Диапазоны частот, применяемые в радиолокации - раздел Образование, Радиолокационные системы Реально Никаких Ограничений На Диапазоны Частот, Используемые В Радиолокации,...
Реально никаких ограничений на диапазоны частот, используемые в радиолокации, не существует. Любое устройство, которое обнаруживает цели и определяет их местоположение путем излучения электромагнитной энергии и приема эхосигналов, рассеянных целью, можно рассматривать как РЛС вне зависимости от частоты, на которой она работает. РЛС используют сигналы с длиной волны от 100 м (короткие волны) и более до 10–7 м (ультрафиолетовые волны). Основные принципы функционирования РЛС одинаковы для любых частот, однако конкретные схемы РЛС разных частотных диапазонов могут сильно отличаться. На практике большинство РЛС применяют частоты микроволнового диапазона, но существуют и многочисленные исключения из этого правила.
Набор буквенных обозначений различных частотных диапазонов широко используется в радиолокации (табл. Б). Исходные кодовые буквы (R, L, S, X и А) в США и некоторых других странах введены в практику во время второй мировой войны для обеспечения секретности, но сохранились и после снятия секретности. Другие буквы (С, Ки, и Ка) были добавлены позднее, когда начали использовать новые диапазоны, некоторые буквы (Р и К) использовались редко. Были сделаны попытки полностью разбить микроволновый участок спектра на полосы с буквенными обозначениями и распространить буквенные обозначения на область миллиметровых волн. Эти попытки, однако, не получили широкого одобрения.
Международный союз электросвязи (МСЭ) определил границы специальных диапазонов частот, используемых в радиолокации. Они приведены в третьем столбце табл. Б. Эти значения применяются в пределах Района II по классификации МСЭ, который охватывает Северную и Южную Америку. Для Района I (Африка, Европа и страны бывшего СССР) и Района III (Азия) существуют небольшие отличия, но в большинстве случаев значения этих границ по существу те же. Большинство радиолокационных диапазонов расположены рядом или даже частично перекрываются с диапазонами частот, используемыми радиолюбителями.
Таблица Б
Диапазон частот, применяемых в радиолокации
| Обозначение
диапазона
| Частоты
| Диапазоны частот РЛС согласно регламентации МСЭ для Района II
| Диапазоны частот РЛС по принятой
у нас классификации
|
| ВВЧ
| 30 – 300 МГц
| 137 – 144 МГц
216 – 225 МГц
| УКВ
(декаметровые волны)
|
| УВЧ
| 300 – 1000 МГц
| 420 – 450 МГц
890 – 940 МГц
|
Метровые волны
|
| Р
| 230 – 1000 МГц
|
|
| L
| 1000 – 2000 МГц
| 1215 – 1400 МГц
|
Дециметровые волны
|
| S
| 2000 – 4000 МГц
| 2300 – 2550 МГц
2700 – 3700 МГц
|
| C
| 4000 – 8000 МГц
| 5255 –5925 МГц
|
Сантиметровые волны
|
| X
| 8000 – 12500 МГц
| 8500 – 10700МГц
|
| Kи
| 12,5 – 18 ГГц
| 13,4 – 14,4 ГГц
15,7 – 17,7 ГГц
|
| K
| 18 – 26,05 ГГц
| 23 – 24 ГГц
|
| Ка
| 26,05 – 40 ГГц
| 33,4 – 36т ГГц
|
| Миллиметровые
волны
| Свыше 40 ГГц
| Свыше 40 ГГц
| Миллиметровые волны
|
Каждая частотная область обладает присущими только ей характеристиками, которые в некоторых конкретных случаях обеспечивают ей преимущества перед другими областями. Ниже приводятся характерные свойства различных участков электромагнитного спектра, применяемого в радиолокации, и описываются основные преимущества и ограничения, свойственные каждому частотному диапазону. Приведенное в табл. Б разбиение частотных диапазонов выдерживается на практике не так строго. Следующие ниже обобщенные описания лишь приближенно отражают настоящее состояние практической радиолокации, и их не следует интерпретировать слишком строго, дословно.
Частоты, лежащие ниже диапазона ВЧ (ниже 3 МГц). При использовании длинных волн значительная часть излученной энергии может распространяться благодаря дифракции за пределы радиолокационного горизонта, образуя, как часто говорят, приземную или поверхностную волну. Чем ниже частота, тем меньше ослабление дифрагированной волны. Преимуществом этого вида распространения является то, что волна огибает земную поверхность. Так как в этом случае для формирования направленного луча необходимы антенны больших размеров, а также из-за высокого уровня окружающих шумов, наличия нежелательных отражений от объектов на земной поверхности и насыщенности этого участка диапазона электромагнитными излучениями, частоты, лежащие ниже ВЧ диапазона, для большинства радиолокационных задач не применяются.
Диапазон ВЧ (3 – 30 МГц). Первая действующая радиолокационная система, установленная в Англии непосредственно перед второй мировой войной, излучала сигналы ВЧ диапазона на частотах между 22 и 28 МГц. Это были РЛС, которые обеспечили обнаружение самолетов в период битвы за Англию. РЛС использовали эти частоты не из-за того, что они оптимальны для такого применения, а потому, что это была наивысшая частота, для которой в то время были разработаны надежные мощные компоненты. Выбор этой неоптимальной частоты отражает часто цитировавшийся лозунг «культ несовершенного», который принадлежал В. Ватту, английскому изобретателю радиолокационных систем: «Дайте им третий сорт, чтобы оно работало, второй сорт придет слишком поздно, лучшее, первый сорт, не появится никогда».
В станции использовалось приземное распространение, и дальность работы по самолетам достигала примерно 350 км. Существующая наряду с приземной волной нормальная волна на этих частотах отражалась от ионосферы и создавала нежелательные паразитные эхосигналы. Отражения от ионосферы не всегда оказывались вредными. Они могли оказаться средством обнаружения целей на больших дальностях за пределами линии прямой видимости.
Верхний участок ВЧ диапазона использовался в радиоастрономии, в частности, для получения отражений от ионизированных слоев Солнца.
Станции ионосферного зондирования, которые измеряют высоту различных слоев ионосферы, применяют радиолокационные принципы.
Диапазон весьма высоких частот (ВВЧ) (30 – 300 МГц) использовался в первых РЛС, разработанных в США непосредственно перед второй мировой войной. В качестве некоторых наиболее интересных примеров можно указать радиолокатор СХAM ВМС США, армейскую РЛС обнаружения самолетов SCR-270 и РЛС управления зенитным огнем SCR-268 армии США. Все эти РЛС использовали последние достижения тех лет в области вакуумной электроники; в них применялось механическое перемещение антенн. Так как в настоящее время диапазон ВВЧ сильно перегружен электромагнитными излучениями, то в современных РЛС частоты этого диапазона не находят широкого применения.
Однако это важный диапазон; его частоты применяются в мощных РЛС дальнего обнаружения с большими антенными полотнами и большой излучаемой мощностью. Именно такие РЛС можно использовать для наблюдения за спутниками. Диапазон ВВЧ является, по-видимому, диапазоном, в котором наиболее экономично строить и использовать большие РЛС. Хотя внешний шум в этом диапазоне не так низок, как на более высоких частотах, он все же существенно ниже уровня шума ВЧ диапазона. Угловое разрешение РЛС наблюдения за воздушным пространством ВВЧ диапазона довольно низкое, но зона действия и скорость обзора пространства обычно довольно хорошие, а оборудование относительно простое и надежное.
Радиолокационные станции обычно легче создавать, если они работают на более низких частотах, и диапазон ВВЧ позволяет достигнуть компромисса между увеличением уровня шумов на более низких частотах и ростом сложности изготовления аппаратуры РЛС дальнего действия на более высоких частотах. Антенны РЛС наблюдения за воздушным пространством чаще всего имеют вид решетки диполей, причем применяется механическое перемещение антенны; на более высоких частотах обычно используются параболические антенны. При использовании сигналов с горизонтальной поляризацией над ровной поверхностью, такой, например, как море, интерференция между прямой и отраженной волнами может привести к существенному увеличению максимальной дальности действия радиолокатора при работе по самолетам.
Другим преимуществом ВВЧ диапазона является возможность успешного применения методов СДЦ при работе по движущимся целям, для чего необходимы стабильные передатчики и приемники, а их легче построить на более низких частотах. Кроме того, важно, чтобы в ожидаемом диапазоне доплеровских скоростей не было слепых скоростей. Чем ниже частота, тем (при прочих равных условиях) больше слепая скорость. Радиолокационные станции, работающие в диапазоне ВВЧ, не испытывают атмосферных помех (т.е. эхосигналов от облаков, дождя, снега и т.д.) и существенного влияния ослабления радиоволн в атмосфере. Удобен ВВЧ диапазон и для создания маломощных РЛС «против плохого человека»; этот диапазон, несомненно, должен использоваться шире, чем в настоящее время, если только другие радиослужбы не предъявят преимущественных претензий на доступные частоты этого диапазона.
Ультравысокие частоты УВЧ (300 – 1000 МГц). Многое из сказанного выше о РЛС ВВЧ диапазона так же хорошо применимо к РЛС УВЧ диапазона. Но в этом диапазоне внешний шум слабее, чем в диапазоне ВВЧ, и антенны с более узким лучом создавать здесь легче. Данный диапазон удобен для создания надежных РЛС наблюдения за воздушным пространством с большой дальностью действия, не зависящей от погодных явлений. В этом диапазоне можно успешно применять методы селекции движения цели (СДЦ). Применение данного диапазона ограничивается тем, что широкий участок спектра этого диапазона выделен для телевидения.
L-диапазон (1000 – 2000 МГц) широко используется в США в РЛС наблюдения за воздушным пространством. При этом приходится жертвовать некоторыми преимуществами, свойственными более низким частотам, например, высокой мощностью, большими апертурами антенн и хорошими характеристиками СДЦ. Однако РЛС этого диапазона обладают хорошим угловым разрешением и имеют низкий уровень внешних шумов.
S-диапазон (2000 – 4000 МГц). Большинство РЛС, использующих частоты ниже S-диапазона, применяются для обзора и наблюдения за пространством, в то время как большинство РЛС с частотами выше S-диапазона применяются для получения информации, например, о точном расположении цели и для сопровождения. Антенны реальных размеров дают хорошее угловое разрешение в S-диапазоне, а уровень внешних шумов здесь низок. Однако применение методов СДЦ в S-диапазоне дает результаты хуже, чем в диапазоне УВЧ. Хотя погодные явления не вызывают столько беспокойства, как на более высоких частотах, в ряде случаев они существенно затрудняют работу радиолокационной станции и ухудшают ее характеристики. S-диапазон представляет интерес в том смысле, что здесь достижим разумный компромисс между обнаружением самолетов на средних дальностях и слежением за ними, если для выполнения обеих функций необходимо использовать одну и ту же РЛС.
С-диапазон (4000 – 8000 МГц) лежит между S - и Х-диапазонами, и его лучше всего рассматривать как компромиссный диапазон между этими двумя. На частотах С-диапазона успешно работают обзорные радиолокаторы со средней дальностью действия, используемые для получения точной информации, как например РЛС для навигации судов. На этих частотах могут работать РЛС с большой дальностью действия и высокой точностью измерения координат, которые используются для точного сопровождения ракет. РЛС наведения и управления оружием с относительно большой дальностью действия также могут работать на частотах этого диапазона.
Х-диапазон (8 – 12,5 ГГц) – популярный частотный диапазон, широко используемый в РЛС наведения и управления оружием и коммерческих гражданских РЛС. Гражданские морские авиационные всепогодные и доплеровские навигационные РЛС работают в Х-диапазоне. РЛС Х-диапазона обычно имеют небольшие размеры, что удобно, когда мобильность и небольшой вес играют важную роль. А диапазон имеет ряд преимуществ при сборе информации или обзоре на небольших дальностях, но не очень подходит для обзора на больших дальностях. Высокая несущая частота этого диапазона облегчает возможность генерации широкополосных сигналов (в частности, коротких импульсов). Легко также получать узкие лучи в РЛС этого диапазона при небольших физических размерах апертур. Луч в 1° можно получить с помощью антенны диаметром около 2 м. РЛС X-диапазона иногда настолько малы, что их можно держать в руке, но они могут быть и такими большими, как РЛС в Хэйстэк Хилл, используемая для радиоастрономических исследований. Ее антенна имеет диаметр около 36 м, а средняя излучаемая мощность достигается 500 кВт в режиме непрерывною излучения.
Ки-, К- и Ка-диапазоны (12,5 – 40 ГГц). Первые РЛС этого диапазона, разработанные в период второй мировой войны в лаборатории излучений Массачусетского технологического института, работали на центральной частоте 24 ГГц (длина волны 1,25 см). Это был плохой выбор, так как вскоре было обнаружено, что эта частота слишком близка к резонансной частоте водяного пара (22,2 ГГц), на которой возникает сильное поглощение. Позднее этот диапазон был подразделен на два диапазона по обе стороны от частоты водяного поглощения. Диапазон с более низкими частотами охватывает частоты от 12,5 до 18 ГГц, а более высокий – от 26,5 до 40 ГГц. В области Ка-диапазона лежат наивысшие частоты, на которых работают практически широко используемые РЛС. Хотя РЛС, работающие на более высоких частотах, и были созданы, они используются главным образом в экспериментальных целях или для специальных применений. Преимущество частот К-диапазона заключается в возможности получения хорошего разрешения по обеим угловым координатам и по дальности при небольшом взаимном влиянии РЛС этого диапазона. Антенны данного диапазона имеют небольшие размеры, но получение больших мощностей излучения здесь затруднено. Диапазону свойственны увеличенное затухание радиоволн в атмосфере, более высокий уровень внешних шумов и меньшая чувствительность приемников. Влияние этих факторов обусловливает относительно небольшие дальности действия радиолокационных станций. Ограничения, возникающие из-за отражения от дождя и затухания радиоволн, становятся значительно более серьезными на этих более высоких частотах.
Миллиметровые волны. В этой части спектра можно получать широкополосные сигналы и узкие радиолучи при относительно малых апертурах антенн. здесь действуют те же ограничения, что и в К-диапазонах, но воздействие их сильнее. Получить даже умеренный уровень мощности в этом диапазоне трудно, а внутренний шум приемника обычно высок. Уровень внешних шумов, поглощение радиоволн в атмосфере и помехи от атмосферных явлений быстро усиливаются с ростом частоты. Возрастание затухания носит не монотонный характер: существует ряд окон, в которых затухание относительно слабее, чем на соседних частотах. РЛС, использующие миллиметровые волны, применяются ограничено. Они используются в тех случаях, когда необходима широкая спектральная область, чтобы исключить мешающее воздействие других электромагнитных устройств. Широкополосные сигналы и узкие радиолучи могут быть преимуществом в случаях, когда стремятся распознать тип цели. Однако часто недостатки перевешивают любые преимущества, свойственные РЛС, работающим на миллиметровых волнах.
Частоты оптического диапазона. Когерентную мощность приемлемой величины при хорошем коэффициенте полезного действия, наряду с узконаправленными лучами, можно получить от лазеров в инфракрасной, оптической и ультрафиолетовой частях спектра. Хорошие угловое разрешение и разрешение по дальности, свойственные лазерам, делают их полезными для получения более детальной информации о цели, например, при определении размеров и характера цели. Лазеры менее удобны при обзоре пространства, так как площадь их приемной апертуры относительно мала, ввиду чего исследовать узким лучом большие области пространства трудно. Серьезными ограничениями для лазеров является то, что они не могут эффективно работать при дожде, наличии облаков или тумана.
Все темы данного раздела:
Севастополь
ББК 32.95я73
Г 657
УДК 621.396.967(075)
Учебное пособие составлено в соответствии с программой учебной дисциплины «Радиолокационные системы» (раздел «Радиолокационные сис
Список сокращений Это делаю я
АВУ
Антенное вычислительное устройство
АКП
Автоматическая компенсация помех
АКУ
Авто
Краткая историческая справка
Первые РЛС были станциями обнаружения самолётов. 5 стационарных импульсных РЛС было установлено на юго-западном побережье Великобритании в 1936 году. Они работали на сравнительно длинных (метровых)
Основные типы РЛС
РЛС различают прежде всего по конкретным задачам, выполняемым ими автономно или в комплексе средств, с которыми они взаимодействуют, например: РЛС систем управления воздушным движением, РЛС обна
Общее описание радиолокационной станции
В настоящее время различают два принципиально различных типа радиолокации: активная и пассивная. При активной радиолокации радиолокационная станция (РЛС) сама излучает сигнал в виде электромагнитно
Уравнение дальности радиолокации
По-видимому, наиболее полезным и простым описанием влияния различных факторов на работу РЛС является уравнение дальности радиолокации. Одна из форм записи этого уравнения определяет
Информация, извлекаемая при обработке радиолокационного сигнала
Хотя в основе самого наименования «радиолокационная станция» лежит аббревиатура английских слов «обнаружение и измерение дальности с помощью радио» (radiodetectionandrang
Сигналы, применяемые в радиолокации
Предварительное замечание. Рассмотрение всего многообразия сигналов, способов их представления и свойств выходит за рамки данного пособия. Здесь рассматриваются и более детальн
Простые сигналы
Простыми называются сигналы, база которых В, т.е. произведение ширины спектра сигнала на его длительность , удовлетворяет условию . Все одиночные радиоим
Радиоимпульсы с внутриимпульсной частотной модуляцией
Рис. 1.2. Закон ЛЧМ модуляции и ЛЧМ-радиоимпульс
Ри
В таких сигналах частота в пределах длительности радиоимпульса
Основные параметры зондирующих сигналов
Закон модуляции. Он включает законы амплитудной, частотной и фазовой модуляции (манипуляции) сигнала.
Длительность сигнала . Она измеряется
Линейные рекуррентные последовательности максимальной длины
Линейной рекуррентной последовательностью (ЛРП) называется последовательность символов удовлетворяющая рекуррентному правилу:
, (1.6)
где значения как символов пос
Системы сигналов
При построении систем передачи информации, таких, как многоканальные системы с кодовым уплотнением, т – ичные системы (системы, в которых для передачи сообщений используют
Ортогональные сигналы
В общем случае ортогональные сигналы можно сформулировать так. Пусть , – некоторая полная ортонормированная система функций. Тогда любой сигнал , с полосой частот Fс можно предста
Симплексные сигналы
В общем случае симплексные сигналы получаются из ортогональных сигналов следующим образом. Пусть {аi}, i = 1,2,..., т, – ортогональные сигналы. Добав
Эффективная площадь рассеяния целей
Явление вторичного излучения, лежащее в основе активной радиолокации, свойственно волнам любой природы. Оно возникает всякий раз, когда волна встречает препятствие на пути своего ра
Размеров цели и длины волны
Поля вторичного излучения, позволяющие определить ЭПР объектов, находят точными и приближенными расчетными методами, в том числе методом математического моделирования, наряду с кото
Рассеяния радиолокационных целей
Радиолокационные цели обладают, как правило, достаточно сложной конфигурацией. Поверхность их характеризуется наличием блестящих точек в виде выпуклых участков поверхностей двойной кривизны и резон
Вероятностная оценка ЭПР
Как отмечалось ранее, задача определения характеристик отраженного сигнала от цели, представляющих собой совокупность различных элементарных отражателей изначально сложна, а в ряде случаев и невыпо
Отраженного сигнала
Полученные новые законы распределения вероятности случайной величины – амплитуды и фазы отраженного сигнала и ЭПР цели не в полной степени характеризуют трансформацию протяженного с
Качественные показатели обнаружения радиолокационных сигналов
Обнаружение – процесс принятия решения о наличии или отсутствии сигнала в смеси сигнал и шум в произвольном разрешающем объёме.
Результатом процесса обнаружения сигнал
Критерии обнаружения
Для решения задачи обнаружения необходимо иметь соответствующие априорные (доопытные) сведения о статистических характеристиках помех и отраженных от целей сигналов. Эти сведения позволяют найти ме
Отношение функций правдоподобия
принято называть отношением правдоподобия.
Для выбора гипотезы H1, или Н0 должно быть взято за основу определенное п
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 импульса к импульсу по случайному
Характеристики обнаружения. Пороговый сигнал
Определим характеристики обнаружения или рабочие характеристики приемника РЛС при его работе с полностью известным (детерминированным) сигналом. Для этого надо вычислить условные пл
Обнаружение сигналов со случайными параметрами
Рассмотрим задачу обнаружения сигнала, зависящего от случайных неизмеряемых параметров. Примерами таких сигналов могут быть сигнал со случайной начальной фазой, случайными начальной
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 случайных неизмеряемых
Параметрами
Алгоритмы оптимального обнаружения рассматриваемых сигналов реализуются на основании полученных выражений для отношения правдоподобия (3.29, 3.30) и решающего правила. Решающее прав
Кривые обнаружения. Пороговые сигналы
Рис.3.6. Характеристики обнаружения сигнала со случайной начальной фазой
Для определения характеристик обнаружения сигн
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 частного значения функции взаимной корре
Спектральные характеристики оптимального фильтра, его работа
Установлено, что частотная характеристика Копт (f) фильтра
с точностью до произвольного вещественного множителя с и множителя запазды
Обработка простых сигналов с помощью оптимального фильтра
Оптимальный фильтр можно подобрать либо по частотной, либо по импульсной характеристике, взаимосвязанными между собой. Для обработки простых сигналов без внутриимпульсной модуляции
Накопление пачки некогерентных сигналов
Нами был рассмотрен вопрос когерентного накопления пачки радиоимпульсов, т.е. сигналов, фазы которых жестко связаны между собой. Некогерентное накопление заключается в суммировании
Обработка сложных сигналов с помощью оптимального фильтра
Рис. 4.10. Разрешение при сжатии широкополосных
радиоимпульсов в оптимальном фильтре
Известно, что сложные радиолокационные сигналы я
Сжатие ФКМ-радиоимпульса
Рассмотрение сигналов с фазовой манипуляцией показывает, что они представляют большой интерес для радиолокации, поскольку корреляционные функции некоторых из них имеют требуемую форму малую длитель
Сжатие ЛЧМ-радиоимпульса
Процесс сжатия ЛЧМ-радиоимпульса поясним с помощью временных графиков. а рис. 4.12 а, б, в приведен ЛЧМ-импульсный сигнал с прямоугольной огибающей. Выходной импульс на уровне 5 = 0,637 от максимал
Исходные предпосылки
В соответствии с общей теорией приема, оптимальная временная обработка принимаемого на фоне стационарного белого шума сигнала сводится к вычислению корреляционного интеграла, которы
Области
Так как принимаемые радиолокационные сигналы перед дискретизацией преобразуются в две квадратурные составляющие, то реализация ЦСФ должна производиться в двух квадратурных каналах. Квадратурные сос
Цифровой согласованный фильтр для сигналов в частотной области
Рассмотрим теперь особенности дискретной свертки типа согласованной фильтрации в частотной области. В соответствии с теорией дискретного представления непрерывных функций, ограничен
Обнаружение радиолокационных целей и измерение их параметров
Статистическая теория радиолокации, о которой речь шла в предыдущей главе, решает задачу обнаружения одиночного импульса, отраженного от какого-то объекта. Оператор или автоматический обнаружитель
Некогерентной нефлуктуирующей пачки импульсов
В процессе сканирования пространства диаграмма направленности антенны РЛС проходит через цель, при этом от цели отражается и приходит на вход приемника не один радиоимпульс, а группа (пачка) имп
Характеристика обнаружения сигналов при дискретной обработке
В последнее время все более широко внедряются методы и техника дискретной (цифровой) обработки сигналов в РЛС, поэтому для практики рассмотрение этого вопроса для нас важно. Более детально вопросы
Определение вероятности ложной тревоги
Вероятность ложной тревоги определяется исходя из соображений допустимого потока ложных тревог в зависимости от обстановки в районе плаванья и «цены» тревоги. Обращаясь к рис. 3.1,
Параметров радиолокационных сигналов
В конечном итоге любой радиолокатор предназначен для измерения тех или иных координат и параметров движения целей, поэтому измерение является одной из основных операций, выполняемых
Критерии оптимального измерения
Из-за случайных параметров радиолокационных сигналов процесс измерения носит статистический характер. Показателем качества измерения является статистически усредненная величина ошиб
Уравнение оптимальной оценки параметров радиолокационных сигналов
Оптимальная оценка параметра может быть определена как корень одного из уравнений:
Рис. 5.2. Кривые послеопытной (апостериорной) плот
Оптимальный дискриминатор. Ошибки измерения
Рис. 5.3. Структурная схема оптимального измерителя параметра
Уравнение оптимальной оценки описывает алгоритм работы оп
Характеристики дискриминатора
Выходной сигнал оптимального дискриминатора (сигнал ошибки), представляющий собой производную квадрата модуля корреляционного интеграла по измеряемому параметру, характеризуется сре
Параметрами
В радиолокационных системах задача обнаружения сигналов решается обычно на видеочастоте, после объединения сигналов квадратурных каналов (на выходе детектора огибающей). Принимаемый
Оптимальный обнаружитель пачки оцифрованных сигналов
Теория оптимальных обнаружителей достаточно подробно рассмотрена в литературе. Рассмотрим случай обнаружения полностью известного сигнала – пачки из т нефлюктуирующих импульсов, при
С неизвестными параметрами
Оптимальные алгоритмы обнаружения сигналов обладают предельными характеристиками только для тех условий функционирования, которые принимались при синтезе. Отклонение статистических характеристик по
Адаптивные цифровые обнаружители
Как уже отмечалось, для преодоления априорной параметрической неопределенности применяется формирование на основе произведенных наблюдений оценок неизвестных параметров сигналов и п
Параметров сигналов
В дальнейшем предполагается, что для решения задачи оценки параметров сигналов используется та же выборка входных колебаний, что и при решении задачи обнаружения. Все исходные предпосылки о статист
Оценка времени задержки и доплеровской частоты сигнала
Без внутриимпульсной модуляции
6.2.1. Одиночные радиоимпульсы
Способы обзора пространства
Обработка частотно-модулированных радиоимпульсов
Особенности обработки частотно модулированных (ЧМ) сигналов рассмотрим на примере обработки линейно-частотно-модулированных радиоимпульсов (ЛЧМ), широко используемых в современных Р
Обработка фазоманипулированных радиоимпульсов
Рис. 6.11. Многоканальное устройство фильтровой обработки ФМ - радиоимпульса с неизвестной доплеровской частотой
Рассмотрим согл
Дальность действия РЛС
Одна и основных задач при разработке и проектировании РЛС, а также при выборе из существующих РЛС наиболее пригодную для решения конкретных задач потребителя является определение ее максимальной да
Потери отношения сигнал-шум в реальных РЛС
Потери в антенне определяются распределением поля по поверхности (апертуре) антенны:.
,
где – коэффициент, учитывающий неравномерность распред
Зона видимости. Способы
Рис. 7.2. Зона видимости РЛС
сканирования пространства и влияние их на дальность действия РЛС
Коэффициент направленного действия антенны
Обратимся еще раз к формуле (7.5). Здесь и – коэффициенты направленного действия антенны – указывается в формуляре на антенну или РЛС, является основной характеристикой антенны. Он
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 любой произвольной антенны – задача дост
Способы обзора пространства
В процессе проектирования РЛС одним из наиболее сложных и важных вопросов является обоснование и выбор способа сканирования пространства. Задача сводится к обеспечению просмотра зоны видимости (рис
Расчет числа импульсов в пачке
Для каждого конкретного выбранного способа сканирования пространства представляется важным знать количество лучей в пачке, так как в большинстве современных РЛС реализуется как коге
Поглощение радиоволн атмосферными газами
Рис 7.7. Зависимость коэффициента
затухания радиоволн в воздухе
от длины волны при t = 200 C
Осно
Влияние гидрометеоров на распространение радиоволн
7.4.1. Характеристики тумана и дождя
Таблица 7.2
Характеристики тумана и дождя
Ви
Поверхностно распределенные цели.
Морские условия весьма многообразно влияют на радиолокационное обнаружение. Из всего многообразия можно выделить три основных явления:
– сигналы, отраженные целями, подвержены изменениям;
Свойства отражений от взволнованной поверхности моря
Зондирующий сигнал, отраженный от поверхности моря, создает значительные помехи РЛС и затрудняет обнаружение целей. На рис. 7.11 приведены фотографии индикатора кругового обзора РЛС «Океан» с центр
Свойства морской поверхности
Ветровые морские волны – основная причина возникновения флюктуационных мешающих отражений радиолокационного сигнала. Волны возникают под влиянием атмосферных воздействий. Реакция мо
Приемника РЛС
Отраженные сигналы могут поступать по главному, боковым и заднему лепесткам диаграммы направленности антенны. На рис 7.12 приведен порядок определения освещенной площадки главным лепестком антенны.
Учет влияния поверхности Земли
В качестве некоторой нормы атмосферы принята нормальная атмосфера с параметрами:
давление Р=1013 мбар;
температура t = 130 C;
относительная влажность s
Основные виды помех активной радиолокации
Как и в любой радиотехнической системе, в радиолокации может существенно сказываться влияние различного рода помех. Роль помех в активной радиолокации может оказаться еще большей, ч
Защиты от них
Существуют два основных вида источников естественных маскирующих активных помех: дискретные и распределенные. К дискретным источникам помех относятся Солнце, Луна и радиозвезды. К р
И способы создания
Рис. 8.1. Влияние слабой (1) и сильной (2, 3) помехи на прохождение сигнала
В качестве искусственных маскирующих
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
Пассивные маскирующие помехи и способы их создания
Как уже указывалось выше, к естественным пассивным помехам относятся радиопомехи, создаваемые природными отражателями (местными предметами, водной поверхностью, гидрометеорами, севе
Основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех
Анализ уравнения противорадиолокации показывает, что основные направления защиты РЛС от маскирующих активных помех связаны с использованием амплитудных, поляризационных, частотных и
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 исп
Практические схемы автокомпенсаторов
Квадратурный автокомпенсатор
В таком автокомпенсаторе формирование весового (управляемого) напряжения осуществляется на видеочастоте. В этой связи представим компле
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, распределенных по нормальному закону
Оптимальное обнаружение сигнала на фоне пассивной помехи
в виде стационарного небелого шума
Небелый шум, как известно, характеризуется неравномерным распределением спектральной плотности мощности по оси часто
Фильтров подавления
Рис. 8.22. Схема однократного
череспериодного вычитания
Принципы построения входящих в состав оптимального фильтра оп
Модели движения целей
Наблюдаемые радиолокационные цели: наземный транспорт, корабли, самолеты, космические аппараты и другие объекты – могут двигаться по самым разнообразным траекториям, имеющим, как правило, случайный
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 ходе операции селекции и относящим
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 для работы в случаях, когда в стробе появляется
Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов к траекториям
в многоцелевой ситуации
Рис. 9.8. Вариант многоцелевой ситуации
Это одна из самых трудных
Общие положения
В современных радиолокационных системах требуемые вероятностные и точнстные характеристики обеспечиваются лишь после проведения этапа ВО. При этом в отличие от первичной обработки п
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. Направленный гр
Вероятность правильного обнаружения траектории
При поступлении на вход обнаружителя отсчетов, полученных от некоторой цели, логика работы алгоритма остается той же, что и в случае ложных отсчетов. Траектория цели обнаруживается при выполнении у
С И С Т Е М
В первом разделе данного учебного пособия были рассмотрены основные вопросы теории построения радиолокационных систем. Изложенный в нем материал представляется достаточным для поним
Современных активных РЛС
Существенный прогресс в развитии элементной базы, расширение ранее существовавших и появление новых областей применения РЛС привели к коренному пересмотру как принципов построения,
И возможности создания современных корабельных РЛС
При выборе путей создания радиолокационных систем следует учитывать результаты анализа тенденций развития радиолокационных систем и следующие особенности, обусловленные применением
Тактические характеристики РЛС
К тактическим характеристикам РЛС относятся назначение, сектор или зона работы, время обзора этого сектора, качественные показатели обнаружения объекта, число измеряемых координат и
Число измеряемых координат и параметров движения объекта и точность этих измерений.
В РЛС противовоздушной и особенно противоракетной обороны требуется измерение как всех трех координат летательного аппарата, так и их первых, а иногда и вторых производных.
В РЛС наблюдени
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 может быть когерентная составляющ
Когерентно-импульсные РЛС
Рассмотренные выше РЛС с непрерывным излучением представляют собой в каком-то смысле чисто доплеровские, или когерентные РЛС. Несколько по-иному решается задача когерентного накопле
РЛС с внешней когерентностью
Как уже отмечалось, к РЛС с внутренней когерентностью предъявляются жесткие требования к стабильности напряжения источника питания и частоты генераторов. Поэтому часто используют режим работы с вне
Временной когерентной обработки сигналов
Комплексная амплитуда напряжения сигнала на выходе линейной части приемника (при условии отсутствия пространственных помех) записывается в виде
, (11.2)
где
Исходные предпосылки
В соответствии с общей теорией приема, оптимальная временная обработка принимаемого на фоне стационарного белого шума сигнала u(t) сводится к вычислению корреляционног
Во временной области
Так как принимаемые радиолокационные сигналы перед дискретизацией преобразуются в две квадратурные составляющие, то реализация ЦСФ должна производиться в двух квадратурных каналах.
В частотной области
Рассмотрим теперь особенности дискретной свертки типа согласованной фильтрации в частотной области. В соответствии с теорией дискретного представления непрерывных функций, ограничен
Общие положения
Под СДЦ понимают выделение сигналов движущихся целей из них смеси с помехами и шумами, принимаемой приемником РЛС. Типичными задачами СДЦ являются: обнаружение самолетов на фоне отр
Коррелированной помехи
Как известно, оптимальный обнаружитель когерентной пачки радиоимпульсов на фоне белого шума представляет собой последовательно соединенные согласованный с пачкой фильтр, детектор и
И влияющие на нее факторы
Для оценки качества работы систем СДЦ обычно используются следующие характеристики.
1. АЧХ режекторного фильтра и канала доплеровской частотной селекции.
Одноканальные методы автосопровождения по угловым координатам
Системы автоматического сопровождения по угловым координатам в ряде радиолокационных систем являются основными. Это в космической локации, в системах наведения оружия и т.д.
Автоматическое
Угловых координат
Получившие широкое распространение одноканальные методы пеленгации, отличаясь сравнительной простотой, не всегда обеспечивают достаточную точность измерения. Основной причиной являются искажения ог
В моноимпульсных системах
Широкое применение в моноимпульсных системах находит суммарно-разностная обработка колебаний, принимаемых различными каналами. При такой обработке образуются сумма и разность двух колебаний. Чтобы
Двухканальных систем
Произвольное угломерное устройство (амплитудное или фазовое) может быть использовано для получения сигнала рассогласования (сигнала ошибки) следящей системы при автосопровождении по
И методы определения координат
Пассивная локация осуществляет обнаружение и измерение координат воздушно-космических, наземных и надводных объектов, создающих излучения. Источниками излучения могут быть работающи
Корреляционные методы обработки сигналов
Практическая реализация методов пассивной локации связана с необходимостью отождествления, т. е. установления соответствия между сигналами, принятыми в различных пунктах от одного и
Определения координат излучающего объекта
Пусть пункты приема и источники радиоизлучения расположены в плоскости хОу (рис. 14.6). Положение i-го пункта характеризуется вектором , истинное положение пеленгуемого объек
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
Естественных и близких к ним электромагнитных излучений
Под естественным излучением будем понимать тепловое хаотическое излучение объектов, а также участков местности и пространства.
Эффект неравномерного теплового излучения радиоволн участками
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 наименования: вместо пассивного ответа, обр
Устранение влияния боковых лепестков антенны
Мощность излучения по боковым лепесткам антенны запросчика в горизонтальной плоскости оказывается вполне достаточной для запроса ответчиков, удаленных на большое расстояние от запро
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 достаточно больших размерах отражате
В РЛС с активным ответом
Измерение азимута в РЛС с активным ответом основано на использовании обнаружителя с движущимся окном. Для серии последовательных запросов фиксируется несколько ответных сигналов одн
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 системы лишними запросами и ответа
Принцип построения РЛС с синтезированной апертурой антенны
Подобный тип РЛС моно реализовать, разместив антенну на носителе, обладающем большой скоростью, позволяющей получить синтезированную апертуру протяженностью десятки и даже сотни кил
Цифровая обработка сигналов РСА
При аналоговой обработке в РСА с использованием фотопленки информация извлекается с большим запаздыванием относительно момента записи (до нескольких часов). Цифровая обработка сигна
Космические РЛС с синтезированной апертурой
Космическим средствам разведки придают все большее значение и военные, и гражданские специалисты. Применение на борту космического аппарата РЛС с синтезированной апертурой расширяет возможности раз
Проект lightSAR
Цель проекта lightSAR – создание недорогой аппаратуры, имеющей малые массу и объем, для высокоточных наблюдений за поверхностью земли. Аппаратура будет установлена на спутнике, выс
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
Ранее в данном учебном пособии были рассмотрены основные вопросы теории построения и структурные решения при создании радиолокационных систем. Изложенный материалы представляются достаточными для п
Общие данные
Судовая навигационная РЛС «Океан» является двухдиапазонной и работает на волнах 3,2 и 10 см. Кроме того, в зависимости от типа комплектации (варианта) станция может быть однодиапазо
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
Канал СВЧ на волне 3,2 и 10 см
АПЧ
АПЧ
УПЧ
Передающее устройство
Передатчик РЛС «Океан» 3,2 и 10 см состоит из модулятора и магнетронного генератора (рис. 17.6). В состав модулятора входят:
ЛЗ
Приемное устройство
8 УПЧ
Д
ВУ
Общие данные
Навигационная радиолокационная станция МР-244 «Экран» устанавливается на морских и речных судах, береговых постах контроля судоходства и обеспечивает:
– радиолокационное от
Передающий тракт
Передающий тракт обеспечивает генерирование СВЧ зондирующих импульсов и формирование ряда служебных импульсов, синхронизирующих работу других трактов и устройств с моментами излучен
Приемный тракт
Приемный тракт обеспечивает преобразование отраженных СВЧ-сигналов в сигналы промежуточной частоты, их усиление на промежуточной частоте и детектирование. В приемном тракте осуществ
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. Как правило, РЛС воздушного наблю
Генераторы СВЧ многокаскадных передающих устройств
Генератор СВЧ многокаскадных передающих устройств предназначен для усиления входного маломощного высокочастотного сигнала до уровня, необходимого для излучения. В качестве таких ген
Импульсные модуляторы
Импульсные модуляторы предназначены для управления колебаниями генераторов СВЧ. В РЛС используется анодная модуляция, при которой управление работой генераторов производится путем м
Высокочастотный тракт
Высокочастотный тракт обеспечивает передачу с минимальными потерями электромагнитной энергии от передающего устройства к антенному. Он представляет собой сложный комплекс высокочаст
Схемы помехозащиты РЛС
Устройства защиты от помех не являются универсальными. Каждое из них эффективно может использоваться против определенного вида помех. В РЛС обнаружения применяются различные схемы и
Параметры и структура излучаемого сигнала
РЛС работает в S-диапазоне рабочих частот 2900 – 3130 мГц. Количество фиксированных рабочих частот в пределах указанного диапазона определяется исходя из ширины полосы частот радиоизлучения,
Энергетические характеристики
Энергетические характеристики РЛС определяются энергетическими характеристиками передающего устройства, антенно-фидерной системы, приемного устройства и цифровой обработки сигналов.
Характеристики помехозащищенности
Защита РЛС от пассивных помех строится с учетом опыта разработки и испытаний РЛС подобного класса, а также на основе данных, полученных путем полунатурного моделирования с использов
Точностные характеристики определения координат целей
Выбранные для реализации в РЛС параметры и структура излучаемого сигнала, современные методы обработки радиолокационной информации, а также большой динамический диапазон, достигаемы
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 устро
Приемное устройство
Структурно, рис. 20.2, 20.4 приемное устройство состоит из многоканального (по количеству сформированных антенной горизонтальных каналов) аналогового приемного устройства, многоканальной аналого-ци
Цифровая диаграммообразующая система
Цифровая диаграммообразующая система (далее – ЦДОС) – функциональное устройство антенны первичного радиолокатора РЛС, предназначенное для формирования диаграммы направленности (ДН)
РЛС воздушного наблюдения корабельного базирования
№ п/п
Тип РЛС и ее краткая характеристика
Размеры антенны, м
Пиковая мощность, мВт
Длительность импульса, мкс
РЛС воздушного наблюдения наземного базирования
№ п/п
Тип РЛС и ее краткая характеристика
Длинна волны, м
Зона обзора: По азимуту, гр
По углу места, гр
Биографические сведения о некоторых выдающихся ученых и инженерах-создателях радиолокационных систем
Ге́нрих Ру́дольф Герц
(22 февраля 1857 – 1 января 1894, Бонн)
Г
Александр Степанович ПОПОВ
(16 марта 1859 – 13 января 1906
А.С. Попов родился 16 марта 1859 г. в поселке Турьинские Рудник
Юрий Борисович Кобзарев
(8 декабря 1905 – 25 апреля 1992)
Юрий Борисович Кобзарев – доктор технических наук, академик Российской академии наук, выдающийся ученый в области радиоте
Кристиан Хюльсмайер
(1881 – 1835)
Изобретатель радара Кристиан Хюльсмайер (Christian Huelsmeyer) родился 25 декабря 1881 г
Михаил Михайлович Лобанов
(19 марта 1901 – 2 марта 1984)
Михаи́л Миха́йлович Лоба́нов – советский военный инженер, одна из ключевых фигур в становлении и развитии ра
Павел Кондратьевич Ощепков
(25 марта 1928 – 1 декабря 1992)
Родился в 1908 году в деревне Зуевы Ключи Сарап
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 р
Новости и инфо для студентов