книги из ГПНТБ / Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник]

РЛС. Достоинство пассивной радиолокации — высокая скрытность действия. В условиях интенсивного развития техники противодействия радиолокаторам указанное до­ стоинство пассивной радиолокации приобретает особую важность.

Радиолокационные системы непрерывного излучения могут строиться как на принципах активной и полуак­ тивной, так и пассивной радиолокации.

Во всех случаях основой радиолокационного обнару­ жения объекта, определения его координат, параметров движения является радиолокационный сигнал.

От вида и параметров зондирующего (опорного) сиг­ нала зависят основные характеристики радиолокацион­ ной системы: дальность действия, точность определения координат и скорости объекта, разрешающая способ­ ность, т. е. объем и качество информации, которую мож­ но извлечь из радиолокационного сигнала. Прием отра­ женного (излученного) сигнала свидетельствует об обнаружении объекта, а фаза и частота позволяют опре­ делить дальность до него, для чего необходимо, чтобы излучаемые опорные колебания были промодулированы по фазе или частоте.

При перемещении объекта относительно РЛС (или наоборот) частота радиолокационного сигнала изменяет­ ся вследствие явления, получившего название эффекта Допплера. По величине этого допплеровского прираще­ ния частоты можно определить радиальную составляю­ щую относительной скорости. Следовательно, скорость объекта может быть определена при излучении с м о д у ­ лированных колебаний.

В зависимости от требований, предъявляемых к си­ стеме, могут применяться разные методы определения координат и параметров движения объекта: фазовые — координаты цели определяются по фазе отраженного сигнала; частотные — по изменению частоты отражен­ ного сигнала; допплеровские, позволяющие определять скорость цели по сдвигу частоты из-за эффекта Доппле­ ра. В соответствии с этим радиолокационные системы подразделяют на фазовые, частотные и допплеровские.

По месту размещения аппаратуры радиолокационные средства непрерывного излучения зарубежные специа­ листы делят на бортовые (высотомеры, допплеровские навигационные системы) и наземные (системы обнару-

20

Г л а в а 2

П Р И Н Ц И П Ы РАБОТЫ Р А Д И О Л О К А Ц И О Н Н Ы Х

с наибольшей точностью определять пространственное положение объекта, т. е. расстояние до него, его угло­ вые координаты.

Математически фазой называют аргумент гармониче­

частотами сдвиг фаз есть функция времени. Если же ча­

Начальная фаза вспомогательного сигнала является как бы опорной точкой, от которой начинается отсчет. Если

22

счет движения объекта, на котором ведется прием сиг­ нала или с которого сигнал излучается (за счет моду­ ляции фазы движением). Следовательно, простейшим видом фазовых систем являются системы, в которых сиг­ нал оказывается модулированным по фазе функцией

В общем случае сигнал может иметь и дополнитель­ ную модуляцию по фазе. Причем эта модуляция позво­

(например, изменение фазы по квадратическому или псевдослучайному закону) амплитудно-частотный спектр сигнала расширяется, он оказывается почти равномер­ ным (как у шума). Такие сигналы иногда называют шумоподобными. При приеме шумоподобного сигнала с помощью согласованного с ним фильтра происходит «сжатие» сигнала по времени и на выходе фильтра по­ лучается один короткий «выброс».

Расширение спектра позволяет при той же энергии сигнала получить малую плотность мощности сигнала на единицу полосы частот (много меньшую, чем плот­ ность мощности помехи) при хорошем выделении сиг­ нала на выходе фильтра. Таким образом, обеспечивает­ ся высокая энергетическая скрытность полезного сигна­ ла, а следовательно, и хорошая помехоустойчивость, что очень важно для радиолокационных систем.

Чтобы выделить полезную информацию при наличии дополнительной модуляции фазы cpm{t), необходимо мо-

23

модуляцией может быть использован для передачи и вы­ деления полезной информации через фазу, однако уст­ ройство, обеспечивающее решение этой задачи, должно быть более сложным.

В рассмотренных случаях полезная информация бы­ ла заложена в фазу сигнала несущей частоты. Однако бывают случаи (вследствие малого интервала модуля­ ции или недостаточной стабильности основной частоты), когда целесообразнее заложить полезную информацию в фазу вспомогательной модуляции. Для выделения по­ лезной информации, заложенной в фазу модуляции, сле­ дует продетектировать сигнал или осуществить демоду­ ляцию. Для этого необходимо знать начальную фазу несущей, а изменения фазы сигнала в фазовом дискри­ минаторе преобразовать в переменное напряжение с ча­ стотой модуляции, фаза которого несет информацию. Этот вариант извлечения полезной информации относи­ тельно сложный.

Можно более просто использовать вспомогательную фазовую модуляцию для переноса полезной информации, если рассматривать модуляцию по фазе как модуляцию по частоте. Тогда для осуществления демодуляции сиг­ нала применяют частотный дискриминатор. Он не реа­ гирует на неопределенность начальной фазы и может быть использован для демодуляции сигналов со случай­ ной фазой несущей.

Ниже рассматриваются структурные схемы измери­ телей дальности и угловых координат объектов фазовым методом.

Измерение дальности. На рис. 7 приведена структур­ ная схема простейшего измерителя дальности. Генера­ тор высокой частоты генерирует колебания частотой сип, которые передающей антенной излучаются в простран­ ство. Фаза излученных колебаний

24

Отраженные от объекта сигналы улавливаются прием­ ной антенной и подаются в приемник. Фаза принимае­ мого сигнала

где ф о Т р — фазовый сдвиг, связанный с отражением ра­ диоволн от объекта;

ФРЛС — фазовый сдвиг в цепях Р Л С , который мож­ но легко подсчитать и учесть.

Объект

Генератор

высокой

частоты

Рис. 7. Структурная схема простейшего измерителя дальности фа­ зовым методом

Измерение дальности до объекта сводится к изме­ рению сдвига фаз между принятым сигналом и излу­ ченным:

ная измеренная дальность может быть равна или меньше —. Так как в радиолокации используются очень ко­ роткие волны, то, следовательно, диапазон однозначного измерения дальности не превышает нескольких метров.

25

Расширить диапазон измерения расстояния можно двумя способами: измерением частоты и перемещением дальномера.

При первом способе измерение расстояния произво­ дится следующим образом. Если станция (радиодально­ мер) излучает колебания, частота которых плавно изме­

При втором способе, получившем название радиолага по аналогии с морским лагом, непрерывно измеряется изменение расстояния АД от станции, расположенной на борту движущегося объекта, до наземной вспомога­ тельной станции. Для разделения прямого сигнала дви­ жущейся станции и вспомогательного сигнала наземной станции они работают на разных частотах mi и сог, от­

Если в начальный момент каким-либо способом было определено исходное расстояние До между подвижной и неподвижной наземной станциями, то при движении объ­ екта можно непрерывно измерять расстояние от него до наземной станции: Д = До + ДД. Действительно, если в момент привязки расстоянию Д\ соответствовал отсчет фазы ф„з1, а через некоторое время при новом значении расстояния Дг зарегистрировано изменение фазы на Z полных периодов и фаза последнего периода равна срШ2,

26

где Аф = ф„3 2 — Физь

Естественно, что, зная время At, которое прошло меж­ ду двумя отсчетами расстояний (Д\ и Д 2 ) , можно также определить радиальную скорость движения объекта

(26)

Расширения диапазона измеряемых расстояний мож­ но достигнуть и другим способом. На рис. 8 приведена структурная схема измерителя дальности, в котором при­ менена дополнительная модуляция. Здесь измерение фа­ зового сдвига осуществляется на низкой частоте Q, а перенос информации — на высокой частоте со0- Низкая частота может быть выбрана такой, чтобы обеспечивал­ ся достаточно широкий диапазон измерения дальности. Например, если частота Q равна 1000 рад/'сек, то макси­ мальная дальность равна 940 км.

1

Измеритель

выходного

напряжения

Рис. 8. Структурная схема фазового измерителя дальности с допол ­ нительной модуляцией

27

Изображенная на рис. 8 схема работает следующим образом. Напряжение, которым модулируются по ампли­ туде колебания высокочастотного генератора,

В пространство излучается модулированный сигнал

"ген = Uо [1 + т cos {Ш + <?„)] cos К* + <?о о), (28)

где т — коэффициент модуляции.

Отраженный от объекта сигнал принимается прием­ ной антенной, в приемнике усиливается и детектируется, выделяется его огибающая, фаза которой сравнивается с фазой колебаний модулятора. Фаза огибающей приня­ того сигнала зависит от дальности до объекта:

Поскольку значение cp0Tp весьма мало, то им можно пре­ небречь; фрлс, как уже упоминалось, можно подсчитать и учесть при градуировке фазометрического устройства.

Измеренная разность фаз низкочастотных колебаний

На рис. 9 приведена структурная схема двухчастотного измерителя дальности, в котором измерение разно­ сти фаз осуществляется на частоте биений. Он обеспе­ чивает большой диапазон однозначного измерения даль­ ности. Измеритель состоит из двух генераторов высокой частоты и двух приемников.

Напряжения генераторов запишем так:

Высокочастотные колебания, вырабатываемые гене­ раторами, суммируются в сумматоре и излучаются пере­ дающей антенной. Одновременно они поступают на пер-

28

Рис. 9. Структурная схема двухчастотного измерителя дальности

вый смеситель. На выходе этого смесителя получаем напряжение первой разностной частоты:

(фазовые сдвиги в цепях РЛС не учитываются).

На выходе второго смесителя получим напряжение

29