты желательно использовать возможно малую длину волны. Следствием исключительного использования для радиолокации диапазонов миллиметровых, сантиметровых, дециметровых и метровых радиоволн является то, что дальность действия РЛС ограничивается пределами прямой видимости, так как в указанных диапазонах радиоволны распространяются без явлений рефракции и отражений от ионосферы, т. е. в первом приближении прямолинейно.
Волны длиннее 3 см еще сравнительно слабо затухают в атмосфере и распространяются практически независимо от метеорологических условий (времени суток и года, наличия тумана, облаков, осадков и т. п.). Поэтому наиболее часто в радиолокации (а также в радионавигации, радиоуправлении, радиосвязи и т. д.) используются сантиметровые и дециметровые волны. Это обусловливает и освоенность этих диапазонов радиоволн: наличие весьма мощных радиопередающих устройств, совершенных радиоприемных устройств, остронаправленных и компактных антенных устройств и т. п.
3. Излучаемая мощность. Она существенно зависит от режима работы РЛС. При непрерывном режиме работы излучаемая мощность лежит в интервале от единиц ватта до десятка киловатт, а при импульсном режиме – от десятка киловатт до десятка мегаватт.
4. Чувствительность радиоприемного устройства. Как известно, чувствительность такого устройства определяется минимальной требуемой (пороговой) средней мощностью сигнала на его входе: ,
где k – постоянная Больцмана;
Tш – эффективная шумовая температура окружающей среды радиоприемного устройства;
– ширина полосы пропускания радиоприемного устройства до детектора;
п – эффективный коэффициент шума этого устройства;
m – его коэффициент различимости (видимости), равный половине квадрата порогового отношения сигнал-шум на входе детектора, которое требуется для нормальной работы выходного устройства.
Обычно радиоприемные устройства РЛС имеют высокую чувствительность от 10–12 до 10–22 Вт. Совокупность столь высокой чувствительности радиоприемных устройств, большой излучаемой мощности радиопередающих устройств и остронаправленных антенн обеспечивает нормальную работу РЛС в пределах, по крайней мере, всей солнечной системы.
5. Диаграмма направленности антенного устройства. Характеризуется шириной на уровне 0,707 или 0,5 от максимального соответственно по напряжению или мощности и коэффициентом направленного действия (выигрышем по мощности в данном направлении вследствие направленности антенны) Характеристики направленного действия антенн и коэффициенты усиления антенны приведены ранее.
6. Способ обзора пространства определяет последовательность просмотра различных разрешаемых объемов в заданном секторе обзора. Он выбирается в зависимости от назначения и структуры РЛС, ее тактических (размеров сектора обзора, числа определяемых координат, разрешающей способности и т. д.) и технических (формы диаграммы направленности, вида ее сканирования и т. п.) характеристик. Производным от способа обзора является количество импульсов в пачке.
7. Число и тип выходных устройств. Различают следующие виды съема выходных данных РЛС:
– автоматический (без участия человека-оператора);
– автоматизированный (под наблюдением оператора);
– визуальный и ручной.
Используются следующие виды индикаторов выходных данных: стрелочный (например, обычный вольтметр), цифровой (например, цифровой вольтметр), на электронно–лучевых трубках (дальности; кругового обзора, в котором применяется радиально–круговая развертка; секторного обзора; «дальность – угол места»; «дальность – высота»; «дальность – направление» и т. д.).
Рассмотренные выше основные тактические и технические характеристики РЛС не являются изолированными друг от друга.
В приложении приведены:
1. Порядок определения тактических и технических характеристик РЛС.
2. Алгоритм определения цели и задач РЛС.
3. Алгоритм определения тактических характеристик РЛС.
4. Алгоритм определения технических характеристик РЛС.
Контрольные вопросы
12. Перечислите факторы, определившие современные тенденции развития радиолокационной техники.
13. Дайте определение и поясните смысл понятия «Многофункциональная РЛС».
14. Перечислите основные требования к корабельным РЛС.
15. Поясните смысл тактических и технических характеристик современных РЛС.
16. Перечислите основные тактические характеристики РЛС.
17. Перечислите технические характеристики РЛС.
Г л а в а 11.
Когерентные РЛС
Когерентные доплеровские РЛС с непрерывным излучением
Возвращаясь к главе 2, в частности, к рис 2.8, можно еще раз констатировать, что в общем, отраженном от объекта сложной формы, сигнале существенной… Слово «когерентность» происходит от латинского слова cohаerens, (находящийся в… Понятие когерентности колебаний связано со следующими рассуждениями: пусть рассматриваются два колебания с одинаковой…Когерентно-импульсные РЛС
Рассмотренные выше РЛС с непрерывным излучением представляют собой в каком-то смысле чисто доплеровские, или когерентные РЛС. Несколько по-иному… В импульсных РЛС каждый из импульсов сигнала на входе приемника РЛС… В общем случае когерентной пачкой импульсов называется такая последовательность импульсов, у которой зависимость между…РЛС с внешней когерентностью
На рис. 11.10 приведена структурная схема РЛС, особенностью построения которой является фазирование когерентного генератора (КГ) сигналами,… Так как характер сигналов, отраженных от цели и источника помехи, различный,… АП Смеситель УПЧ ФД …Статистические характеристики случайного процесса на выходе канала
Временной когерентной обработки сигналов
Комплексная амплитуда напряжения сигнала на выходе линейной части приемника (при условии отсутствия пространственных помех) записывается в виде , (11.2) гдеЦифровая согласованная фильтрация
Когерентных импульсных сигналов
Исходные предпосылки
В соответствии с общей теорией приема, оптимальная временная обработка принимаемого на фоне стационарного белого шума сигнала u(t) сводится к… . (11.4) Если а – параметр запаздывания ожидаемого сигнала относительно исходного x(t), то выражение (11.4) аналогично…Цифровые согласованные фильтры для свертки сигналов
Во временной области
Так как принимаемые радиолокационные сигналы перед дискретизацией преобразуются в две квадратурные составляющие, то реализация ЦСФ должна… . (11.8) По аналогии с (11.8) комплексную огибающую сопряженной импульсной характеристики СЦФ представим в виде:Цифровой согласованный фильтр для свертки сигналов
В частотной области
Рассмотрим теперь особенности дискретной свертки типа согласованной фильтрации в частотной области. В соответствии с теорией дискретного… и, наоборот, любая функция, представленная ограниченным дискретным спектром , (k= 0, 1, 2, ..., п-1), может быть…Контрольные вопросы
1. Принцип работы когерентной доплеровской РЛС с непрерывным излучением.
2. Поясните разницу между когерентным и некогерентным накоплением.
3. Принцип работы импульсно-когерентной РЛС.
4. Дать определение когерентной пачки импульсов.
5. Дать определение некогерентной пачки импульсов.
6. Поясните принцип внутренней когерентности.
7. Поясните принцип внешней когерентности.
8. Последовательность операций времячастотной обработки сигналов.
9. Статистические свойства сигналов и помех при их цифровом представлении.
10. Смысл цифровой согласованной фильтрации.
11. Опишите процедуру свертки во временной области.
12. Опишите процедуру свертки в частотной области.
Г л а в а 12.
Селекция движущихся целей
Общие положения
Под СДЦ понимают выделение сигналов движущихся целей из них смеси с помехами и шумами, принимаемой приемником РЛС. Типичными задачами СДЦ являются:… Поскольку мощность отражений от неподвижных в малоподвижных объектов (мощность… , (12.1)Оптимальные алгоритмы обнаружения сигналов на фоне
Коррелированной помехи
Как известно, оптимальный обнаружитель когерентной пачки радиоимпульсов на фоне белого шума представляет собой последовательно соединенные… (12.4) является комплексно-сопряженной функцией спектров пачки .Классификация РЛС с системами СДЦ и их структурные схемы
Как было отмечено, когерентные РЛС с СДЦ в зависимости от частоты повторения зондирующих импульсов относят к РЛС с низкой частотой повторения FП <5 кГц; в РЛС с высокой частотой повторения FП >50 кГц. Последние называются также импульсно– доплеровскими, или квазинепрерывными. Существует также РЛС со средней частотой повторения 5 кГц< FП <50 кГц. РЛС с низкой частотой повторения импульсов (большой скважностью) обладают большим интервалом однозначного измерения дальности и малым интервалом однозначного измерения скорости. Импульсно-доплеровские РЛС, напротив, позволяют измерять скорость в большом диапазоне, но интервал однозначного измерения дальности у них мал, следовательно, и число каналов дальности невелико (5 – 10). РЛС со средней частотой повторения импульсов не обеспечивают ни однозначного намерения скорости, ни однозначного измерения дальности в требуемых диапазонах, однако совместное использование нескольких близких средних частот повторения позволяет расширить эти диапазоны.
Необходимо отметить, что современные РЛС с СДЦ могут работать поочередно с различными частотами повторения импульса, поэтому целесообразно говорить о режимах работы РЛС высокой, низкой и средней частотой повторения зондирующих импульсов.
| М |
| УМ |
| Умн. Ч хт |
| ГПЧ |
| ДЧ |
| ИКО |
| АД |
| РФ |
| ФД |
| Умн. Ч Х(т-1) |
| УПЧ |
| ППП |
| Рис. 12.5. Структурная схема истинно когерентной РЛС с низкой частотой повторения импульсов |
РЛС с внутренней когерентностью делятся на истинно когерентные и псевдокогерентные. Истинно когерентные РЛС излучают в пространство когерентную последовательность радиоимпульсов, заполнение которых представляет собой отрезки одного и того же высокочастотного сигнала, поэтому начальные фазы всех импульсов одинаковы.
Структурная схема истинно когерентной РЛС с низкой частотой повторения импульсов представлена на рис. 12.5.
| Рис. 12.6. Спектр сигнала на выходе ФД На рис. 6,а заштрихованные пики принадлежат подвижной цели; |
Спектр сигнала на выходе ФД приведен на рис. 12.6,а.
Заштрихованные пики принадлежат сигналу движущейся цели.
Оптимальный фильтр системы СДЦ (рис. 12.3) при неизвестной доплеровской частоте становится многоканальным по этой частоте, однако ценой некоторых потерь в накопленном отношении сигнал-помеха можно отказаться от многоканальности и перейти к некогерентному накоплению сигнала. При этом сигнал после РФ амплитудно детектируется в АД и все остатки режекции некогерентно (по мощности) накапливаются на интеграторе либо на экране индикатора кругового обзора ИКО. Остатки режекции пассивной помехи будут влиять в данном случае на обнаружение сигнала цели, не совпадающего изначально с ним по частоте. Уменьшить это влияние можно, если пожертвовать возможностью обнаружения целей доплеровскими частотами, близкими к . Поскольку в области главных пиков спектральной плотности помехи мощность сигнала цели существенно меньше мощности помехи, при ограниченном объеме пачки выделить сигнал в этой области не представляется возможным. Тогда наилучшим РФ следует считать фильтр, полностью вырезающий главные пики спектральной плотности помехи и тем самым уменьшающий мощность остатков режекции на выходе фильтра. АЧХ такого РФ показана на рис. 12.6,б. В полосе пропускания АЧХ фильтра равномерна, так как все доплеровские частоты равновероятны.
В РЛС псевдокогерентного типа (рис. 12.7) излучаемая в пространство последовательность импульсов некогерентна, а когерентность обработки пачки обеспечивается запоминанием начальных фаз зондирующих импульсов на период их повторения. Мощные зондирующие импульсы формируются генератором радиочастот ГРЧ. Их частота повторения задается хронизатором, а длительность - модулятором М. Каждый импульс, генерируемый ГРЧ, переносится с помощью гетеродина Г и смесителя на промежуточную частоту осуществляет фазирование когерентного гетеродина КГ. Навязанную фазу (и частоту) когерентный гетеродин сохраняет в течение периода повторения импульсов, т.е. интервала прихода отражённых сигналов. Принятые сигналы после гетеродинирования и усиления поступают на ФД, на выходе которого выделяется видеосигнал, содержащий доплеровские составляющие спектра. Режекция пассивной помехи и накопление сигнала осуществляется так же, как в истинно когерентных РЛС.
Структурная схема импульсно-доплеровской истинно когерентной РЛС приведена на
| Умн. Ч хт |
| Умн. Ч х(т-1) |
| М |
| УМ |
| ГП |
| ДЧ |
| ЦРФ |
| УВ |
| И |
| УВЧ |
| ППП |
| Рис. 12.8. Структурная схема импульсно-доплеровской истинно когерентной РЛС |
| ФД |
| УПЧ |
| ФД |
| АЦП |
| АЦП |
| РКД |
| БПФ |
| БА |
| ОКД |
При необходимости визуального отображения результатов обнаружения выходы адаптивных пороговых устройств с одним и тем же номером всех каналов дальности объединяются по "ИЛИ" в блоке объединения каналов дальности (ОКД) и подается на индикатор (И) визуального отображения целей.
Характеристики эффективности системы СДЦ
И влияющие на нее факторы
Для оценки качества работы систем СДЦ обычно используются следующие характеристики. 1. АЧХ режекторного фильтра и канала доплеровской частотной селекции.Линейный… , (12.13)Контрольные вопросы
1. На каких физических процессах основана селекция движущихся целей?
2. Поясните принцип работы РЛС с селекцией движущихся целей.
3. Поясните структуру оптимального приемника при непрерывном излучении.
4. Приведите классификацию РЛС с СДЦ.
5. Поясните принципы истинно когерентной и квазикогерентной РЛС.
6. Перечислите характеристики эффективности схем СДЦ и поясните их физический смысл.
Г л а в а 13
Моноимпульсные РЛС
Одноканальные методы автосопровождения по угловым координатам
Автоматическое сопровождение целей производится по каждой угловой координате раздельно либо одновременно по двум. Раздельное сопровождение… Системы углового автосопровождения при линейном развертывании чаще всего лежит… Рис. 13.1. Коническое развертывание диаграммы направленности. – угол отклонения ДН от…Многоканальные (моноимпульсные) методы измерения
Угловых координат
На рис. 13.3 представлена простейшая двухканальная амплитудная система пеленгации. Приемник … Рис. 13.4. Диаграммы направленности (а) и зависимость отношения амплитуд от углового положения …Использование суммарно-разностных методов измерения
В моноимпульсных системах
Для получения суммарного и разностного колебаний обычно используются высокочастотные мостовые схемы на волноводах, либо на коаксиальных линиях. На рис. 13.7 показана схема кольцевого суммарно-разностного волноводного… Рис. 13.7. Схема ольцевого балансного моста Суммарно-разностная обработка…Автосопровождение по угловым координатам при использовании
Двухканальных систем
Произвольное угломерное устройство (амплитудное или фазовое) может быть использовано для получения сигнала рассогласования (сигнала ошибки) следящей… На рис. 13.14 представлена блок-схема приемной части двухканальной амплитудной… На рис. 13.15 представлена блок-схема простейшей двухканальной фазовой системы (АРУ не показана).Контрольные вопросы
1. Принцип моноимпульсной радиолокации.
2. Многоканальные моноимпульсные радиолокаторы.
3. Принцип получения сигнала ошибки в моноимпульсном радиолокаторе.
4. Суммарно-разностные методы получения сигнала ошибки амплитудной моноимпульсной РЛС.
5. Автосопровождения по угловым координатам в двухканальной РЛС.
6. Потенциальная точность сопровождения по угловым координатам.
Г л а в а 14
Принципы пассивной радиолокации
Области применения пассивной радиолокации
И методы определения координат
Пассивная локация осуществляет обнаружение и измерение координат воздушно-космических, наземных и надводных объектов, создающих излучения.… β1 β2 … Известны три метода определения координат источников радиоизлучения: триангуляционный (пеленгационный, угломерный),…Особенности локации при большом числе источников излучений.
Корреляционные методы обработки сигналов
Практическая реализация методов пассивной локации связана с необходимостью отождествления, т. е. установления соответствия между сигналами,… Для отождествления стационарных процессов и на входах двух приемников,… Последетекторная обработка сводится к вычислению корреляционной функции огибающих сигналов, додетекторная при большом…Оптимальные оценки координат и потенциальные точности
При триангуляционном и корреляционно-базовом методах
Определения координат излучающего объекта
Пусть пункты приема и источники радиоизлучения расположены в плоскости хОу (рис. 14.6). Положение i-го пункта характеризуется вектором , истинное… Используя теорему умножения послеопытную плотность вероятности координат при … Принимая ошибки пеленгования случайными и независимыми, а закон их распределения нормальным, имеем:Качественные показатели обнаружения стационарного случайного
Сигнала при корреляционной обработке
На вход коррелятора при наличии сигнала поступают случайные колебания: каждое в виде аддитивной смеси полезного сигнала и помехи. Все эти колебания считаем стационарными. Сигналы вначале…Некоторые вопросы пассивной локации источников
Естественных и близких к ним электромагнитных излучений
Эффект неравномерного теплового излучения радиоволн участками местности может быть использован для снятия ее радиационной карты (панорамы)… Рис. 14.9. Радиолокационное изображение участка Земли (а),… Рис. 1410. Радиолокационное изображение участка местности (а), фотография участка. …Контрольные вопросы
1. Области применения пассивной радиолокации и методы определения координат.
2. Поясните суть триангуляционного метода.
3. Поясните суть разностно-дальномерного метода.
4. Поясните суть угломерно-разностно-дальномерного метода.
5. Особенности локации при большом числе источников излучений.
6. Поясните суть корреляционного метода обработки сигналов и его применение в пассивной радиолокации.
7. Качественные показатели обнаружения стационарного случайного сигнала при корреляционной обработке.
8. Пассивная локация источников естественных и близких к ним электромагнитных излучений.
Г л а в а 15
Радиолокация с активным ответом
Общая характеристика РЛС с активным ответом
Принцип действия радиолокационной системы с активным ответом
Подобные системы еще называют системами вторичной радиолокации. Основное отличие ее от радиолокации с пассивным ответом следует из самого… Радиолокация с активным ответом имеет следующие особенности: – большая дальность действия по сравнению с пассивным ответом при весьма маломощном передатчике ответчика;Некоторые особенности построения систем с активным ответом
Устранение влияния боковых лепестков антенны
Мощность излучения по боковым лепесткам антенны запросчика в горизонтальной плоскости оказывается вполне достаточной для запроса ответчиков,… Рис. 15.2. Трех- и двухимпульсная система управления … На рис.15.2, а, показана ДН запросчика и ненаправленная ДН антенны подавления. На рис. 15.2, б, показано, что ответ…Влияние паразитных отражений в системах с активным ответом
На рис. 15,4 показан случай, когда при угле между направлениями запросчик-ответчик и запросчик-отражатель, превышающем ширину луча запросчика, и… Рассмотрим энергетические соотношения рис. (15.4). Мощность на входе… Рис. 15.4. Влияние отражений от одиночного отражателяМоноимпульсный метод измерения азимута
В РЛС с активным ответом
Измерение азимута в РЛС с активным ответом основано на использовании обнаружителя с движущимся окном. Для серии последовательных запросов… Рис.15.6. Моноимпульсный метод измерения азимута в РЛС… Гораздо лучшие результаты дает моноимпульсный метод определения угла. В таких системах антенная решетка наземного…Система активного ответа с адресным запросом
В рассмотренной системе с активным ответом запрашиваются все цели, находящиеся в пределах ДН антенны запросчика. В результате возникает перегрузка… Развитие АС УВД выдвинуло задачи повышения количества информации, передаваемой… Данная задача может быть решена путем перехода к индивидуальному адресному запросу каждого ВС. С этой целью ВС…Контрольные вопросы
1. Принцип действия радиолокационной системы с активным ответом.
2. Уравнение радиолокации с активным ответом в свободном пространстве.
3. Устранение влияния боковых лепестков антенны.
4. Кодирование ответного сигнала.
5. Влияние паразитных отражений в системах с активным ответом.
6. Моноимпульсный метод измерения азимута в РЛС с активным ответом.
7. Система активного ответа с адресным запросом.
Г л а в а 16.
Назначение и принципы построения РЛС
С синтезированной апертурой антенны
Принцип построения РЛС с синтезированной апертурой антенны
Подобный тип РЛС моно реализовать, разместив антенну на носителе, обладающем большой скоростью, позволяющей получить синтезированную апертуру… Синтезирование апертуры представляет собой технический прием, позволяющий… Задача уменьшения δR решается использованием зондирующих сигналов с малой длительностью импульсов или переходом к…Структурная схема РСА
| ППП |
| УМ УРЧ |
| КГ |
| ГРЧ |
| УПЧ |
| УОС |
| УЗ |
| Рис. 16.6. Структурная схема радиолокатора с синтезированием апертуры |
| в) |
| б) |
| а) |
| Х |
| Х |
| Х |
| п |
| Рис. 16.7. Запоминаемый кадр местности (а), диаграммы записи (б) и считывания (в) сигналов |
Основу РСА составляют когерентно-импульсные радиолокаторы, построенные по схеме с внутренней (истинной) когерентностью (рис. 16.6). Когерентный генератор КГ на частоте fп.ч служит для формирования в однополосном модуляторе зондирующего сигнала с частотой fо+fп.ч. Источником колебаний с частотой fо является ГРЧ. Зондирующий сигнал модулируется импульсной последовательностью с модулятора М. Усилитель мощности УМ представляет собой оконечный каскад передатчика. Обработка сигналов (запоминание, компенсация фаз, суммирование) обычно выполняется на низкой частоте.
16.1.4. Принципы обработки сигналов в РСА
При любом виде обработки необходимо покадровое запоминание информации о целях. Размеры кадра задаются по азимуту эффективным значением синтезируемой апертуры LЭф и дальностью обзора Rmin . . . Rmax (рис. 16.7,а). Поскольку принимаемые при каждом положении антенны сигналы поступают на вход приемника с просматриваемой дистанции последовательно во времени, то и записываются они последовательно в каждый из N+1 азимутальных каналов, что условно показано стрелками на рис. 16.7,б. При этом формируется соответствующий участку местности кадр изображения с размерами хк и Rx. Получить информацию об угловом положении цели, т. е. о координате х, при синтезировании апертуры можно только при анализе отраженных от этой цели сигналов, записанных на интервале синтезирования LЭф. Поэтому информация с устройства записи считывается последовательно в каждом из п каналов дальности (рис. 16.7,в).
Сигнал, обрабатываемый в РСА. Пусть радиолокатор работает в импульсном режиме. Тогда за период повторения Тп антенна смещается на отрезок Δ=VTn (рис. 16.8, а). Для исключения пропуска цели при таком смещении антенны потребуем, чтобы Δ<dА. Допустим теперь, что РСА неподвижен, а цель движется относительно него с той же скоростью V (рис. 16.8,б). Начиная отсчет времени с момента прохода целью (точка М) середины апертуры (i = 0) и считая R0>>Vt, имеем , . При проходе цели через диаграмму направленности доплеровский сдвиг частоты (рис. 16.8, в) и фаза (рис.16.8, г) меняются по законам
| x=Vt |
| x=Vt |
| Vt |
| X |
| Vr |
| V |
| a |
| а) |
| V |
| -2 -1 0 1 2 |
| б) |
| в) |
| г) |
| Рис. 16.8. Схема перемещения антенны (а), формирование вектора радиальной скорости (б) изменения доплеровской. частоты (в) и фазы г) сигнала при пролете цели |
, (16.2)
. (16.3)
Комплексную амплитуду отраженных сигналов при синтезировании апертуры можно представить в виде , где ; .
Здесь и далее огибающая сигнала выражена через ДНА реальной антенны Ga и значение амплитуды сигнала равно Uo при α=0.
В импульсном радиолокаторе время прихода сигнала является дискретным, т. е. . Тогда
. (16.4)
Дискретные составляющие сигнала (16.4) необходимо запомнить на интервале времени
NTn , где . .
Алгоритмы обработки сигнала в PCА. Для оптимальной обработки сигнала (16.4) необходим фильтр с импульсной характеристикой:
, (16.5)
, (16.6)
где
Устройство обработки сигналов с таким фильтром будет оптимальным только для дальности R0. Это обстоятельство объясняет название соответствующего РСА: он оказывается «сфокусированным» на данную дальность. Кроме того, фильтр является оптимальным только при определенной скорости носителя радиолокатора.
Оптимальное устройство обработки сигналов при синтезировании апертуры (рис. 16.9,б) состоит из фильтра СФ, согласованного с одиночным импульсом, устройства запоминания сигналов на N периодов повторения, весовых усилителей с коэффициентами усиления Wi фазовращателей φ и сумматора сигналов. При нефокусированной обработке, которая не является оптимальной, фазовращатели отсутствуют. Следует учитывать, что W и φ зависят от Ro, поэтому система обработки должна быть многоканальной по дальности с числом каналов.
Таким образом, алгоритм фокусированной обработки имеет вид:
, (16.7)
нефокусированной
. (16.8)
Цифровая обработка сигналов РСА
При аналоговой обработке в РСА с использованием фотопленки информация извлекается с большим запаздыванием относительно момента записи (до нескольких… 16.2.1. Структурная схема устройства цифровой обработки сигналов РСАКосмические РЛС с синтезированной апертурой
В течение многих лет основными датчиками, устанавливаемыми на космических аппаратах (КА), были датчики оптического диапазона, непосредственно… Рис. 16.11. Принцип работы РСА, расположенной на КА … Отличительное свойство правильно спроектированной РСА – ее гибкость, которая обеспечивает большое число рабочих…Проект lightSAR
Таблица 16.2 ТТХ ОРЛС lightSARХ- диапазона Параметры Величина Размеры антенны 1,35(1,8)х2,9 м … Планируемые во время полета наблюдения потребуют… Таблица 16.3 ТТХ ОРЛС lightSAR L диапазона Параметры Величина Размеры …Контрольные вопросы
1.Принцип построения РЛС с синтезированной апертурой.
2.Возможные варианты получения РЛС с синтезированной апертурой.
3.Принципы получения высокой разрешающей способности в РЛС с синтезированной апертурой.
4.Структурная схема РЛС с синтезированной апертурой.
5.Принципы обработки сигналов с синтезированной апертурой.
6.Суть алгоритма обработки сигнала в РЛС с синтезированной апертурой.
7.Структура цифрового обнаружителя в РЛС с синтезированной апертурой.
8.Примеры реализации РЛС с синтезированной апертурой.
Р А З Д Е Л ІII
К Р А Т К О Е О П И С А Н И Е Н Е К О Т О Р Ы Х Р Л С
Во вступлении к разделу ІІІ приводится классификация современных РЛС. Приведенная классификация не является полной и исчерпывающей как по признакам… В 16 главе приводятся описания и схемные решения конкретных образцов РЛС. Из… – традиционная РЛС надводного наблюдения второго поколения «Океан»;Глава 17.
РЛС надводного наблюдения «Океан»
Общие данные
Судовая навигационная РЛС «Океан» является двухдиапазонной и работает на волнах 3,2 и 10 см. Кроме того, в зависимости от типа комплектации… – осуществлять автоматическое сопровождение (при ручном захвате) в режиме… – осуществлять расхождение с сопровождающим объектом с выдачей рекомендаций по маневрированию курсом или скоростью. …Антенно-волноводное устройство
Двухдиапазонная антенна типа А представляет собой конструкцию зеркального типа, показанную на рис. 17.1 Антенна имеет общий отражатель (зеркало) с поверхностью раскрыва 750 х 3300 мм… Двигатель размещен вне корпуса привода, крепится к нему фланцем и соединяется с редуктором эластичной муфтой.Канал СВЧ на волне 3,2 и 10 см
АПЧ АПЧ УПЧ +200 В АП … Как видно из рис. 17.3, колебания СВЧ, вырабатываемые магнетронным генератором… На щелевой мост автоматической подстройки частоты (ЩМ-А) через направленный ответвитель (НО), постоянный (ПА) и…Передающее устройство
Передатчик РЛС «Океан» 3,2 и 10 см состоит из модулятора и магнетронного генератора (рис. 17.6). В состав модулятора входят: ЛЗ Ус ЗИ … – усилитель запускающих импульсов Ус ЗИ;Приемное устройство
8 УПЧ Д ВУ КП … Емкостью контуров, как обычно в этом диапазоне частот, служат междуэлектроаные… Чтобы повысить чувствительность, в первых двух каскадах приемника применяются пентоды, включенные по схеме триодов.…Г л а в а 18.
РЛС надводного наблюдения МР-244 «Экран»
Общие данные
Навигационная радиолокационная станция МР-244 «Экран» устанавливается на морских и речных судах, береговых постах контроля судоходства и… – радиолокационное отображение окружающей надводной обстановки; – измерение пеленгов и дальностей объектов (целей) и характерных береговых ориентиров;Передающий тракт
Передающий тракт обеспечивает генерирование СВЧ зондирующих импульсов и формирование ряда служебных импульсов, синхронизирующих работу других… Структурная схема и эпюры напряжений в контрольных точках передающего тракта… В состав тракта входят собственно передатчик и узел формированияПриемный тракт
Приемный тракт обеспечивает преобразование отраженных СВЧ-сигналов в сигналы промежуточной частоты, их усиление на промежуточной частоте и… Построение приемного тракта приведено на рис.18.3. В состав тракта входят радиочастотный узел ВЧ и смеситель, регулируемый УПЧ и узел УПЧ и элементы коммутации и…Г л а в а 19.
РЛС МР 750 «Фрегат»
Режим обзора пространства и зоны обнаружения РЛС
Далее нами будут рассмотрены в качестве примера две РЛС воздушного наблюдения. Предварительно следует напомнить некоторые особенности подобных РЛС.… Однолучевой режим обзора позволяет сконцентрировать всю излучаемую мощность в… Многолучевой режим работы позволяет получить пачку отраженных импульсов, достаточную для эффективного подавления всех…Формирование и излучение мощного ЛЧМ-сигнала
в РЛС МР 750 «Фрегат»
Общие сведения
В этой главе будет рассмотрена РЛС с частотным сканированием луча в вертикальной плоскости и вращением антенны в горизонтальной плоскости. В подобных РЛС, как правило, используют сложный ЛЧМ-сигнал, обеспечивающий сжатие сигнала при приеме в 100 раз и более.
В решении задачи формирования и излучения зондирующих сигналов в РЛС обнаружения обычно участвуют:
–устройство синхронизации;
| Рис. 19.3. Структурная схема взаимодействия устройств РЛС при формировании и излучении зондирующего сигнала |
| Антенное устройство |
| Высокочастотный тракт |
| Передающее устройство |
| Устройство формирования высокочастотного сигнала |
| Устройство синхронизации |
–передающее устройство;
–высокочастотный тракт станции;
–антенное устройство.
Взаимосвязь устройств при решении данной задачи показана на рис. 19.3.
В общем виде результат ее решения –это излучение антенным устройством в пределах определенного пространственного угла последовательности импульсов сверхвысокочастотной электромагнитной энергии большой мощности, выработанных передающим устройством. При этом высокочастотный тракт передает высокочастотную энергию от передающего устройства к антенному с минимально возможными потерями. Устройство синхронизации в соответствии с установленным режимом работы РЛС вырабатывает синхроимпульсы, управляющие работой передающего устройства и устройства формирования высокочастотного сигнала. Синхроимпульсы задают частоту следования импульсов, их длительность, а в многочастотных РЛС и порядок смены рабочих частот станции.
В современных корабельных РЛС обнаружения используются импульсные передатчики. В состав их обязательно входят следующие основные части:
–генератор, преобразующий энергию источника питания в энергию сверхвысокочастотных колебаний;
–модулятор, управляющий выработкой высокочастотных колебаний;
–источник питания.
В зависимости от требований, предъявляемых к передающему устройству, построение этих составных частей может быть различным. Структуру построения всего устройства определяет в основном построение генераторной части. Передающие устройства разделяются на однокаскадные и многокаскадные (рис. 19.4).
В однокаскадных передающих устройствах (рис. 19.4,а) в качестве генераторов СВЧ используются генераторы с самовозбуждением. При этом наибольшее применение в них нашли магнетроны. Однако возможно использование и других генераторных приборов: триодных генераторов, ламп бегущей волны (ЛБВ), ламп обратной волны (ЛОВ), клистронов, полупроводниковых приборов и т. д. Генератор СВЧ управляется импульсным модулятором. Для этого модулятор вырабатывает короткие прямоугольные импульсы напряжения заданной длительности и амплитуды, воздействующие на анодные или сеточные цепи генератора СВЧ. Источником питания для модулятора обычно является мощный высоковольтный выпрямитель. Передающие устройства такого типа имеют ряд существенных недостатков, которые не позволяют использовать эти устройства в РЛС обнаружения, требующих быстрой перестройки несущей частоты в широком диапазоне и высокой стабильности ее.
Устройство составных частей и принцип работы однокаскадных передатчиков подробно описаны в литературе,
| fпр |
| fзг |
| fc |
| fc |
| От синхронизатора |
| Подмодулятор |
| Импульсный модулятор |
| Импульсный модулятор |
| Генератор СВЧ |
| Источник питания |
| а |
| Зад. генератор |
| Импульсный модулятор |
| Преобр. частоты |
| Генератор СВЧ (УС) |
| Источник питания |
| Модулятор |
| Подмодулятор |
| б |
| Возбудитель |
| Рис. 19.4. Структурная схема передающего устройства: а – однокаскадный (генератор с самовозбуждением); б – многокаскадный генератор с внешним возбуждением |
Задающий генератор вырабатывает относительно низкочастотные колебания малой мощности. Преобразователь преобразует частоту этих колебаний fзг в несущую частоту станции fс, на которой производится излучение РЛС.
Выходной генератор СВЧ усиливает сформированные в возбудителе сигналы до необходимого для излучения уровня.
Передающее устройство запускается внешним импульсом, вырабатываемым в синхронизаторе РЛС. Для усиления его до необходимого уровня служит подмодулятор. Управление работой генератора СВЧ осуществляется с помощью модулятора.
Преимущества многокаскадных передающих устройств:
–возможность перестройки несущей частоты от импульса к импульсу;
–большая широкополосность;
–возможность получения большой импульсной (до нескольких мегаватт) и средней (до десяти киловатт) мощности;
–высокая стабильность генерируемой частоты;
–возможность изменения выходной мощности передатчика;
– относительная простота использования сложных зондирующих сигналов.
Эти преимущества позволяют улучшить помехозащищенность РЛС, увеличить ее возможности. Использование многокаскадных передающих устройств в МР-750 позволило унифицировать отдельные приборы передатчиков, несмотря на различие максимальных выходных мощностей этих станций.
Устройство формирования высокочастотного сигнала включает в себя возбудитель передающего устройства, состоящий из задающего генератора и преобразователя частоты, и схему формирования сигнала промежуточной частоты. Оно вырабатывает импульсы высокочастотных колебаний на несущей частоте РЛС, которые подаются затем для усиления на генератор СВЧ.
Рассмотрим принцип построения и работу составных частей устройства формирования (рис. 19.5).
Задающий генератор представляет собой автогенератор СВЧ малой мощности с высокой стабильностью частоты. В качестве задающих генераторов используются кварцевые генераторы. Так как многокаскадные передающие устройства работают в широком частотном диапазоне на одной из нескольких несущих частот, то и устройство формирования высокочастотного сигнала должно обеспечивать выработку этих частот. Поэтому роль задающего генератора выполняет синтезатор частот, включающий в себя несколько кварцевых генераторов, каждый из которых участвует в выработке определенной несущей частоты. Кварцевая стабилизация возможна только до частот порядка 200 МГц. Поэтому для получения несущей частоты РЛС после задающего генератора устанавливается преобразователь частоты. Вначале частота задающего генератора преобразуется в гетеродинную частоту с помощью умножителей частоты. Для обеспечения нормальной работы умножителей и смесителя в преобразователь включены усилители мощности. Умножители частоты и усилители мощности в таких РЛС, как МР-750 достаточно широкополосные, что обеспечивает с их помощью формирование гетеродинных частот во всем рабочем диапазоне. В этих станциях схемы умножителей и усилителей выполнены в виде микросборок, собранных на базе тонкопленочной технологии. В них использованы полосковые линии и бескорнусные транзисторы.
Часть мощности колебаний гетеродинной частоты с помощью ответвителя подается в супергетеродинный приемник РЛС для преобразования принятых РЛС сигналов в сигналы промежуточной частоты. В устройстве формирования выработанные колебания гетеродинной частоты с помощью смесителя преобразуются в сигналы несущей частоты.
Преобразование частоты может быть однократным или двукратным. Двукратное преобразование частоты необходимо для предотвращения проникновения колебаний гетеродинных частот или их гармоник на выход устройства формирования. При однократном преобразовании на смеситель подаются колебания гетеродинной частоты fг и сигнал промежуточной частоты fпр, а на выходе его выделяются сигналы разностной (fг–пр) или суммарной (fг+fпр) частоты. Она и используется в качестве несущей (рабочей) частоты РЛС fс.
При двукратном преобразовании частоты в схеме устанавливаются два смесителя: один – в канале прохождения колебаний гетеродинной частоты, другой – в канале прохождения сигналов промежуточной частоты. Для преобразования промежуточной частоты в схему включается специальный гетеродин фиксированной частоты.
На выходе первого смесителя выделяются колебания с частотой, называемой первой промежуточной fпр1, а на выходе второго смесителя – сигналы, заполненные несущей частотой fс.
Как уже отмечалось, в большинстве современных РЛС обнаружения в качестве зондирующих сигналов используются линейные частотно-модулированные сигналы (ЛЧМ), т. е. радиоимпульсы, частота заполнения которых изменяется по линейному закону. Их использование позволяет при сравнительно небольшой импульсной мощности получить большую энергию в импульсе путем увеличения его длительности. При этом сохраняются высокими разрешающая способность РЛС и точность измерения дальности, повышается помехозащищенность.
Частотная модуляция сигналов производится на промежуточной частоте с помощью растягивающих фильтров. В качестве таких фильтров используются ультразвуковые линии задержки (УЛЗ), время задержки tз., которых в определенном частотном диапазоне зависит от частоты f сигнала (рис. 19.6). При подаче на такой фильтр коротких импульсов длительностью , заполненных колебаниями промежуточной частоты, на выходе получаются импульсы большой длительности , частота заполнения которых изменяется но линейному закону, т. е. ЛЧМ-сигналы.
| Рис. 19.6. Принцип формирования ЛЧМ-сигнала: а – формы радиоимпульсов на входе и выходе растягивающего фильтра, б – времячастотная характеристика фильтра; в – закон изменения частоты заполнения ЛЧМ радиоимпульса: 1 – отрицательный; 2 – положительный закон изменения частоты заполнения |
Формирование ЛЧМ-сигналов промежуточной частоты осуществляется специальной схемой, размещаемой, как правило, в одном из приборов приемного устройства. Рассмотрим принцип построения одного из вариантов такой схемы формирования (рис. 19.7). На входе схемы установлен генератор ударного возбуждения (ГУВ), запускаемый импульсами синхронизации. Генератор вырабатывает короткие радиоимпульсы промежуточной частоты длительностью, равной длительности импульса запуска, которые сначала усиливаются усилителем мощности (УМ), а затем подаются на растягивающий фильтр (РФ). Фильтр осуществляет линейную частотную модуляцию сигналов промежуточной частоты.
| ГУВ |
| УМ |
| РФ |
| ГУВ |
| УЛЗ-1 |
| РП |
| УПЧ |
| АТТ |
| РП |
| УПЧ |
| УПЧ |
| РП |
| АТТ |
| УПЧ |
| РП |
| УЗЛ-2 |
| РФ |
| ЛЧМ сигнал |
| Управляющий сигнал |
| Импульс запуска |
| Импульс запуска |
| ЛЧМ сигнал |
| Управляющий сигнал |
| Управляющий сигнал |
| Управляющий сигнал |
| Рис. 19.7. Структурная схема формирования ЛЧМ- радиоимпульса: а – одиночных; б – когерентных «троек» |
Рассмотрим принцип формирования последовательности из трех когерентных ЛЧМ-сигналов одной из таких схем (рис. 19.7). Короткий радиоимпульс, выработанный ГУВ в ней, направляется в прямой и задерживающий каналы. УЛЗ-1 в задерживающем канале задерживает проходящий через нее радиоимпульс на время . В результате в точке объединения цепей обоих каналов есть уже два радиоимпульса: первый – прошедший по прямому каналу, второй – по задерживающему. В каналах сигналы проходят через регуляторы полосы (РП), обеспечивающие точное сопряжение полос пропускания обоих каналов, чтобы прошедшие через них сигналы имели одинаковую форму. После них сигналы усиливаются в коммутируемых усилителях промежуточной частоты (УПЧ). УПЧ открываются управляющими сигналами только на время прохождения радиоимпульсов, что препятствует пропусканию на выход схемы лишних сигналов и шумов. В прямой канал, кроме того, входит еще и аттенюатор (АТТ), который вводит дополнительное затухание, эквивалентное затуханию, вносимому линией задержки в задерживающем канале. Это обеспечивает равенство амплитуд сигналов на выходе обоих каналов. Таким образом, в точке 1 получается два когерентных радиоимпульса. Они подаются в прямой и задерживающий каналы, аналогичные вышеописанным. Управляющие сигналы на УПЧ, входящие в них, подаются таким образом, чтобы в точке 2 схемы сформировать последовательность из трех импульсов. Первый – радиоимпульс, прошедший через прямые каналы, второй и третий – пара радиоимпульсов, образованная в точке 2 схемы, прошедшая через второй задерживающий канал. Так как во втором задерживающем канале стоит УЛЗ-2, обеспечивающая задержку сигналов на время tз2, в точке 2 будет три когерентных импульса с расстановкой, указанной на рис. 19.7. Пройдя через растягивающий фильтр, они образуют три когерентных ЛЧМ-сигнала. В качестве примера рассмотрим формирование высокочастотных сигналов в РЛС МР-750 (рис. 19.8):
| КГ 1 |
| КГ 2 |
| КГ 31 |
| СГ |
| СГ |
| СГ |
| СГ |
| СГ |
| СГ |
| От блока К 4 |
| От блока К 4 |
| На блок БС |
| На ВПУ |
| Рис. 19.8. Функциональная схема блока гетеродинов (БГ) РЛС |
В формировании сигналов участвуют блок гетеродина БГ и блок сигнала БС приборов 4 – 1, 4 – 2, а также схема формирования ЛЧМ-сигналов, расположенная в приборе 5.
Блок БГ (рис. 19.8) вырабатывает высокочастотные колебания гетеродинной частоты. Формирование одной из 31 гетеродинной частоты (fг1 – fг31) осуществляется последовательным умножением частоты сигнала, выработанного соответствующим задающим генератором, и усилением его мощности.
В качестве задающих генераторов используется 31 кварцевый автогенератор. Каждый из них работает в непрерывном режиме на фиксированной частоте fкв и входит в состав субблока ГК (генератор-коммутатор). Субблок содержит кварцевый автогенератор, удвоитель частоты и коммутатор, управляемый специальными сигналами команд, вырабатываемыми из импульсов синхронизации в блоке команд К4. Коммутатор открывается на время, необходимое для формирования схемой заданной частоты. Таким образом, высокочастотные колебания в любое время поступают на сумматор гетеродинов (СГ) только с одного из субблоков ГК – сумматор производит объединение выходных цепей ГК в общий тракт. Далее колебания с частотой 2fкв поступают на широкополосный усилитель (ШУ), который усиливает их мощность и умножает частоту на восемь, потом – на утроитель (УТР), предназначенный для умножения частоты на три. В результате произведенных преобразований частота высокочастотных колебаний на выходе утроителя достигает значений гетеродинных частот. Они усиливаются в усилителях сигналов (УС) и подаются на направленный ответвитель гетеродина ОНГ, который обеспечивает разделение их мощности на две части: часть мощности подается в высокочастотную часть приемного устройства (ВПУ), другая часть – на блок сигнала (БС) для дальнейшего преобразования.
Блоки 1БГ и 2БГ, входящие соответственно в состав первого и второго частотных каналов РЛС (рис. 19.8), различаются частотным диапазоном формируемых сигналов. Состав и устройство их полностью идентичны. Конструктивно УТР, УСІ, УС2, ОНГ выполнены в виде микросборок СВЧ, изготовленных на базе тонкопленочной технологии. Использование таких микросборок в составе устройства формирования высокочастотного сигнала и приемного устройства позволило повысить их надежность, значительно сократить вес приборов и блоков, их габариты.
Блок БС (блок сигнала) (рис. 19.9) формирует высокочастотные сигналы, подаваемые на передающее устройство, осуществляя перенос спектра ЛЧМ-сигналов с промежуточной частоты на несущую (рабочую) частоту станции с помощью гетеродинных частот.
Блоки 1БС и 2БС, входящие в состав приборов 4 – 1 и 4 – 2 и относящиеся соответственно к первому и второму частотным каналам РЛС, выполнены аналогично один другому, но имеют различный частотный диапазон и небольшие различия в соединениях субблоков (рис. 19.9). На входы блоков поступают сигналы гетеродинных частот, сформированные соответствующими блоками гетеродинов (1БГ и 2БГ), а также ЛЧМ-сигналы промежуточной частоты, выработанные схемой формирования в приемном устройстве. Сигналы промежуточной частоты усиливаются в блоках усилителем У20, собранным на транзисторе, а затем подаются на смеситель фиксированной частоты (СФ). На второй вход его подаются сигналы с автогенератора (АГ), который является гетеродином фиксированной частоты и генерирует сигналы с частотой f1 в блоке 1БС или частотой f2 в блоке 2БС. Смеситель (СФ) переносит спектр сигнала промежуточной частоты на фиксированную частоту (f1+ fпр) или (f2- fпр). Фильтр смесителя фиксированной частоты (ФСФ) подавляет образующиеся побочные частоты, затем сигналы фиксированной частоты усиливаются усилителем (УФ) и подаются на второй фильтр смесителя (ФСФ). С него сигналы поступают на смеситель: в блоке 1БС – на СН, в блоке 2БС – на СВ.
Далее формирование сигналов рассмотрим на примере работы блока 1БС (рис. 19.10). Колебания гетеродинных частот (f1-1 - f1-31) поступают в нем на смеситель СН, на второй вход которого подается сигнал фиксированной частоты с фильтра ФСФ. Смеситель выделяет разностную частоту сигнала гетеродина и сигнала фиксированной частоты. Сигнал разностной частоты усиливается усилителем УН и подается на смеситель СВ, на второй вход которого подаются колебания, выработанные автогенератором (АГ). Смеситель осуществляет перенос спектра сигнала разностной частоты в диапазон рабочих частот, выделяя суммарную частоту входных частот. Полученные высокочастотные сигналы последовательно усиливаются усилителями, собранными в виде микросборок УС. Формулы преобразований частот сигналов, производимых в микросборках СФ, СН и СВ обоих блоков, показаны на рис. 19.10.
Схема формирования ЛЧМ-сигналов промежуточной частоты станции размещается в приборе 5 в блоках ФС (формирования сигналов) и АК-1, АК-2 (автокомпенсаторы).
Принцип работы схемы аналогичен рассмотренному выше. При этом ГУВ размещается в модуле формирователя запускающих импульсов (ФЗИ); схемы, входящие в состав прямых и задерживающих каналов – в модулях ЛЗФП-11 и ЛЗФП-12; РФ – в модулях оптимальных фильтров (ОФ-Р7, ОФ-Р8). Схема предназначена для формирования ЛЧМ–сигналов промежуточной частоты для двух частотных каналов РЛС двух длительностей:
– сигналы длительностью – так называемые «длинные» одиночные сигналы (Д);
– сигналы длительностью – «короткие» сигналы (КО и КТ). При формировании «коротких» сигналов производится выработка последовательности из трех когерентных ЛЧМ-сигналов.
| ФЗИ |
| ОФ Р7 |
| УПЧ |
| УПЧ |
| УПЧ |
| УПЧ |
| РРЗ |
| РРЗ |
| ОФ Р7 |
| УПЧ |
| УПЧ |
| Блок АК-2 |
| ЛЗФП 11 |
| Блок АК-1 |
| ЛЗФП 11 |
| ФК-МА |
| К пер Д1 |
| КК |
| КК |
| К пер Д2 |
| К пер К1 |
| К пер К2 |
| fпр 1 - го канала |
| fпр 2 - го канала |
| ИЗГУВК ИЗГУВД Команды управления |
| От прибора 15 (блок УСС) |
| КЗК 1 КЗК 1 |
| КЗК 2 КЗК 2 |
| Рис. 19.10. Функциональная схема формирования ЛЧМ-радиоимпульсов в РЛС МР-750 |
| Блок ФС |
Запуск схемы формирования (рис. 19.10) производится импульсами запуска генератора ударного возбуждения (ИЗГУВд и ИЗГУВк), которые вырабатываются в блоке формирователя команд ФК-МА из импульсов синхронизации, приходящих с прибора 15. Блок ФК-МА управляет работой всего прибора 5. На него поступают полный пакет импульсов синхронизации и признаки режимов работы станции. В зависимости от этих признаков с выхода блока ФК-МА снимаются импульсы запуска ИЗГУВд или ИЗГУВК и команды, необходимые для управления работой коммутаторов схемы формирования.
Видеоимпульсы ИЗГУВд ( = 0,8 мкс) участвуют в формировании «длинных» сигналов, а ИЗГУВк ( = 0,2 мкс) – «коротких». Импульсы запуска с блока ФК поступают на модуль ФЗИ (формирователь запускающих импульсов), где происходит формирование импульсов промежуточной частоты длительностью, равной длительности импульсов запуска. С выхода модуля ФЗИ импульс, сформированный с помощью ИЗГУВд, поступает на оптимальный фильтр ОФ-Р7. Там он преобразуется в «длинный» радиоимпульс с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Радиоимпульс, сформированный с помощью ИЗГУВк, подается последовательно на блоки АК-1 и АК-2, в которых он проходит через прямые и задерживающие каналы в модулях ЛЗФП-11 и ЛЗФП-12. Коммутация сигналов в этих модулях осуществляется с помощью команд КЗК и КПК, управляющих работой коммутаторов в задерживающем и прямом каналах. При этом формируются три когерентных «коротких» радиоимпульса. Так как линии задержки, стоящие в модулях ЛЗФП-11 и ЛЗФП-12, имеют разные времена задержки, тройка импульсов формируется с различными межимпульсными интервалами, что необходимо для эффективной работы схемы СДЦ. Полученные радиоимпульсы пропускаются через оптимальный фильтр ОФ-Р8, который преобразует их в ЛЧМ-сигналы.
Сформированные ЛЧМ-радиоимпульсы с выходов оптимальных фильтров поступают на стробируемые усилители промежуточной частоты (УПЧ). Для уменьшения помех эти усилители открываются специальными командами с блока ФК только на момент передачи сформированных импульсов. На оптимальные фильтры подключено по два усилителя, каждый из которых обеспечивает прохождение сигналов на один частотный канал. Далее сигналы подаются на усилители РРЗ. В модулях РРЗ происходит объединение в единый тракт цепей формирования «длинных» и «коротких» сигналов для каждого из частотных каналов. С них сигналы направляются на выход блока ФС и далее на приборы 4 – 1 и 4 – 2 в блоки 1БС и 2БС соответственно. В блоках БС спектр ЛЧМ-сигналов переносится с промежуточной на рабочие частоты. При этом последовательность из трех коротких сигналов промежуточной частоты преобразуется либо в три сигнала, заполненные разными несущими частотами («короткие» одиночные сигналы – КО), либо в последовательность из трех когерентных сигналов, имеющих одну несущую частоту («короткие тройки» – КТ).
Генераторы СВЧ многокаскадных передающих устройств
Генератор СВЧ многокаскадных передающих устройств предназначен для усиления входного маломощного высокочастотного сигнала до уровня, необходимого… Каждый из этих приборов имеет определенные достоинства и недостатки. Мощности… Рассмотрим особенности работы различных усилительных приборов, которые используются в современных корабельных РЛС…Импульсные модуляторы
Импульсные модуляторы предназначены для управления колебаниями генераторов СВЧ. В РЛС используется анодная модуляция, при которой управление работой… На генератор СВЧ Импульс … Модуляторы классифицируются по виду накопителя или коммутирующего прибора, а также по режиму работы накопителя. В…Высокочастотный тракт
Высокочастотный тракт обеспечивает передачу с минимальными потерями электромагнитной энергии от передающего устройства к антенному. Он представляет… Рассмотрим назначение и особенности конструктивного построения отдельных… Линии передачи. В РЛС обнаружения в качестве линий передач используются прямоугольные волноводы, изготовленные из меди…Прием и обработка отраженных сигналов
Общие сведения
В решении задачи приема и обработки отраженных сигналов участвуют следующие устройства РЛС обнаружения: антенное, высокочастотный тракт станции, приемное, устройство размножения и индикаторное устройство. Результатом решения задачи является выделение полезного сигнала на фоне помех, преобразование его в видеоимпульсы, размножение их для передачи потребителям. Принятые антенной сигналы преобразуются в ней в токи высокой частоты, которые с помощью высокочастотного тракта подаются в приемное устройство. В РЛС обнаружения для приема и передачи используются совмещенные антенны с общим высокочастотным трактом. Коммутацию высокочастотного тракта с передачи на прием, а следовательно, и направление принятых сигналов из тракта в приемное устройство осуществляет антенный коммутатор.
|
| 3Б9-1 |
| 3Б6-2 |
| 3Б9-2 |
| 3Б6-1 |
| ВПО |
|
| К антенне ответчика 3А-10 |
| ФП-1 |
| СРЧК РУ (СУ) |
| ВП |
| ВПК-1 |
| ВПК-2 |
| ВПО |
| СГ |
| ФП-2 |
| НВ |
| От системы опознавания |
| ПЭА |
| НВ |
| НВ |
| СРЧ СУ (РУ) |
| ГТ |
| ГТ |
| П-Н |
| АК (15ЦВФ-6Б |
| Прибор 2 УМ-1 |
| ГТ |
| СР |
| ВКП |
| Прибор 4-1 |
| П-Н |
| АК (15ЦВФ-3Б |
| Прибор 2 УМ-2 |
| ГТ |
| СР |
| ВКП |
| Прибор 4-2 |
| Рис. 19.17. Структурная схема высокочастотного тракта РЛС МР-750 |
Приемное устройство отфильтровывает полезные, отраженные от целей сигналы РЛС, выделяя их из помех, усиливает и преобразует в видеосигналы. В РЛС обнаружения используются приемные устройства супергетеродинного типа. Как правило, приемное устройство состоит из высокочастотной (ВПУ) и низкочастотной части (НПУ), располагающихся в отдельных приборах. В ВПУ производится обработка сигналов на высокой частоте, а затем преобразование несущей (высокой) частоты в промежуточную. Гетеродинные напряжения, используемые для данного преобразования частоты, могут вырабатываться в самом приемном устройстве или в устройстве формирования высокочастотного сигнала. В низкочастотной части приемного устройства производятся основное усиление сигналов и выделение их из помех, а также детектирование принятых сигналов и дополнительное их усиление на видеочастоте.
Для лучшей наблюдаемости видеосигналов на экранах индикаторов в НПУ может производиться расширение их длительности.
Полученные видеосигналы размножаются и коммутируются всем потребителям радиолокационной информации с помощью устройства размножения.
В современных РЛС обнаружения потребителем полученной информации является индикаторное устройство станции. В радиолокационных системах полученная информация, кроме того, используется в устройстве обработки радиолокационной информации, где производятся ее отображение и дополнительная обработка.
Принцип построения, а также конструкция антенного устройства и высокочастотного тракта были описаны ранее.
Рассмотрим более подробно работу приемного устройства и устройства размножения.
Высокочастотная часть приемного устройства
Высокочастотная часть приемного устройства РЛС (ВПУ) состоит из устройства защиты, волноводно-коакисиального перехода, усилителя высокой частоты и преобразователя частоты.
Устройство защиты обеспечивает защиту входных каскадов приемного устройства от высокочастотной мощности, просачивающейся на вход приемника через антенный коммутатор от передатчика в момент излучения зондирующего импульса, и от мощных сигналов, принимаемых от близкорасположенных РЛС. Для ограничения входной мощности в РЛС обнаружения используются секции с разрядниками, которые представляют собой волноводные фильтры с установленными внутри газоразрядными приборами.
Мощные СВЧ-сигналы, попадающие в высокочастотный тракт РЛС, проходя через разрядники, вызывают ионизацию газа в них («поджиг» разрядников). При этом в плоскости разрядника происходит закорачивание цепи прохождения СВЧ-сигналов и отражение от разрядника наибольшей части их мощности. Отраженные от целей сигналы проходят через секцию с разрядниками практически без затухания, так как из-за малого уровня их мощности они не вызывают «поджига» разрядников.
В секцию последовательно устанавливается несколько разрядников, «поджиг» каждого из которых производится при различном уровне проходящей мощности. Последним в цепочке устанавливается разрядник с предварительным «поджигом», на специальный электрод которого подается постоянное напряжение для уменьшения порога срабатывания его и времени реакции. Такое построение секции с разрядниками обеспечивает практически мгновенное срабатывание разрядников при попадании в тракт мощных сигналов и максимальное ограничение просачивающейся на вход приемника мощности. Для уменьшения просачивающейся через разрядники высокочастотной энергии и для ступенчатого уменьшения затухания, вносимого в приемный тракт РЛС с целью осуществления временной регулировки его усиления, после разрядников могут устанавливаться еще диодные ограничители. Принцип их работы основан на том, что сопротивление диодов зависит от уровня поступающей на вход мощности и от величины управляющего напряжения, а изменение этого сопротивления приводит к изменению уровня шунтирования входных сигналов. Так, при входном сигнале, имеющем мощность более какого-то граничного значения, сопротивление диодов резко уменьшается, что приводит к шунтированию линии и уменьшению пропускаемого через ограничитель сигнала. То же самое происходит при подаче на диоды управляющего напряжения.
В настоящее время разработаны полупроводниковые устройства, которые могут выполнять функции ограничителя мощных сигналов, что позволяет исключить разрядники из приемного тракта.
Волноводно-коаксиальный переход (ВКП) обеспечивает передачу принятых сигналов из волноводного тракта на коаксиальный вход усилителя высокой частоты.
Усилители высокой частоты (УВЧ) усиливают принимаемые сигналы в полосе рабочих частот, подавляя помехи, принимаемые по «зеркальным» каналам и обеспечивая малое значение общего коэффициента шума приемника. Таким образом, усилители высокой частоты определяют избирательность приемника и его чувствительность. В современных станциях широко используются параметрические усилители, усилители на туннельных диодах, на лампах бегущей волны, транзисторные и ламповые усилители. Рассмотрим некоторые из них.
Параметрические усилители осуществляют усиление поступающего сигнала за счет энергии источника напряжения высокой частоты, периодически изменяющего реактивный параметр (емкость или индуктивность) контура и вносящего за счет этого энергию в контур. Наибольшее применение в настоящее время находят полупроводниковые регенеративные параметрические усилители отражательного типа, имеющие достаточно низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления. При выходе их из строя не разрывается цепь прохождения сигналов в УВЧ. В этих усилителях емкость полупроводникового диода нелинейно изменяется под воздействием напряжения накачки. В качестве генераторов накачки в них используются клистроны, магнетроны, диоды Ганна и другие генераторные приборы. Недостатком параметрических усилителей являются их относительная громоздкость, низкая надежность, большая температурная нестабильность, требующая термостабилизации, недостаточная широкополосность и др.
Усилители на лампах бегущей волны обладают большой широкополосностью, малым коэффициентом шума, но они тоже громоздки, недостаточно надежны, требуют больших мощностей источников питания, стабильности питающих напряжений, имеют сильную зависимость фазового сдвига сигнала от значений питающих напряжений.
Усилители на туннельных диодах осуществляют усиление сигналов за счет энергии источников постоянного тока, вносимой в контур полупроводниковым диодом, использующим туннельный эффект. Вольт-амперная характеристика диода имеет падающий участок, на котором увеличение прямого смещения приводит к уменьшению тока. При этом энергия от источника постоянного тока (источника смещения) вносится в контур. Усилитель на туннельном диоде имеет относительно высокую широкополосность. Однако в этих усилителях основные характеристики сильно зависят от стабильности напряжения источника питания.
Транзисторные усилители являются перспективным видом усилителей. Микромодульное их построение позволяет снизить массу и габариты всей высокочастотной части приемного устройства, повысить ее надежность.
Получение необходимого усиления в однокаскадном усилителе в заданной полосе частот при использовании современной элементной базы затруднительно. Поэтому в РЛС применяется последовательное соединение нескольких малошумящих усилителей (как правило, отражательного типа) с равномерным распределением усиления по каскадам. Преимущество усилителей, работающих на отражение, с циркуляторами на входе заключается в том, что при выходе их из строя не происходит выхода из строя всего УВЧ. Сигнал, подойдя к неисправному усилителю, отражается от него и с помощью циркулятора направляется на следующий усилитель (каскад). При этом происходит уменьшение коэффициента усиления ВПУ и возрастание коэффициента шума, но приемник сохраняет работоспособность.
В целях использования достоинств нескольких типов усилителей в усилительную цепочку включаются разнотипные усилители. Так, в МР-750 – параметрический усилитель и усилитель на туннельном диоде. Следует отметить, что в этой РЛС из-за недостаточной широкополосности используемых параметрических диодов коэффициент шума изменяется в относительно широких пределах при перестройке частоты внутри рабочего диапазона РЛС.
Преобразователь частоты преобразовывает принятые высокочастотные колебания в колебания более низкой, промежуточной частоты, на которой легче осуществлять усиление сигналов и выделение их из помех. При этом производится перенос спектра принимаемого сигнала из одной области частотного диапазона в другую без изменения вида и параметров модуляции.
В общем виде преобразователь состоит из смесителя и гетеродина. Смеситель представляет собой специальную схему, обеспечивающую сложение сигналов несущей частоты со вспомогательным напряжением гетеродинной частоты и выделение из этой суммы сигналов промежуточной частоты.
В РЛС обнаружения наибольшее применение нашли смесители, собранные на полупроводниковых диодах. Гетеродином является специальный генератор, вырабатывающий напряжения гетеродинной частоты для смесителя. В станциях, имеющих в своем составе устройство формирования высокочастотного сигнала, используется общий гетеродин для устройства формирования и для преобразователя частоты приемного устройства.
Для подавления сигналов, принимаемых по зеркальному каналу, в большинстве РЛС используется двукратное преобразование частоты. При этом в преобразователь включаются два смесителя с двумя гетеродинами. На выходе первого смесителя выделяется относительно высокая первая промежуточная частота, получаемая в результате сложения сигналов несущей частоты и напряжения первого гетеродина. На втором смесителе производится преобразование во вторую промежуточную частоту с помощью второго гетеродина. Если в РЛС несущая частота станции изменяется, для поддержания постоянства промежуточной частоты должна изменяться и частота гетеродина. В приемниках с двукратным преобразованием частоты в этом случае первый гетеродин делается перестраиваемым, а второй вырабатывает фиксированную частоту.
Использование двукратного преобразования частоты усложняет схему и конструкцию приемного устройства. Поэтому более перспективным является использование однократного преобразователя частоты с фазовой компенсацией сигналов, принимаемых по зеркальному каналу, которая обеспечивает их подавление до 20 дБ в 10 – 30%-й полосе частот. Применение такой схемы построения преобразователя позволяет при заданном коэффициенте шума на порядок снизить необходимый коэффициент усиления УВЧ, что, в свою очередь, повышает стабильность и расширяет динамический диапазон ВПУ, улучшает его работу и позволяет повысить устойчивость к воздействию активных помех.
Однократное преобразование частоты с фазовым подавлением частот зеркального канала реализовано с помощью схемы двойного балансного смесителя (ДБС) в ВПУ МР-750 (рис. 19.18). В нем принимаемый сигнал через синфазный резисторный делитель мощности (РДМ) подается на два одинаковых балансных смесителя (БС1 и БС2). К этим смесителям также подводится напряжение гетеродина через квадратурный делитель мощности, который обеспечивает подачу напряжений со своих выходов со сдвигом фазы в 90° относительно друг друга. В смесителях производится преобразование частоты сигнала в промежуточную частоту. Квадратурный сумматор, подключенный к выходам смесителей, обеспечивает сложение сигналов промежуточной частоты, полученных при преобразовании полезных сигналов с несущей частотой станции (прямой канал) и подавление сигналов, полученных при преобразовании сигналов зеркальной частоты, за счет получающейся противофазности. Для этого при сложении в сумматоре также производится сдвиг фазы у входных сигналов на 90°, но в обратном направлении. Полученные сигналы промежуточной частоты далее направляются на предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ). Преобразования сигналов, производящиеся в смесителе с частотами прямого и зеркального каналов, показаны на рис. 19.18
| Рис. 19.18. Функциональная схема смесителя с фазовым подавлением сигналов зеркального канала |
| Резисторный делитель мощности (РДМ) |
| Балансный смеситель 1 (БС 1) |
| Квадратурный делитель |
| Квадратурный сумматор |
| Балансный смеситель 2 (БС 2) |
– защитный полупроводниковый ограничитель (ОЗП), который ограничивает просачивающиеся через разрядники мощные сигналы до уровня, не превышающего 25 мВт, а сигналы с уровнем не более 5 Вт пропускает с потерями, не превышающими 2 дБ;
– два каскада малошумящих транзисторных усилителей (УТР) с общим коэффициентом усиления 16 дБ;
| Блок ВПУ |
| Рис. 19.19. Структурная схема частей приемного устройства РЛС МР-750: а – входная; б – высокочастотная |
| СР |
| ВКП |
| Бл. ВПУ |
| Входная часть приемника |
| fпр В НПУ |
| ОЗП |
| Двухкаскадный малошумящий транзисторный усилитель |
| ДБС |
| Усилитель-сумматор |
| Стабилизатор |
| УПЧ |
| fгет от блока БГ |
| fc |
| fnp |
| fc |
| fnp К прибору 5 |
– двойной балансный смеситель (ДБС) и усилитель-сумматор промежуточной частоты (УСПЧ), преобразующие частоту принимаемых сигналов в промежуточную. ДБС и УСПЧ обеспечивают ослабление сигналов, принятых по зеркальному каналу, на 18 дБ.
С одного из выходов микроблока ВПУ сигналы подаются для дальнейшей обработки в низкочастотную часть приемного устройства (в прибор 5), а с другого – на микроблок УПЧ-И, используемый в схеме измерения коэффициента шума. Питание микроблоков производится от отдельного источника +20 В. Микроамперметр вынесен на лицевую панель блока ВПУ. Он позволяет контролировать токи диодов балансного смесителя и производить индикацию уровня шумов при измерении коэффициента шума.
Низкочастотная часть приемного устройства
Для решения задач обработки принятых сигналов, выделения их из помех и преобразования в видеосигналы в состав низкочастотной части приемного устройства (НПУ) в современных РЛС обычно входят следующие схемы:
– усилителей сигналов промежуточной и видеочастоты;
– регулировки коэффициента усиления приемного устройства;
– защиты от активных и пассивных помех;
– борьбы с сигналами, принимаемыми по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны;
– детектирования сигналов.
В зависимости от поставленных задач и конструкции РЛС в состав НПУ могут быть включены и другие схемы (например, схема расширителя длительности видеосигналов). Следует учитывать, что в литературе приняты разные толкования того, какие схемы должны быть отнесены к низкочастотной части приемного устройства. Так, в технических описаниях РЛС в состав НПУ включены, например, схемы формирования ЛЧМ-сигналов. Конструктивно они размещены совместно с другими схемами НПУ и в ряде случаев могут использоваться и при формировании сигналов, и при приеме. Однако более целесообразным представляется разделение этих функций при рассмотрении устройства РЛС. Поэтому эти схемы были рассмотрены при изучении вопросов формирования и излучения зондирующих сигналов.
К низкочастотной части приемного устройства отнесем все схемы, участвующие в процессе обработки принятых сигналов на промежуточной частоте и в преобразовании их в форму, необходимую для обеспечения работы оконечных устройств РЛС.
Рассмотрим работу низкочастотной части приемного устройства на примере РЛС МР-750.
В данной РЛС НПУ размещается конструктивно в двух приборах: приборе 5 и приборе 5Р.
Так как РЛС МР-750 двухканальная, в НПУ обработка сигналов производится по двум каналам, сигналы на них поступают соответственно с блоков ВПУ приборов 4 – 1 и 4 – 2 (рис. 19.20). При этом сигналы каждого канала делятся на два субканала: канал больших сигналов (КБС) и канал малых сигналов (KMC), в которых производится обработка сигналов, различающихся по уровню мощности, что позволяет расширить динамический диапазон принимаемых сигналов. Для уменьшения чувствительности КБС в него введено дополнительное затухание. Вначале сигналы усиливаются в модулях автоматической регулировки усиления (АРУ). Коэффициент усиления в модуле АРУ изменяется в зависимости от управляющих напряжений ВРУ (временной регулировки усиления) и ШАРУ (шумовой автоматической регулировки усиления), чем обеспечивается стабилизация уровня шумов на выходе модуля. Далее сигнал в KMC с помощью коммутируемых усилителей-ограничителей промежуточной частоты (УПЧ) в зависимости от режима приемного устройства направляется на одну из трех схем приема:
– схему приема сигналов, полученных после излучения «длинных» одиночных зондирующих импульсов (Д);
– схему приема сигналов, полученных после излучения «коротких» одиночных импульсов (КО);
– схему, обеспечивающую обработку сигналов, полученных при зондировании пространства когерентными тройками «коротких» импульсов (КТ). При этом принятые сигналы обрабатываются схемой СДЦ.
Коммутация приемных цепей этих схем производится соответствующими командами приема КпрД, Кир КО, Кпр КТ, вырабатываемыми в блоке ФК-МА (формирователь команд) прибора 5. В первых двух схемах приема, т. е. в схемах, производящих обработку сигналов после излучения «длинных» и «коротких» одиночных сигналов, принятые ЛЧМ-сигналы поступают после УПЧ на оптимальные фильтры (ОФ), которые осуществляют сжатие принятых отраженных сигналов, так как частотная характеристика фильтров согласована со спектром этих сигналов. Входные цепи приемника, коммутируемые усилители-ограничители (УПЧ) и сжимающие фильтры (ОФ) образуют классическую схему борьбы с импульсной широкополосной помехой – ШОС («широкая полоса – ограничение – сжатие»), принцип работы которой будет рассмотрен ниже. Сжатые сигналы с выходов фильтров ОФ направляются на выход прибора 5, а затем в прибор 5Р на блоки детектирования и размножения сигналов (ДРС) (рис. 19.21). На каждый частотный канал имеется свой блок ДРС. Он усиливает поступающие с прибора 5 радиосигналы, производит их амплитудное детектирование, усиление на видеочастоте и расширение длительности. В этом же блоке производится и предварительное размножение сигналов (в модулях УРК). Усиление радиосигналов и детектирование их, т. е. выделение огибающей амплитудно-модулированных колебаний (видеоимпульсов), производится в субблоке ДТЛ (детектор линейный), а расширение длительностей сигналов – в модуле РДС. В модуле РДС производится объединение видеосигналов с трех субблоков ДТЛ в один тракт и растяжение их до длительностей, обеспечивающих наилучшее наблюдение отраженных сигналов целей на различных видах индикаторов или при работе их в различных режимах. На выход РДС выдаются сигналы, растянутые по длительности до 2,5; 1 и 0,3 мкс.
При работе НПУ в режиме приема отраженных сигналов, полученных после излучения трех «коротких» когерентных зондирующих импульсов КТ, обработка принятых сигналов производится параллельно в двух субканалах: КБС и KMC. Коммутация цепей приема производится с помощью усилителей, открываемых командами Кпр КТ и Кпр КБС. После усиления принятые сигналы подаются в блок СОР (схема «сжатия – ограничения – растяжения»). В этом блоке осуществляется подавление дискретных образований пассивных помех в субканале KMC, которые не могут быть вычтены схемой СДЦ. Для этого производится сопряжение динамического диапазона принятых сигналов с динамическим диапазоном СДЦ путем ограничения уровня сигналов. Если эти динамические диапазоны сопряжены, остатки от вычитания пассивных помех схемой СДЦ не превышают уровень собственных шумов приемника, а следовательно, не заметны на экране индикатора. Ограничитель уровня сигналов должен быть установлен после сжимающего фильтра, так как в противном случае сжатие сигналов приведет к увеличению уровня остатков от вычитания и к их наблюдению на индикаторе. В то же время для эффективной работы схемы СДЦ сжатие сигналов целесообразно производить после нее. Для реализации этих противоречивых требований в блоке СОР сигналы субканала KMC сначала усиливаются в УС-7 и сжимаются с помощью ОФ-С8, затем ограничиваются в УПЧ, коммутируемом командой Кпр КТ, и снова растягиваются на ОФ-Р8. После этого они направляются для обработки в схему СДЦ. Сигналы субканала КБС в блоке СОР сжимаются с помощью оптимального фильтра ОФ-С8 (МПЗ), усиливаются и подаются для дальнейшей обработки в прибор 5Р. Для временного совмещения сигналов в субканалах КБС и KMC в тракт прохождения сигналов КБС в блоке СОР включены фильтры ОФ-С8 (МП1) и ОФ-Р8 (МП2), аналогичные фильтрам (МП4, МП5), установленным в тракте прохождения сигналов KMC. Это обеспечивает одинаковую временную задержку сигналов в цепях КБС и KMC (КТ) в 32 мкс. Блок СОР обеспечивает работу обоих частотных каналов, поэтому он имеет по два входа с субканалов KMC и КБС, на которые поступают сигналы от обоих частотных каналов.
Сигналы КБС в приборе 5Р обрабатываются так же, как и сигналы в режимах приема КО и Д. Сигналы KMC, проходящие обработку в режиме «Приема коротких троек», с блока СОР направляются на схему селекции движущихся целей (СДЦ), которая конструктивно размещена в блоках АК-1, АК-2 и АБ прибора 5
В РЛС одна схема СДЦ. Она обеспечивает обработку сигналов обоих частотных каналов. Поэтому программы сканирования в них составлены таким образом, чтобы режимы излучения «коротких троек» в частотных каналах были разнесены по времени. Это позволяет схеме СДЦ производить обработку сигналов от обоих частотных каналов последовательно. Схема СДЦ выделяет сигналы от движущихся целей (имеющих радиальное перемещение относительно РЛС). Работа схемы СДЦ будет подробно рассмотрена далее (19.20). Выделенные схемой сигналы с усилителя-сумматора УС-7 в блоке АБ поступают на усилитель РРЗ-5, а затем на УПЧ, стробируемый командой KB от блока ФК и сжимающий фильтр ОФ-С8, образующие схему ШОС. Сжатые сигналы потом детектируются в модуле ДТЛ (детектор линейный) и через модуль СС (суммирование сигналов) подаются на устройство размножения в прибор 5Р.
| СС |
| АК-2 |
| АК-1 |
| АРУ |
| УПЧ |
| УПЧ |
| УПЧ |
| ЛЗФП |
| ОФ-С8 |
| ОФ-С7 |
| АРУ |
| УС-7 |
| От ВПУ 1-й канал |
| ВРУ с блока ФС |
| Сброс, запись |
| С бл. ФК К при. КО |
| На прибор 5Р |
| На прибор 5Р |
| К пр. Д бл. ФК |
| К пр. КТ |
| К пр. КБС |
| АРУ-3 |
| КБС |
| КМС |
| СОР |
| ФС |
| ФК |
| АРУ-1 |
| АК |
| УПЧ |
| АК |
| ЛЗФП-12 |
| ЛЗФП-0 |
| РРЗ-5 |
| УС-7 |
| УПЧ |
| ОФ-С8 |
| ДТЛ |
| РРЗ-5; УПЧ ОФ-С8;ДТЛ |
| РРЗ-5; УПЧ ОФ-С8;ДТЛ |
| УС-7 |
| УС-7 |
| БФД |
| К |
| АБ |
| А/-В/ В/-С/ |
| КВ от ФК |
| В/-С/ |
| С/ |
| А/ |
| СФ |
| УПЧ |
| ИД ИКФ |
| На АПО |
| ВРУ на блок АРУ |
| Рис. 19.20. Структурная схема низкочастотной части приемного устройства РЛС МР-750 (прибор 5) |
 |
| РВС Блок 1 |
| ДРС Блок 3 |
| ДТЛ |
| ДТЛ |
| ДТЛ |
| ДРС |
| УКР-1 МП-6 |
| УКР-1 МП-7 |
| УКР-1 МП-8 |
| УКР-1 МП-9 |
| РВ-1 МП-7 |
| РВ-1 МП-1 |
| РВ-1 МП-2 |
| СКВС МП-8 |
| СКВС МП-9 |
| ДТЛ |
| К каналу 2 |
| На внешние потребители |
| КО |
| Д |
| КБС |
| На СБЛ |
| От ФК-Р контроль |
| Гос. опознавание |
| 0,3 |
| 0,3 |
| 0,3 |
| 0,3 |
| От СБЛ |
| 2,5 |
| К |
| К |
| К |
| От СБЛ |
| От СБЛ |
| От СБЛ |
| Рис. 19.21. Структурная схема прибора 5Р РЛС МР-50 (блоки низкочастотной части приемного устройства и устройства размножения) |
| УС-7 |
| МП 4 ОФ-С8 |
| УПЧ |
| МП 5 ОФ-Р8 |
| УС-7 |
| МП 1 ОФ-С8 |
| МП 2 ОФ-Р8 |
| МП 3 ОФ-С8 |
| УС-12 |
| УПЧ |
| УПЧ |
| КТ-1 от АРУ КТ-11 (КМС) |
| КБС-1 от АРУ КТ-11 (КБС) |
| t задержки = 32 мкс) |
| Кпр КТ |
| Выход КТ (на схему СДЦ) |
| Кпр СОР1 |
| Кпр СОР11 |
| Выход КБС-1К (на пр. 5) |
| Выход КБС-11К (на пр. 5) |
| Рис. 19.22. Структурная схема блока СОР |
 |
Там в модуле РДС производится расширение длительности сигналов, их размножение, а также суммирование видеосигналов КБС и KMC. Так как сигналы в субканале КБС имеют меньший уровень мощности по сравнению с сигналами KMC (за счет введенного на входе субканала затухания порядка 30 дБ) и не обрабатываются схемой СДЦ, в результате их сложения с сигналами KMC на индикаторе РЛС на фоне шумов будут наблюдаться сигналы, отраженные от движущихся целей, полученные в KMC, а также сигналы от морских целей и береговой линии, полученные по субканалу КБС. Слабые сигналы от неподвижных целей, проходящие по субканалу КБС, не будут наблюдаться на фоне больших шумов, полученных в KMC. Под крышкой блока ПУ прибора 3 установлен переключатель, с помощью которого разрывается цепь подачи сигналов с субканалов КБС на индикаторное устройство. На первых комплектах станции вместо него установлены потенциометры, изменяющие уровень сигналов, снимаемых с КБС.
Таким образом, в приборе 5Р в блоках РВС происходит поканальное объединение сигналов, прошедших обработку в различных схемах приема НПУ. Полученные видеосигналы трех длительностей поступают на устройство размножения. Более подробно отдельные схемы, входящие в состав НПУ, рассматриваются далее.
Схемы помехозащиты РЛС
Устройства защиты от помех не являются универсальными. Каждое из них эффективно может использоваться против определенного вида помех. В РЛС… Расширение динамического диапазона РЛС. Это один из способов предотвращения… Автоматическая регулировка усиления (АРУ). Исключить или уменьшить перегрузку приемного тракта и тем самым обеспечить…Глава 20
Гипотетическая корабельная трехкоординатная РЛС
Воздушного наблюдения
Общие сведения
Далее нами будет рассмотрена более детально гипотетическая корабельная трехкоординатная РЛС воздушного наблюдения с механическим сканированием луча в горизонтальной плоскости и фазовым формированием многолучевой характеристики направленности в вертикальной плоскости. Все приводимые в данной главе ТТХ являются результатом осреднения данных РЛС подобного класса.
РЛС осуществляет обзор пространства в азимутальном секторе 360° и угломестном секторе (0 – 45)° за один оборот антенны. Обзор по азимуту осуществляется путем кругового вращения антенной системы с помощью электромеханического привода со скоростью 6 и 12 об/мин.
Сектор обзора по углу места перекрывается с помощью двенадцати приемных лучей, которые формируются в цифровой диаграммообразующей системе. На передачу формируется диаграмма направленности вида модифицированный косеканс – квадрат.
Такое построение ДН антенной системы позволяет измерять угол места цели моноимпульсным методом на проходе без останова луча.
На рис. 20.1 приведен график зоны обнаружения.
| Рис. 20.1 Зона обнаружения цели с учётом интерференции в нижнем луче диаграммы направленности |
Высокоэффективная, фильтровая система СДЦ РЛС позволяет обнаруживать цели на предельно малых высотах на фоне мощных отражений от пассивных помех, в том числе и подвижных. При этом дальность обнаружения определяется дальностью радиогоризонта. Высокий энергетический потенциал РЛС и большой коэффициент усиления антенной системы на прием под большими углами места, позволяют обнаруживать цели под углом места до 45°.
Параметры и структура излучаемого сигнала
Ширина полосы частот, излучаемых передающим устройством РЛС с необходимой (сложной) структурой сигнала, на каждой рабочей точке по уровню – 60 дБ не… Использование большего количества фиксированных рабочих частот, порядка 12 –… Таким образом, предполагается, что передающая система РЛС излучает прямоугольные радиоимпульсы с внутриимпульсной…Энергетические характеристики
Энергетические характеристики РЛС определяются энергетическими характеристиками передающего устройства, антенно-фидерной системы, приемного… Выполнение требований, предъявляемых к зонам обнаружения РЛС в условиях как… –импульсная зона обнаружения цели с ЭПР = 4 м2 с учётом интерференции в режиме 12 об/мин мощность передающего…Характеристики помехозащищенности
Защита РЛС от пассивных помех строится с учетом опыта разработки и испытаний РЛС подобного класса, а также на основе данных, полученных путем… В результате выбраны следующие методы защиты от пассивных помех: –использование режима истинной когерентности зондирующих сигналов;Точностные характеристики определения координат целей
Выбранные для реализации в РЛС параметры и структура излучаемого сигнала, современные методы обработки радиолокационной информации, а также большой… Для повышения точности определения азимута в РЛС используется весовая… Суммарная ошибка на дальности равной 0,8 от максимальной, составляет 13,1 (14,6 для 12 об/мин) угловых минут для целей…Выбор и обоснование структурной схемы
С учетом изложенного выше, реализация приведенных ТТХ возможна в рамках структурной схемы, приведенной на рис. 19.2 и 20.2. 20.2.1. Передающее устройствоПриемное устройство
Приемный модуль, предназначен для тройного преобразования СВЧ сигналов в сигнал третьей промежуточной частоты 4,8 мГц и его усиления до заданного… СВЧ-сигнал первого гетеродина частоты fг1-j, мощностью (200 – 600) мВт… СВЧ-сигналы второго гетеродина частоты 600 мГц, мощностью (200 – 600) мВт поступают на смеситель 2.Цифровая диаграммообразующая система
Цифровая диаграммообразующая система (далее – ЦДОС) – функциональное устройство антенны первичного радиолокатора РЛС, предназначенное для… Цифровая диаграммообразующая система (ЦДОС) выполняет следующие задачи: – формирования диаграмм направленности (двенадцати парциальных лучей) в вертикальной плоскости антенны РЛС;Система первичной обработки информации СПОИ
Назначение и технические характеристики. Система первичной обработки информации (СПОИ) – предназначена для автоматического обнаружения и определения координат сигналов, отраженных от целей, по двенадцати приемным каналам соответствующих лучей диаграммы направленности антенной системы.
СПОИ обеспечивает:
– цифровое сжатие принятых ЛЧМ-сигналов двенадцати приемным каналам и одного дополнительного канала;
– когерентное накопление сигнала (БПФ) двенадцати приемным каналам и одного дополнительного канала;
– компенсацию активной шумовой помехи, действующей по боковым лепесткам диаграммы направленности;
– стабилизация уровня ложных тревог;
– обнаружение сигналов, отраженных от воздушных объектов на фоне помех;
– селекцию по радиальной скорости обнаруженных отметок, защиту от организованных и естественных помех;
– определение координат (азимут, дальность), радиальной скорости обнаруженных отметок.
СПОИ приведена на рис. 20.6. Принцип работы.Схема структурная.Структурная схема
Данные двенадцати основных "Д1" – Д12", одного дополнительного канала "ДК" и сопровождающие их синхросигналы "СИП", "КСИП" поступают на вход блока формирования и сортировки. С выхода блока формирования и сортировки основных каналов данные поступают на вход соответствующих блоков обработки (БО). В каждом блоке БО производится обработка данных четырех основных каналов, поэтому в состав системы ПОИ входит три таких блока. Данные дополнительного канала поступают на вход каждого блока БО. Все перечисленные данные сопровождаются синхросигналами "СИП", "КСИП".
Импульсы запуска "ИЗ", "ИЗП" и кодограмма "Код b" после усиления в блоке формирования и сортировки выдаются на вход каждого из блоков обработки (на структурной схеме перечисленные сигналы объединены под наименованием "СИ").
В каждом блоке БО производится обработка данных четырех основных каналов, поэтому в состав системы ПОИ входит три таких блока.
В состав блока входят микроконтроллеры ADSP-21160. На базе данных модулей реализованы следующие программные модули:
– цифровой фильтр сжатия ЛЧМ-сигнала (ФС-ЛЧМ);
– доплеровской фазовой фильтрации (ДФФ);
– автоматической компенсации помех (АКП);
– формирования данных о помеховой обстановке (пассивная помеха – ПП);
– автоматического обнаружения (АО);
– обнаружение пакета – расчета координат (ОПРК).
Данные дополнительных каналов используются:
– для выделения полезного сигнала на фоне активных шумовых помех и определения направления (азимута) на постановщик помех в каждом из каналов;
– для подавления боковых отражений в каждом из каналов.
Вся информация, полученная в процессе обработки, передается на радиолокационный процессор данных (РПД) по каналу RS-422.
Управление работой программных модулей блоков БО производится с РПД.
Блок формирования и сортировкипредназначен для приема и усиления сигналов, поступающих с приемника.
Блок формирования и сортировкивыполняет следующие задачи:
– принимает и усиливает входные сигналы;
– производит контроль линий связи с последующим отображением результата контроля;
| Преобразователь формата данных 1 |
| L5 L6 L7 L8 LINK - порты Процессорный модуль 1 LINK - порты L1 L2 L3 L4 SORT1 IRO |
| SORT1 SORT2 ИЗ Адаптер тыльного ввода-вывода SORT ИЗ 1-1 2-1 1 2 |
| Устройство соединительное |
| L1 L2 L3 L4 SORT1 IRO LINK - порты Процессорный модуль 2 LINK - порты L5 L6 L7 L8 |
| Преобразователь формата данных 2 |
| Код КПП Входы 1 – 33 От АЦП |
| Форматирующие коэффициенты с УУ |
| Из ЦДОС |
| Кодограмма управления, корректирующие коэффициенты, информация |
| Выход данных на дальнейшую обработку |
| В качестве процессорных модулей применимы микросхемы серии VD3U-160N4 |
| Рис. 20.6. Цифровая диаграммообразующая система |
– формирует результирующий сигнал отказа.
Блок конструктивно выполнен так, что входными и выходными разъемами блока являются разъемы ячеек.
20.2.5. Вторичная обработка информации
Решаемые задачи. Устройство вторичной обработки информации решает следующие задачи:
– обнаружение трасс целей;
– определение параметров движения целей;
– классификация целей;
– выдачи параметров целей в блоки и приборы РЛС и во внешние устройства.
Особенности алгоритмов траекторной обработки. Комплекс алгоритмов обработки радиолокационных данных (вторичной обработки радиолокационной информации) предназначен для обнаружения траекторий целей, фильтрации и экстраполяции их координат и параметров движения в процессе сопровождения, классификации целей по типам и категориям.
Наряду с реализацией алгоритмов сопровождения в процессоре обработки дан
| Блок обработки |
| ФСЛЧМ |
| АКП ПБО |
| АО |
| ОПРК |
| Д1, Д4, Д7, Д10 |
| ДК |
| Блок обработки |
| ФС ЛЧМ |
| АКП ПБО |
| АО |
| ОПРК |
| Д2, Д5, Д8, Д11 |
| ДК |
| Блок обработки |
| ФС ЛЧМ |
| АКП ПБО |
| АО |
| ОПРК |
| Д3, Д6, Д9, Д12 |
| ДК |
| Д1, Д4, Д7, Д10 |
| Д1, Д4, Д7, Д10 |
| Д1, Д4, Д7, Д10 |
| СИ |
| СИ |
| СИ |
| ДК |
| ДК |
| ДК |
| СИП, КСИП |
| Д1 – Д12 |
| ДК |
| ИЗ |
| ИЗП |
| Код β |
| Выходная информация |
| Рис. 20.7. Структурная схема блока первичной обработки информации |
 |
ных может производится обработка информации, полученной от внешних источников. Решение задач осуществляется с учётом режимов работы РЛС. При функционировании системы обработки от РЛС в зависимости от режима работы производится:
– выработка и выдача траекторных данных;
– сопровождение целей.
При выработке траекторных данных по информации внешних источников, данные о координатах источника информации и данные о целях вводятся автоматически или вручную по существующим (штатным цифровым каналам связи) для последующей автоматической обработки по специальному алгоритму.
По результатам вторичной обработки, по сопровождаемым целям формируется информация для отображения, для интегральной системы комплексной обработки радиолокационных данных, а также для передачи по каналам ВЗОИ систем управления более высокого уровня иерархии.
Состав выдаваемой информации включает в себя:
– N0 – номер цели;
– R, β, ε – текущие координаты;
– v – скорость цели;
– К – курс цели;
– PS – признак источника информации;
– t – время;
– PK– признак классификации;
– PR – признак режима.
Обнаружение траекторий целей. В процессе обнаружения траекторий выполняются следующие операции:
–стробирование;
–селекция отсчетов;
–проверка выполнения критерия обнаружения траектории;
–оценка начальных параметров траектории;
–предварительная классификация;
–экстраполяция.
Известно, что достаточно эффективными по критерию максимума вероятности захвата истинной траектории при минимальном периоде захвата являются алгоритмы с использованием логики «2 из m + 1 из n». Выбор значений параметров m и n обусловлен характеристиками обнаружения и условиями наблюдения цели.
Критерий завязки должен быть адаптирован к условиям функционирования РЛС, а также к типу цели. Система обработки РЛС обеспечивает завязку траектории и передачу на сопровождение надводных и воздушных целей. При этом на этапе захвата осуществляется предварительная классификация цели по траекторным признакам.
При работе РЛС в условиях нормальной рефракции для захвата надводных целей на сопровождение используется проверка «2 из 2 + 1 из 2».
Процесс автозахвата начинается с образования вокруг новой отметки начального строба захвата, размеры которого определяются, исходя из требований высокой вероятности (порядка 0,95) попадания в него отметки от истинной цели с учётом максимально возможной скорости надводной цели.
Размеры полустроба с учётом точностных характеристик измерения координат, протяжённости надводной цели и максимальной скорости определяются соотношениями:
–по дальности ,
–по пеленгу ,
где vmax – максимальная скорость объекта, для надводной цели – 40 м/с, для воздушной – 700 м/с;
D0 – дальность обнаружения отметки;
Т0 – период поступления информации (цикл обзора);
– СКО ошибок измерения дальности и пеленга соответственно;
L – протяжённость цели (для воздушной цели не учитывается).
По имеющимся двум отметкам принимается решение о завязке траектории. Определяются начальные параметры траектории, позволяющие экстраполировать положение цели на следующий обзор.
Экстраполяция координат проводится в соответствии с гипотезой о равномерном прямолинейном движении объекта. Решение задачи производится в прямоугольных координатах.
По этим данным рассчитываются начальные значения оценок составляющих скорости цели:
где – интервал между измерениями 1 и 2-й отметок.
Экстраполяция осуществляется по формулам:
Окончательное решение об обнаружении траектории принимается после этапа подтверждения при обнаружении хотя бы одной отметки в двух последующих обзорах (если принят этот критерий завязки трассы).
Завязка траекторий воздушных целей осуществляется по критерию «2 из 2». Построение строба захвата осуществляется с учётом значений параметров движения и момента времени получения координатной информации.
Решение задачи сопровождения траекторий. Цели, прошедшие этап обнаружения траектории согласно установленному критерию, передаются на сопровождение. Этап сопровождения включает в себя следующие операции:
–стробирование;
–отбор отметки в стробе сопровождения (селекция);
–фильтрацию координат и параметров движения;
–проверку выполнения критерия сброса траектории с сопровождения;
–экстраполяцию координат и параметров движения.
Координаты вновь обнаруженных отметок отождествляются с траекториями сопровождаемых целей.
Реализация алгоритмов сопровождения надводных целей имеет ряд особенностей, обусловленных их значительными размерами, малой скоростью и слабой маневренностью. Эти особенности учитываются при расчёте размеров стробов сопровождения, а также при выборе структуры и параметров фильтра сглаживания.
Расчёт размеров строба сопровождения производится с учётом статистических и динамических ошибок сопровождения. Кроме того, необходимо учитывать и протяжённость цели L.
Статистическая составляющая ошибки сопровождения рассчитывается из условия попадания отметки в строб с вероятностью не ниже 0,95:
,
где – дисперсия экстраполированной оценки координаты, полученной на n–м шаге сглаживания;
– дисперсия ошибки измерения координаты.
В представленной ниже табл. 20.4 приведены значения статистической составляющей ошибки сопровождения в зависимости от номера шага сглаживания n для значений вероятности Ps, равных 0,95 и 0,99.
Таблица 20.4
Статистическая составляющая ошибки сопровождения
| Ps | Δs/σU | |||||
| Шаг сглаживания, n | ||||||
| 0,95 | 4,899 | 3,162 | 2,732 | 2,536 | 2,422 | 2,348 |
| 0,99 | 7,349 | 4,743 | 4,099 | 3,803 | 3,633 | 3,523 |
Динамическая составляющая величины строба рассчитывается согласно данным об интенсивности манёвра сопровождаемых целей.
Для надводных целей анализ данных радиуса циркуляции и показателей инерционности показал, что для периодов обзора Т0=12 с, 18 с на дальности до 40 км динамическая составляющая строба:
–по дальности ΔRd ≤ 20 – 30 м;
–по пеленгу Δβd ≤ 1 – 2°.
Выбор структуры и параметров алгоритма фильтрации определяется условиями функционирования системы обработки:
–темпом поступления информации;
–точностными характеристиками измерительного устройства;
– тактико-техническими характеристиками сопровождаемых целей.
Используется переключающийся фильтр, состоящий из:
– алгоритма сглаживания параметров на прямолинейном участке;
– алгоритма сглаживания на участке манёвра.
Управление переключением осуществляется алгоритмом обнаружения манёвра.
В качестве фильтра сглаживания параметров движения цели выбран рекуррентный линейный фильтр с ограничением памяти, синтезированный на основе фильтра Калмана.
Ограничение памяти фильтра приводит к одновременной фиксации случайных и динамических ошибок на выходе фильтра. Реализована модификация фильтра с ограничением коэффициентов усиления снизу.
Для выбранного параметра N, характеризующего объём эффективной конечной памяти фильтра, вычисляются значения параметров С1 и С2, которые ограничивают коэффициенты усиления снизу:
С1 = 2 (2N – 1) / N (N + 1);
C2 = 3 C1 / (2N – 1).
Для сглаживания флуктуационных ошибок определения координат центра тяжести, обусловленных протяжённостью надводных целей объём эффективной памяти фильтра на прямолинейном участке N = 16. При этом С1= 0,23; С2= 0,022.
Фильтрация производится в декартовой системе .
Уравнение состояния сопровождаемой цели в дискретные моменты времени tn имеет вид:
где –Ф и Г известные матрицы:
an – интенсивность манёвра цели со средним значением и дисперсией. .
Уравнение наблюдения имеет вид:
Yn = HUn + ηn,
где ;
ηn – дискретный гауссовский процесс с нулевым средним и корреляционной матрицей Rn.
В качестве модели манёвра рассматривается гауссовский процесс с нулевым средним и заданной дисперсией. Такая модель позволяет применять стандартный рекуррентный фильтр Калмана как для неманеврирующих, так и для маневрирующих целей.
Уравнения стандартного фильтра Калмана для невозмущённой траектории имеют вид:
На вход фильтра поступают координаты отметки, отобранной в стробе сопровождения в качестве обновляющей для траектории цели. На выходе фильтра – скорректированные оценки координат и параметров движения по текущим измерениям
Алгоритм обнаружения манёвра строится на анализе динамических ошибок, возникающих на участке манёвра. При этом анализируется квадратичная форма вида:
где – Un – вектор измерения в n-й момент времени;
– экстраполированный на n-й момент времени вектор оценки;
– обратная корреляционная матрица невязки.
Квадратичная форма сравнивается с порогом, величина которого выбирается из условия допустимого значения вероятности ложного обнаружения манёвра, равной 0,01 – 0,05.
Для сглаживания параметров траектории на участке манёвра реализован дополнительный линейный фильтр с короткой памятью, который функционирует наряду с основным, а именно, при обнаружении манёвра оценки параметров траектории выдаются фильтром с укороченной памятью.
| РМ=0 |
| РМ=1 |
| Обнаружитель маневра |
| F=1 |
| F=2 |
| K1 |
| K2 |
| K1 |
| K2 |
| Рис. 20.8. Схема переключающегося фильтра |
Таким образом, обеспечивается высокая точность определения параметров траектории и уменьшается длительность переходного процесса при манёвре.
Изображённый на рис. 20.8 фильтр, состоящий из двух моделей плюс алгоритм обнаружения манёвра, представляет собой переключающийся фильтр, в котором управление переключением осуществляется с помощью обнаружителя манёвра.
Сглаженные декартовые координаты позволяют получить оценки скорости и курса на текущий момент сопровождения, которые наряду с координатной информацией вносятся в формуляр цели.
Фильтрация координат и параметров движения воздушных целей осуществляется при помощи алгоритма, описанного выше. При этом память фильтра N выбирается равной 10 – 12.
Выработка траекторных данных по информации от внешних источников. Формирование траекторных данных по информации, полученной от внешних источников, производится с учётом их положения в системе координат РЛС, данных о положении цели в системе координат источника, а также данных о положении корабля - носителя РЛС в системе координат источника информации. Данные взаимного положения корабля и источника информации, привязанные к единому моменту времени, позволяют определить величину расхождения курсовых систем на момент пересчёта координат цели в систему координат корабля.
Последовательность выполнения операций следующая:
– преобразование данных о цели в прямоугольную систему координат источника информации;
– преобразование данных наблюдения корабля- носителя в прямоугольную систему координат источника информации.
– преобразование декартовых координат цели из системы координат источника информации в прямоугольную систему корабля путём переноса осей и поворота их на угол Δq.
– расчёт текущих значений дальности и пеленга цели с учётом кривизны Земли.
Решение задачи классификации целей. В РЛС предусматривается подрежим автоматизированной (с участием оператора) классификации целей.
Для классификации используются следующие признаки:
– скорости цели;
– ширины пакета по азимуту;
– дальности обнаружения.
Признак скорости цели определяется автоматически или полуавтоматически при сопровождении надводных целей и наблюдении за воздушными целями.
Если измеренная путевая скорость превышает 40 м/с, принимается решение о наличии воздушной цели.
Если измеренная путевая скорость не превышает 40 м/с, существует альтернатива: надводная цель – вертолёт. Разрешение этой неопределенности возможно по наличию в сигналах от вертолетов доплеровской составляющей скорости вращения винта вертолета.
Для различения оператором используются дополнительные признаки: ширина отметки по азимуту, дальность до цели, характер флуктуаций цели, различие радиальной и доплеровской скорости цели.
Если цель появляется внезапно на дальности, меньше дальности радиогоризонта, имеет умеренную ширину отметки по азимуту, отметка заметно флуктуирует, а измеренная нулевая скорость существенно отличается от оценённой на выходе когерентного накопителя, принимается решение о появлении вертолёта, в других случаях принимается решение о появлении надводной цели.
Классификация целей требует высокой тренированности и большого опыта оператора РЛС. Вероятность правильной классификации целей зависит, кроме того, от накопления соответствующей экспериментальной базы данных для рассматриваемого типа РЛС.
Рассмотрение возможности автоматизации некоторых процессов классификации целесообразно осуществить на последующих этапах разработки.
Система отображения и управления
Назначение, состав и технические характеристики
Система отображения и управления представляет собой комплект аппаратуры для управления режимами изделия, а также организации человеко-машинного интерфейса для членов расчета РЛС при выполнении своих функций.
Аппаратура системы отображения и управления обеспечивает выполнение членами расчета РЛС следующих основных функций:
– управления режимами работы РЛС;
– оценки воздушной обстановки, адаптации РЛС к ней;
– поддержки информационного взаимодействия с сопрягаемыми объектами;
– поддержки автоматизированного захвата и сопровождения воздушных объектов;
– контроля технического состояния РЛС и диагностики составных частей;
– организации проведения тренировок членов расчета РЛС;
– информационно-справочной поддержки.
Система отображения и управления имеет следующие технические характеристики, таблица 20.5:
Таблица 20.5
Технические характеристики системы отображения
| – количество рабочих мест | не ограничивается | |
| – тип устройства отображения | видеомонитор с цветной жидкокристаллической панелью | |
| – тип устройства ввода | 83 – клавишная клавиатура | |
| – тип указательного устройства | трекбол | |
| – тип процессора | как правило Pentium M 1,4 мГц | |
| – интерфейс взаимодействия с РПД | как правило ЛВС Ethernet | |
| – операционная система | как правило QNX Neutrino 6.3.0 | |
| – графическая система | как правило Foton 2.0 | |
| – интерфейс управления режимами работы – | RS-485 | |
| – напряжение питания, V, | как правило, 24±5 | |
| – потребляемая мощность одного комплекта, VA, | не более 100 | |
В состав системы входит комплект аппаратуры, входящих в состав рабочих мест РМ1 и РМ2, расположенных в индикаторном отсеке.
Как правило, каждый комплект состоит из следующих устройств:
– пульта управления РЛС;
– процессора рабочего места;
– видеомонитора;
– клавиатуры;
– трекбола;
– устройства памяти.
Принцип работы. Схема структурная
Описание принципа работы системы отображения и управления приведено по структурной электрической схеме (рис. 20.9).
| РМ 1 |
| Видеомонитор |
| Модуль памяти |
| Процессор рабочего места |
| Клавиатура |
| Трекбол |
| Пульт управления |
| Оконечное аудиоустройство |
| РМ N |
| Видеомонитор |
| Модуль памяти |
| Процессор рабочего места |
| Клавиатура |
| Трекбол |
| Пульт управления |
| Оконечное аудиоустройство |
| РПД |
| ЛВС |
| Рис. 20.9. Схема электрическая структурная системы отображения и управления |
Аппаратура отображения и управления обеспечивает выполнение персоналом РЛС управление работой РЛС, информационными потто-ками, а также информа-циионное обеспечение при проведении диагностики технического состояния, технического обслужива-ния и ремонтных рот.
Устройства отображения и управления по набору технических средств и возможности выполнения функций персоналом РЛС, как правило, полностью идентичны за исключением возможности управления режимами работы РЛС. Назначение возможности управления режимами работы обеспечивается инициализацией признака основного (главного) рабочего места, вводимого в основной панели управления на экране монитора этого комплекта аппаратуры отображения и управления. При этом возможности управления режимами работы с неосновного рабочего места блокируются.
Аппаратура отображения и управления основного РМ обеспечивает выполнение функций начальником смены РЛС. Аппаратура отображения и управления неосновного РМ обеспечивает выполнение функций оператором.
С пульта управления основного РМ производится полное включение РЛС
Пульт управления обеспечивает ввод команд общего включения РЛС, переключение излучения с антенны на эквивалент, переключения скорости вращения антенны. Все команды и квитанции передаются по интерфейсу RS-485. Ведущим является формирователь команд управления, который получает код нажатой на пульте кнопки и в ответ выдает квитанцию об исполнении. При этом на передней панели пульта управления светится соответствующий светодиодный индикатор.
Пульт управления обеспечивает ввод и индикацию квитанций следующих команд:
"Контр" – команда выполнения встроенных тестов;
"Номер" – команда пульта управления;
"Автоном" – команда автономного включения аппаратуры обработки данных, отображения и управления;
"КСН" – команда снятия неисправности;
"НРЗ" – команда включения НРЗ;
"Экв" – команда на переключение выхода передающего тракта НРЗ на эквивалент;
"F" – функциональная кнопка;
"ОВ" – команда общего включения изделия;
"Высок" – команда на включение высокого напряжения передающего устройства первичного радиолокатора РЛС;
"Ант" – команда на подключение выхода передающего устройства к антенне;
"12" – команда на включение скорости вращения антенн 12 об/мин.
Приведенный перечень команде является исчерпывающим.
Процессор рабочего места представляет собой одноплатный IBM-PC/AT совместимый компьютер, выполненный на базе процессора Pentium–M 1,4 мГц.
Процессор рабочего места взаимодействует с радиолокационным процессором данных (РПД) по каналу локальной вычислительной сети (ЛВС) Ehternet. Взаимодействие с клавиатурой и трекболом осуществляется по универсальному интерфейсу PS/2. Выдача информации на видеомонитор также выполняется по стандартному аналоговому интерфейсу VGA. Взаимодействие с устройством памяти выполняется по стандартному интерфейсу EIDE.
| Рис 20.10. Примерный вид отображения информации на мониторе |
Для ввода алфавитно-цифровой информации используется РС-совместимая 83-клавишная клавиатура.
Ввод координатной информации производится при помощи трекбола и его двух кнопок. По своим функциям трекбол, совместно с подключенными к нему двумя кнопочными переключателями является полным аналогом двухкнопочной РС-совместимой мыши.
| Рис. 20.11. Возможный внешний вид системы отображения и управления |
После получения от РПД массива данных для отображения радиолокационной и служебной информации процессор рабочего места производит формирование на экране видеомонитора цветного графического изображения. Состав графических объектов обеспечивает формирование в реальном масштабе времени информации об общей радиолокационной обстановке (воздушной и помеховой), о процессах обнаружения, захвата, сопровождения, присвоения признаков воздушным объектам, выдачи и отображения квитанций команд и распоряжений, поступающих от потребителей.
Аппаратура системы обеспечивает также управление регистрацией координатной и речевой информации, режимами тренажа. Для обеспечения управления режимами работы РЛС на экране монитора дополнительно отображаются виртуальные панели управления и табло.
Аппаратура системы обеспечивает также управление доступом и отображение справочной информации о техническом состоянии и результатов диагностики РЛС.
Приложение 1
Порядок определения тактических и технических характеристик РЛС
| Цель: Контроль воздушного пространства. Задачи, решае-мые РЛС: 1.Обнаружение воздушных целей 2.Сопровождение воздушных целей 3.Выдача данных по целям пот-ребителям в циф-ровой или анало-говой форме 4.Решение задач вторичной и тре-тичной обработки целей |
| Носители: 1.Наземные РЛС 2.Установленные на боевых надвод-ных кораблях раз-личного касса, наз-начения и водоиз-мещения 3.Авиационные РЛС |
| Объекты обнаружения: 1.Головки баллис-тических ракет, входящие в атмос-феру 2.Самолёты: – бомбардировщик – ЭПР 20 м, высота – 10000 м2 – истребитель ЭПР 10 м2, высота – 1000 м - крылатая ракета ЭПР 1м2, высота 25м |
| Тактические характеристики: 1.Требуемая даль-ность обнаружения –определяется даль-ностью радиогори-зонта 2.Перечень измеряе-мых параметров цели 3.Точность измере-ния и выдачи пара-метров 4.Разрешающая спо-собность РЛС по всем измеряемым параметрам 5.Пределы (диапа-зон) измерения пара-метров – требования потребителей и сооб-ражения удобства работы операторов. 6.Форма выдачи па-раметров цели пот-ребителям – требо-вания потребителей 7.Надежность РЛС; 8.Ремонтопригод-ность 9.Требования по об-служиванию РЛС, требования к обслу-живающему персо-налу |
| Технические характеристики: 1. Тип РЛС: – импульсная: – с непрерывным излу-чением; – с когерентным накоп-лением; – моноимпульсная; – с активным ответом; – другой тип 2. Частота излучаемого сигнала 3. Тип и форма излу-чаемого сигнала: – простой импульс; – сложный сигнал с ЧМ; – сложный ФКМ-сиг-нал; – непрерывное немоду-лированное излучение; – другой тип излучения 4. Длительность излу-чаемого сигнала 5. Период следования импульсов 7. Параметры характе-ристики направлен-ности антенны РЛС 8. Количество импуль-сов в пачке 9. Излучаемая мощ-ность |
| Структурные элементы РЛС: 1. Тип антенны: – ФАР (ЦАР); – рефлекторная с рупо-рным облучением; с кросс-поляризацией; – щелевая; – другой тип 2. Тип генераторного уст-ройства: – магнетрон; – клистрон; – ЛБВ; – транзисторные усили-тели; – другой тип 3. Тип СВЧ-канала 4. Тип приемника: - с УВЧ различного типа; -без УВЧ; - другой тип 5. Устройства и алго-ритмы обработки радио-локационной информа-ции: – аналоговые устройства; – цифровые устройства; – алгоритмы обработки радиолокационных сигналов 6. Тип устройств отоб-ражения и радиоло-кационной информации 7. Интерфейс и прото-колы обмена с внешними устройствами |
Приложение 2
| Цель:Контроль воздушного пространства. |
| Задачи: 1. Обнаружение воздушных целей; 2. Определение координат и параметров движения целей: - определение пеленга и дистанции до цели – всегда; - определение параметров движения целей – если в РЛС предусмотрена вторичная обработка; - определение первых производных параметров движения целей – если ставится задача выдачи целеуказания оружию или управления воздушными объектами, которые наблюдаются РЛС. 3. Выдача данных по целям потребителям в цифровом или аналоговом виде в зависимости от требований потребителей. |
| Носители: 1. Наземные РЛС – как правило полностью реализуются все пункты; 2. Установленные на боевых надводных кораблях различного класса и назначения – если в БИУС корабля решаются задачи вторичной и третичной обработки – РЛС эти функции не выполняет; авиационные РЛС – ,как правило, в полном объеме в пределах функций, решаемых летательным аппаратом. |
| Объекты обнаружения: 1. Головки баллистических ракет – РЛС дальнего воздушного предупреждения, наземные РЛС. 2. Самолёты – наземными, корабельными, авиационными РЛС. 3. Крылатые ракеты – наземными, корабельными, авиационными РЛС. |
Алгоритм определения цели и задач РЛС
Анализ по предложенной схеме дает возможность определить цель, задачи и основные подходы к определению тактических характеристик проектируемой РЛС.
Приложение 3
| Требуемая дальность обнаружения – дальность радиогоризонта: , где – эквивалентный радиус Земли; , – градиент коэффициента преломления определяется или выбирается из статистических данных. При тактических расчетах чаще пользуются следующей градацией градиента коэффициента преломления в атмосфере: для нормальной атмосферы индекс преломления атмосферы Земли N = 325; градиент индекса преломления отрицательная рефракция ; положительная рефракция ; критическая рефракция – радиус кривизны луча сравнивается радиусу Земли; сверхрефракция . Принимается нормальная атмосфера |
| Заданная вероятность обнаружения цели на дальности радиогоризонта выбирается разработчиком – обычно 0,5 или 09 – 0,95; вероятность ложной тревоги – определяется, исходя из «цены» ложной тревоги и возможности РЛС ее обрабатывать РЛС или системой более высокого уровня. |
Перечень измеряемых параметров радиолокационной системы:
|
| Точность измерения и выдачи параметров целиопределяется, в основном, потребителем и возможностью реализации. В качестве основных потребителей рассматриваются, как правило: – системы целеуказания оружию – самые жесткие требования; – системы управления движением воздушного транспорта; – системы управления объектом, если объект является целью; – трассовые ОРЛС – самые низкие требования. Важным при решении этого вопроса является возможность технической реализации требуемой точности. В большинстве случаев заданная точность – продукт компромисса между желаемым и реализуемым. |
Алгоритм определения тактических характеристик РЛС
Приложение 4
| Тип РЛС и предполагаемые методы реализации 1. Тип РЛС: – импульсная, или с непрерывным излучением; – моноимпульсная; – с активным ответом; – пассивная; – многопозиционная. 2. Предполагаемые методы реализации; – предполагаемый сигнал – простой (монохромный) или сложный с различными способами модуляции (манипуляции) параметров; – предполагаемые способы накопления сигнала; – предполагаемые меры по помехозащите; – предполагаемые методы реализации – цифровой или аналоговый; – предполагаемая элементная база. |
| Несущая частота (длина волны) определяется и следующих соображений: 1. Предполагаемым типом антенны – щелевая антенна относительно простой конструкции; антенна рефлекторного типа с возможными типами облучателей: щелевая ФАР с частотным сканированием; ФАР с фазовым управлением; ЦАР. Важным уже на первом этапе является оценка массогабаритных характеристик антенны и возможности размещения ее на объекте. Особенно жесткие требования со стороны таких объектов, как корабли и авиация. 2. Требуемые характеристики направленности антенны. Эти тактические параметры вытекают из требований точности измерения угловых координат РЛС (если РЛС не моноимпульсная), и разрешающей способности по углам. При этом необходимо учитывать специальные меры, принимаемые для повышения точности измерений, как правило, это реализуется при цифровой обработке сигналов. Связь длины волны, коэффициента усиления антенны и ее габаритных размеров связано соотношением: . Кроме того, необходимо учитывать: – необходимое (допустимое) количество импульсов в пачке: . Это соотношение «работает» только при достаточно «простых» способах сканирования пространства. При сложных способах сканирования это соотношение усложняется. – затухание электромагнитной волны при распространении в пространстве; – мешающие отражения от гидрометеоров, подстилающей поверхности и т.д. 3. Наличие и доступность СВЧ устройств данного диапазона. |
| Тип и форма излучающего сигнала– один из наиболее сложных вопросов. Здесь возникает несколько противоречий при его разрешении – простота реализации передающего и приемного устройства и реализации требуемых тактических характеристик с меньшими затратами; – возможность реализации выбранного способа сканирования пространства, выбранного типа антенны РЛС; – энергетические соображения; – электробезопасность; Детально этот вопрос изложен, например, в [1 глава 7, 2 глава 4, 3 глава 6, 4 раздел II. Главы 9 – 11]. |
Алгоритм определения технических характеристик РЛС
| Длительность излучаемого импульса.Основным фактором, влияющим на выбор длительности импульса является разрешающая способность по дальности и мертвая зона РЛС. При этом длительность импульса в случае простого сигнала принимается истинной, а если сложный сигнал, то с учетом коэффициента сжатия. ; . |
| Период следования импульсовопределяется, исходя из выбранной шкалы дальности и для каждой шкалы дальности будет своя: , где Dm – вектор шкалы дальности; Kz – коэффициент, учитывающий время восстановления приемника. |
| Определение шумов на входе приемника |
| 2. Шумы от подстилающей поверхности моря: – потери, связанные с поглощением электромагнитной волны в атмосфере; – потери, связанные с поглощением электромагнитной волны гидрометеорами, если это оговаривается специально заданием; – мешающие шумы от взволнованной поверхности моря, если речь идет о РЛС, работающей на морском направлении. Определяется в следующей последовательности: а) – эффективная удельная отражающая поверхность 1 м2 поверхности моря; - площадка, освещенная импульсом посылки в элементе разрешения, в котором находится цель; – ЭПР площадки, освещенная импульсом посылки в элементе разрешения, в котором находится цель. б) – мощность шумов от взволнованной поверхности моря на входе приемника. |
| 1. Мощность шумов приемника: – – тепловые шумы приемника, где k =1,38*10-23 Вт. – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура Кельвина; – шумовая полоса пропуска приемника. Чаще пользуются при расчетах коэффициентом шума приемника. – потери в отношении сигнал-шум; потери в антенне; потери в высокочастотных линиях передачи энергии; потери от накопления дополнительного шума; потери интегрирования; ошибки оператора. Суммарные потери в пределах 5 – 10 дБ. |
Приложение 5
РЛС воздушного наблюдения корабельного базирования
Разработка SPY-1 была начата в 1965 году на основе радара с ФАР AN/SPS-59. Первый экспериментальный наземный экземпляр с одной решёткой был… Радар включает в себя антенну, передатчик, сигнальный процессор, систему… Рабочий цикл радара SPY 1 включает в себя три подцикла, которые могут произвольным образом перемежаться во времени. …РЛС воздушного наблюдения наземного базирования
РЛС размещается на шести транспортных единицах (два полуприцепа с аппаратурой, два – с антенно-мачтовым устройством и два прицепа с системой… В станции применена складывающаяся конструкция антенной системы, позволившая… В станции предусмотрены три режима обзора пространства:Биографические сведения о некоторых выдающихся ученых и инженерах-создателях радиолокационных систем
(22 февраля 1857 – 1 января 1894, Бонн) Генрих Герц, немецкий физик, окончил университет в Берлине, где его учителями были Герман фон…Александр Степанович ПОПОВ
А.С. Попов родился 16 марта 1859 г. в поселке… В те годы немецким ученым Генрихом Герцем было открыто существование электромагнитных волн и доказано их родство со…Юрий Борисович Кобзарев
Юрий Борисович Кобзарев – доктор технических наук, академик Российской… Юрий Борисович Кобзарев – один из основоположников отечественной радиолокационной техники, руководитель ряда важнейших…Кристиан Хюльсмайер
Изобретатель радара Кристиан Хюльсмайер (Christian Huelsmeyer) родился 25… Проработав несколько лет чертежником на заводе Siemens-Schuckert в Дюссельдорфе, Хюльсмайер в 1902 году оставил…Михаил Михайлович Лобанов
Михаи́л Миха́йлович Лоба́нов – советский военный инженер, одна из ключевых фигур в становлении и развитии радиолокации в СССР,… Родился 19 марта 1901 г. в селе Мотовилово Арзамасского… После окончания сельской школы и Арзамасского высшего начального училища поступил в Казанское техническое училище. С…Павел Кондратьевич Ощепков
Родился в 1908 году в деревне Зуевы Ключи Сарапульского… В 1928 году он поступает в Институт народного хозяйства им. Г.В. Плеханова на электротехнический факультет и в 1931…Роберт Александр Ватсон-Ватт
(1892 – 1973)
Библиографический список
1 Труды Института радиоинженеров – ТИРИ (Proceedings of the IRE) [М.: ИЛ, 1962/Две части (1517 c.)]. 2. Электроника: прошлое, настоящее, будущее /Пер. с анг. под ред. чл.-кор. АН СССР Сифорова В. И.; [М.: Мир, 1980 (296…Оглавление
| Вступление | |
| Основные понятия и определения | |
| 1. Краткая историческая справка | |
| 2. Основные типы РЛС | |
| 3. Общее описание радиолокационной станции | |
| 4. Уравнение дальности радиолокации | |
| 5. Информация, извлекаемая при обработке радиолокационного сигнала | |
| 6. Диапазоны частот, применяемые в радиолокации | |
| Контрольные вопросы | |
| Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИИ | |
| Глава 1. Сигналы, применяемые в радиолокации | |
| 1.1. Простые сигналы | |
| 1.2. Радиоимпульсы с внутриимпульсной частотной модуляцией | |
| 1.3. Непрерывные зондирующие сигналы | |
| 1.4. Линейные рекуррентные последовательности максимальной длины | |
| 1.5. Системы сигналов | |
| 1.5.1. Ортогональные сигналы | |
| 1.5.2. Биортогональные сигналы | |
| 1.5.3 Симплексные сигналы | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 2. Формирование отраженного радиолокационного сигнала | |
| 2.1. Вторичное излучение электромагнитных волн. Эффективная площадь рассеяния целей | |
| 2.2. Эффективная площадь рассеяния при различных соотношениях размеров цели и длины волны | |
| 2.3. Характер вторичного излучения и эффективная площадь рассеяния радиолокационных целей | |
| 2.4. Вероятностная оценка ЭПР | |
| 2.5. Энергетический спектр и автокорреляционная функция флуктуаций отраженного сигнала | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 3. Обнаружение радиолокационных сигналов | |
| 3.1. Основные соотношения теории обнаружения. Постановки задачи обнаружения | |
| 3.1.1. Качественные показатели обнаружения радиолокационных сигналов | |
| 3.1.2. Критерии обнаружения | |
| 3.2. Алгоритм обнаружения и структура оптимального обнаружителя | |
| 3.3. Характеристики обнаружения. Пороговый сигнал | |
| 3.4. Обнаружение сигналов со случайными параметрами | |
| 3.4.1. Алгоритм обнаружения сигналов со случайными параметрами | |
| 3.4.2 Структурные схемы оптимальных обнаружителей сигнала со случайными параметрами | |
| 3.4.3. Характеристики обнаружения сигнала со случайными параметрами. Кривые обнаружения. Пороговые сигналы | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 4. Элементы теории оптимальной фильтрации | |
| 4.1. Понятие оптимального фильтра, его импульсная характеристика | |
| 4.2. Спектральные характеристики оптимального фильтра, его работа | |
| 4.3. Обработка простых сигналов с помощью оптимального фильтра | |
| 4.4. Накопление пачки некогерентных сигналов | |
| 4.5. Обработка сложных сигналов с помощью оптимального фильтра | |
| 4.5.1. Сжатие ФКМ-радиоимпульса | |
| 4.5.2. Сжатие ЛЧМ-радиоимпульса | |
| 4.6. Цифровая согласованная фильтрация когерентных импульсных сигналов | |
| 4.6.1. Исходные предпосылки | |
| 4.6.2. Цифровые согласованные фильтры для свертки сигналов во временной области | |
| 4.6.3. Цифровой согласованный фильтр для свертки сигналов в частотной области | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 5. Обнаружение радиолокационных целей и измерение их параметров | |
| 5.1. Вероятность обнаружения цели за один цикл обзора | |
| 5.1.1. Модели полезного сигнала | |
| 5.1.2. Модель помехи | |
| 5.2. Характеристика обнаружения | |
| 5.2.1. Некогерентной нефлуктуирующей пачки импульсов | |
| 5.2.2. Быстро (независимо) флуктуирующая пачка | |
| 5.2.3. Дружно флуктуирующая пачка | |
| 5.2.4. Характеристика обнаружения сигналов при дискретной обработке | |
| 5.3. Определение вероятности ложной тревог | |
| 5.4. Элементы основ теории статистического измерения (оценки) параметров радиолокационных сигналов. Постановка задачи оптимального измерения параметров радиолокационных сигналов | |
| 5.4.1. Критерии оптимального измерения | |
| 5.4.2. Уравнение оптимальной оценки параметров радиолокационных сигналов | |
| 5.5. Оптимальный измеритель параметров сигналов. Оптимальный дискриминатор. Ошибки измерения | |
| 5.5.1. Характеристики дискриминатора | |
| 5.6. Цифровое обнаружение и измерение координат | |
| 5.6.1. Оптимальные цифровые обнаружители сигналов на фоне помех с известными параметрами | |
| 5.6.2. Оптимальный обнаружитель пачки цифровых сигналов | |
| 5.6.3. Цифровые обнаружители сигналов на фоне помех с неизвестными параметрами | |
| 5.6.4. Адаптивные цифровые обнаружители. | |
| 5.7. Цифровые измерители параметров сигналов | |
| 5.7.1. Постановка и методика решения задачи оптимального оценивания параметров сигналов | |
| 5.7.2. Оценивание времени задержки и доплеровской частоты сигнала | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 6. Особенности обработки радиолокационных сигналов на фоне стационарного аддитивного гауссовского белого шума | |
| 6.1. Общие сведения о современных методах обработки | |
| 6.2. Обработка одиночных импульсов и пачек сигналов без внутриимпульсной модуляции | |
| 6.2.1. Одиночные радиоимпульсы | |
| 6.2.2. Когерентные пачки радиоимпульсов | |
| 6.3. Обработка частотно-модулированных радиоимпульсов | |
| 6.4. Обработка фазоманипулированных радиоимпульсов | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 7. Дальность обнаружения целей РЛС | |
| 7.1. Дальность действия РЛС | |
| 7.1.1. Потери отношения сигнал-шум в реальных РЛС | |
| 7.1.2. Зона видимости. Способы сканирования пространства и влияние их на дальность действия РЛС | |
| 7.1.3. Коэффициент направленного действия антенны | |
| 7.1.4. Учет формы диаграммы направленности антенны и способа обзора пространства | |
| 7.2. Способы обзора пространства | |
| 7.2.1. Расчет числа импульсов в пачке | |
| 7.3. Поглощение радиоволн атмосферными газами | |
| 7.4. Влияние гидрометеоров на распространение радиоволн | |
| 7.4.1. Характеристики тумана и дождя | |
| 7.4.2. Отражательная способность тумана и дождя | |
| 7.4.3. Облако дипольных отражателей | |
| 7.5. Влияние взволнованной поверхности моря. Поверхностно распределенные цели | |
| 7.5.1. Свойства отражений от взволнованной поверхности моря | |
| 7.5.2. Свойства морской поверхности | |
| 7.5.3. Отражение от морской поверхности в СВЧ диапазоне | |
| 7.5.4. Мощность отражений от взволнованной поверхности моря на входе приемника РЛС | |
| 7.6. Учет влияния поверхности Земли | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 8. Помехи работе РЛС и методы защиты от них | |
| 8.1. Основные виды помех активной радиолокации | |
| 8.1.1. Естественные и взаимные маскирующие активные помехи и принципы защиты от них | |
| 8.1.2. Искусственные маскирующие активные помехи, особенности их воздействия и способы создания | |
| 8.1.3. Уравнение радиолокации, дальность действия и зоны видимости РЛС при воздействии маскирующих стационарных активных помех | |
| 8.1.4. Пассивные маскирующие помехи и способы их создания | |
| 8.2. Методы защиты от маскирующих активных помех | |
| 8.2.1. Основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех | |
| 8.2.2. Методы некогерентной и когерентной компенсации помех | |
| 8.2.3. Практические схемы автокомпенсаторов | |
| 8.3. Методы защиты от пассивных маскирующих помех | |
| 8.3.1. Основные различия сигналов целей и пассивных маскирующих помех | |
| 8.3.2. Оптимальное обнаружение сигнала на фоне пассивной помехи в виде стационарного небелого шума | |
| 8.3.3. Череспериодное вычитание – способ создания гребенчатых фильтров подавления | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 9. Вторичная обработка целей в РЛС | |
| 9.1. Основные операции вторичной обработки | |
| 9.1.1. Основные понятия и история вопроса | |
| 9.1.2. Основные операции вторичной обработки | |
| 9.2. Модели целевой и помеховой обстановки | |
| 9.2.1. Модели движения целей | |
| 9.2.2. Модели отсчетов | |
| 9.3. Оценка траекторных параметров по фиксированной выборке. Экстраполяция траекторных параметров | |
| 9.4. Рекуррентная оценка траекторных параметров | |
| 9.4.1. Основные соотношения калмановской фильтрации | |
| 9.4.2. Стационарный режим калмановского фильтра | |
| 9.4.3. Состоятельность калмановского фильтра | |
| 9.4.4. (α-β)-фильтры | |
| 9.4.5. Расширенный фильтр Калмана | |
| 9.5. Селекция отсчетов | |
| 9.5.1 Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба | |
| 9.5.2. Селекция методом стробирования | |
| 9.5.3. Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба | |
| 9.5.4. Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов к траекториям в многоцелевой ситуации | |
| 9.6. Обнаружение траекторий 9.6.1. Общие положения | |
| 9.6.2. Вероятность ложного обнаружения траектории | |
| 9.6.3. Вероятность правильного обнаружения траектории | |
| Контрольные вопросы | |
| Раздел II. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ | |
| Глава 10. Тенденции развития современных радиолокационных систем и их тактико-технические характеристики. | |
| 10.1. Основные тенденции развития и пути создания современных активных РЛС | |
| 10.2. Принципы построения РЛС, основные требования и возможности создания современных корабельных РЛС | |
| 10.3. Тактические характеристики РЛС | |
| 10.4. Технические характеристики | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 11. Когерентные РЛС | |
| 11.1. Когерентные доплеровские РЛС с непрерывным излучением | |
| 11.2. Когерентно-импульсные РЛС | |
| 11.2.1. РЛС с внутренней когерентностью | |
| 11.2.2. РЛС с внешней когерентностью | |
| 11.3. Канал временной когерентной фильтрации сигналов | |
| 11.4. Статистические характеристики случайного процесса на выходе канала временной когерентной обработки сигналов | |
| 11.5. Цифровая согласованная фильтрация когерентных импульсов | |
| 11.5.1. Исходные предпосылки | |
| 11.5.2. Цифровые согласованные фильтры для свертки сигналов во временной области | |
| 11.5.3. Цифровой согласованный фильтр для свертки сигналов в частотной области | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 12. Селекция движущихся целей | |
| 12.1. Общие положения | |
| 12.2. Оптимальные алгоритмы обнаружения сигналов на фоне коррелированной помехи | |
| 12.3. Классификация РЛС с системами СДЦ и их структурные схемы | |
| 12.4. Характеристики эффективности системы СДЦ и влияющие на нее факторы Контрольные вопросы | |
| Глава13. Моноимпульсные РЛС | |
| 13.1. Одноканальные методы автосопровождения по угловым координатам | |
| 13.2. Многоканальные (моноимпульсные) методы измерения угловых координат | |
| 13.3. Использование суммарно-разностных методов измерения в моноимпульсных системах | |
| 13.4. Автосопровождение по угловым координатам при использовании двухканальных систем | |
| 13.5. Потенциальные и реальные точности двухканального моноимпульсного углового измерения | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 14. Принципы пассивной радиолокации | |
| 14.1. Области применения пассивной радиолокации и методы определения координат | |
| 14.2. Особенности локации при большом числе источников излучений. Корреляционные методы обработки сигналов | |
| 14.3. Оптимальные оценки координат и потенциальные точности при триангуляционном и корреляционно-базовом методах определения координат излучающего объекта | |
| 14.4. Качественные показатели обнаружения стационарного случайного сигнала при корреляционной обработке | |
| 14.5. Некоторые вопросы пассивной локации источников естественных и близких к ним электромагнитных излучений | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава15. Радиолокация с активным ответом | |
| 15.1. Общая характеристика РЛС с активным ответом | |
| 15.1.1. Принцип действия радиолокационной системы с активным ответом | |
| 15.1.2. Уравнение радиолокации с активным ответом в свободном пространстве | |
| 15.2. Некоторые особенности построения систем с активным ответом | |
| 15.2.1. Устранение влияния боковых лепестков антенны | |
| 15.2.2. Кодирование ответного сигнала | |
| 15.3. Влияние паразитных отражений в системах с активным ответом | |
| 15.4. Моноимпульсный метод измерения азимута в РЛС с активным ответом | |
| 15.5. Система активного ответа с адресным запросом | |
| Контрольные вопросы | |
| Глава 16. Назначение и принципы построения РЛС с синтезированной апертурой антенны | |
| 16.1. Принцип построения РЛС с синтезированной апертурой антенны | |
| 16.1.1. Принцип синтезирования апертуры | |
| 16.1.2. Тангенциальная разрешающая способность РСА | |
| 16.1.3. Структурная схема РСА | |
| 16.1.4. Принципы обработки сигналов в РСА | |
| 16.2. Цифровая обработка сигналов РСА | |
| 16.2.1. Структурная схема устройства цифровой обработки сигналов РСА | |
| 16.3. Космические РЛС с синтезированной апертурой | |
| Контрольные вопросы | |
| Раздел ІIІ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ РЛС | |
| Глава 17. РЛС надводного наблюдения «Океан» | |
| 17.1. Общие данные | |
| 17.2. Антенно-волноводное устройство | |
| 17.3. Канал СВЧ на волне 3,2 и 10 см | |
| 17.4. Передающее устройство | |
| 17.5. Приемное устройство Контрольные вопросы | |
| Глава 18. РЛС надводного наблюдения МР-244 «Экран» | |
| 18.1. Общие данные | |
| 18.2. Передающий тракт | |
| 18.3. Приемный тракт | |
| 18.4. Тракт гетеродина Контрольные вопросы | |
| Глава 19. РЛС МР-750 «Фрегат» | |
| 19.1. Режим обзора пространства и зоны обнаружения РЛС | |
| 19.2. Формирование и излучение мощного ЛЧМ-сигнала в РЛС МР-750 «Фрегат» | |
| 19.2.1. Общие сведения | |
| 19.2.2. Генераторы СВЧ многокаскадных передающих устройств | |
| 19.2.3. Импульсные модуляторы | |
| 19.3. Высокочастотный тракт | |
| 19.4. Прием и обработка отраженных сигналов | |
| 19.4.1. Общие сведения | |
| 19.4.2. Высокочастотная часть приемного устройства | |
| 19.4.3. Низкочастотная часть приемного устройства | |
| 19.5. Схемы помехозащиты РЛС Контрольные вопросы | |
| Глава 20. Гипотетическая корабельная трехкоординатная РЛС воздушного наблюдения | |
| 20.1. Общие сведения | |
| 20.1.1. Параметры и структура излучаемого сигнала | |
| 20.1.2. Энергетические характеристики | |
| 20.1.3. Характеристики помехозащищенности | |
| 20.1.4. Точностные характеристики определения координат цели | |
| 20.2. Выбор и обоснование структурной схемы | |
| 20.2.1. Передающее устройство | |
| 20.2.2. Приемное устройство | |
| 20.2.3. Цифровая диаграммообразующая система | |
| 20.2.4. Система первичной обработки информации - СПОИ | |
| 20.2.5. Вторичная обработка информации | |
| 20.3. Система отображения и управления | |
| 20.3.1 Назначение, состав и технические характеристики | |
| 20.3.2. Принцип работы. Схема структурная | |
| Приложение 1. Порядок определения тактических и технических характеристик РЛС | |
| Приложение 2. Алгоритм определения цели и задачи РЛС | |
| Приложение 3. Алгоритм определения тактических характеристик РЛС | |
| Приложение 4. Алгоритм определения технических характеристик РЛС | |
| Приложение 5. Корабельные РЛС воздушного наблюдения | |
| Приложение 6. РЛС воздушного наблюдения наземного базирования | |
| Приложение 7. РЛС надводного наблюдения | |
| Приложение 8. Биографические сведения о некоторых выдающихся ученых и инженерах – создателях радиолокационных систем | |
| Библиографический список |
Редактор Л.К. Аксентьева
Технический редактор О.А. Срощенко
Компьютерная верстка Н.Е. Куликова
Сдано в набор 20.11.2007. Подписано в печать 08.02.2008.
Формат бумаги 60×84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная.
Объем 7,0 печ. л. Изд. № 30. Тираж 150 экз. Зак. 78.
Типография Академии ВМС им. П.С. Нахимова
[1] Условие Дирихле заключается в следующем: функция x(t) должна быть ограниченной, кусочнонепрерывной и иметь на протяжении периода конечное число экстремальных значений.
[2] В таблице приводится далеко не полный перечень возможных способов сканирования пространства.
[3] Приводимый перечень далеко не полный. Более детально классификация РЛС приводится в главе 10.
[4] Под целевой ситуацией понимаются цели, находящиеся в зоне контроля РЛС, их вид и взаимные характеристики, параметры их движения и т. п
[5] Например, в ходе ВО, наблюдая за перемещениями цели, можно найти ее скорость, ускорение, даже если на этапе первичной обработки измеряется только положение объекта. Возможно определение и других принципиально ненаблюдаемых параметров цели
[6] Например, если отсчет включает только положение цели, то для построения траектории в виде полинома степени s принципиально необходимо соответствующее число тактов наблюдения
[7] Чтобы не усложнять запись выражений, при рассмотрении только одной траектории (одного процесса) индекс, характеризующий номер траектории, здесь и далее в настоящей главе опускается.
[8] Чтобы не усложнять запись выражений, при рассмотрении только одного отсчета (или траектории) индексы, характеризующие номер отсчета (или траектории) и временную привязку, здесь и далее опускают
[9] Индекс, показывающий принадлежность параметров траектории некоторой цели, в настоящем параграфе в дальнейшем опущен, чтобы не усложнять формулы
[10] Более строго эти условия формулируют в теории систем с использованием понятий наблюдаемости, управляемости и контролируемости.
[11] А - аналоговый
[12] Ц - цифровой
[13] В таблицу включены наиболее широко применяемые на судах различного класса основных фирм-производителей.
[14] Щ – щелевая антенна;
Р – рефлекторная;
Ру – рупорная;
ЩР – щелевая рупорная
– Конец работы –
Используемые теги: Радиолокационные, системы0.058
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Радиолокационные системы
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.212 сек.
Новости и инфо для студентов