Способы применения ионозондов
Большинство ионозондов представляют собой стационарные средства, работающие в автономном режиме. В зависимости от модели они занимают разную площадь и используют различные схемы установки антенных систем. Так, FM-CW ионозонд и его антенна устанавливаются в помещении 5х4 квадратных метров и в поле 30х30 квадратных метров соответственно. Ионозонд DPS-4 использует поляризационное согласование. Поскольку волна, отраженная от ионосферы, имеет левую (обыкновенная компонента) либо правую (необыкновенная компонента) круговую поляризацию, передающие и приемные антенны настраиваются на левую либо правую круговую поляризацию одновременно, что дает дополнительный выигрыш в 3 дБ в отношении с/ш. Настройка передающей системы осуществляется излучением с 2-х взаимно перпендикулярных антенн сигналов, сдвинутых по фазе на ± 90 ° . Приемная система DPS-4 состоит из 4-х антенн, каждая из которых представляет собой две скрещенные ортогональные рамки размером 1.6 x 1.4 м. Настройка на круговую поляризацию осуществляется сложением сигналов с двух рамок со сдвигом фаз ± 90 °.
Приемная система DPS-4 состоит из 4-х антенн, три антенны расположены в вершинах равностороннего треугольника со стороной 60 м, одна - в центре этого треугольника. Разнесенный прием позволяет измерять вертикальный θ и азимутальный ψ углы прихода отраженной от ионосферы волны:
.
где φj- разность фаз между сигналами на j-ой и центральной антеннах, λ - длина волны, R=34.64м - радиус окружности, описанной около треугольника расположения антенн (Рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 - Схема расположения антенн
Описанный ранее когерентный радар имеет фазированную антенную решетку. Фазированные решётки являются усовершенствованием плоских решеток. В плоских решетках луч имеет постоянное направление и форму, так как фазы радиоволн, подаваемых в такое множество, постоянны. Однако, если фазы могут быть изменены, то и форма луча и его направление может быть изменены. Реализуя это с помощью электроники, форма и направление луча может быть изменено в очень короткое время (доли секунды). Фазированные решетки могут в единственной антенне делать работу нескольких антенн, почти одновременно. Широкие лучи могут использоваться для поиска, узкие лучи для сопровождения, плоские лучи в форме веера для определения высоты, узкие направленные лучи для полёта по ландшафту. Во враждебной зоне глушения выгоды еще больше, поскольку фазированные решётки позволяют системе размещать область нулевой чувствительности приёмника на волне глушения и таким образом блокировать ее от попадания в приёмник. Другая выгода, хотя и маленькая, — то, что нет больше потребности механически поворачивать антенну в направлении цели. Обычно многосторонняя антенна может обеспечить охват в 360 градусов, неподвижными антеннами, охватывающими все направления сразу. Фазированные решётки, как и все проекты, имеют и ограничения. Основное ограничение — диапазон углов, на которые луч может быть отклонён. Практически предел составляет 45 — 60 градусов от вертикальной плоскости антенны. Отклонение луча на большие углы значительно ухудшает работу антенны. Это объясняется двумя эффектами. Первый из них — уменьшение эффективной длины (ширины) антенны с ростом угла отклонения луча. В свою очередь, сокращение длины решётки в сочетании со снижением коэффициента усиления антенны уменьшает способность обнаружения цели на расстоянии [41]. Второй эффект менее очевиден и вызван видом излучения выбранных элементов, щелей, которые излучают меньше с увеличением угла по вертикали, таким образом сокращая передающую энергию и чувствительность. В результате, при предельных значениях углов луч существенно ослаблен и дефокусирован. Это сокращение столь существенно, что в типичной ситуации составляет сокращение усиления антенны, и, следовательно, излученной мощности и чувствительности до 25% при 60 градусах от вертикали.
Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что применение фазированной антенной решетки позволяет использовать ионозонд для обнаружения, сопровождения и определения местоположения воздушно-космических целей. Если в состав ионозонда входит ПЭВМ, то в ходе зондирования процессор персональной ЭВМ контролирует все процессы в системе. Запуск цикла зондирования возможен как по команде оператора, так и по сигналу таймера ПЭВМ. Синхронизация работы приемника, передатчика и регистратора осуществляется модулем синхронизации и управления. Длительность излученного импульса, частота посылки импульсов, длина реализации задаются программно.