Современная война стремительна и быстротечна. Зачастую победителем в боевом столкновении выходит тот, кто первым сумеет обнаружить потенциальную угрозу и адекватно на нее среагировать. Уже более семидесяти лет для поиска противника на суше, море и в воздухе используется метод радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от различных объектов. Устройства, посылающие и принимающие подобные сигналы, называются радиолокационными станциями (РЛС) или радарами.

Термин «радар» - это английская аббревиатура (radio detection and ranging), которая была запущена в оборот в 1941 году, но давно уже стала самостоятельным словом и вошла в большинство языков мира.

Изобретение радара – это, безусловно, знаковое событие. Современный мир трудно представить без радиолокационных станций. Их используют в авиации, в морских перевозках, с помощью РЛС предсказывается погода, выявляются нарушители правил дорожного движения, производится сканирование земной поверхности. Радиолокационные комплексы (РЛК) нашли свое применение в космической промышленности и в системах навигации.

Однако наиболее широкое применение радары нашли в военном деле. Следует сказать, что эта технология изначально создавалась для военных нужд и дошла до стадии практической реализации перед самым началом Второй мировой войны . Все крупнейшие страны-участницы этого конфликта активно (и не без результата) использовали радиолокационные станции для разведки и обнаружения судов и самолетов противника. Можно уверенно утверждать, что применение радаров решило исход нескольких знаковых сражений как в Европе, так и на Тихоокеанском театре боевых действий.

Сегодня РЛС используются для решения чрезвычайно широкого спектра военных задач, от отслеживания запуска межконтинентальных баллистических ракет до артиллерийской разведки. Каждый самолет, вертолет, военный корабль имеет собственный радиолокационный комплекс. Радары являются основой системы противовоздушной обороны. Новейший радиолокационный комплекс с фазированной антенной решеткой будет установлен на перспективный российский танк «Армата». Вообще же, многообразие современных радаров поражает. Это абсолютно разные устройства, которые отличаются размерами, характеристиками и назначением.

С уверенностью можно заявить, что сегодня Россия является одним из признанных мировых лидеров в области разработки и производства РЛС. Однако прежде чем говорить о тенденциях развития радиолокационных комплексов, следует сказать несколько слов о принципах работы радаров, а также об истории радиолокационных систем.

Как работает радиолокатор

Локацией называют способ (или процесс) определения месторасположения чего-либо. Соответственно, радиолокация – это метод обнаружения предмета или объекта в пространстве при помощи радиоволн, которые излучает и принимает устройство под название радиолокатор или РЛС.

Физический принцип работы первичного или пассивного радара довольно прост: он передает в пространство радиоволны, которые отражаются от окружающих предметов и возвращаются к нему в виде отраженных сигналов. Анализируя их, радар способен обнаружить объект в определенной точке пространства, а также показать его основные характеристики: скорость, высоту, размер. Любая РЛС – это сложное радиотехническое устройство, состоящее из многих компонентов.

В состав любого радара входит три основных элемента: передатчик сигнала, антенна и приёмник. Все радиолокационные станции можно разделить на две большие группы:

• импульсные;
• непрерывного действия.

Передатчик импульсной РЛС испускает электромагнитные волны в течение краткого промежутка времени (доли секунды), следующий сигнал посылается только после того, как первый импульс вернется обратно и попадет в приемник. Частота повторения импульса – одна из важнейших характеристик РЛС. Радиолокаторы низкой частоты посылают несколько сотен импульсов в минуту.

Антенна импульсного радара работает и на прием, и на передачу. После испускания сигнала передатчик отключается на время и включается приёмник. После его приема происходит обратный процесс.

Импульсные РЛС имеют как недостатки, так и преимущества. Они могут определять дальность сразу нескольких целей, подобный радар вполне может обходиться одной антенной, индикаторы подобных устройств отличаются простотой. Однако при этом сигнал, испускаемый подобным РЛС должен иметь довольно большую мощность. Также можно добавить, что все современные радары сопровождения выполнены по импульсной схеме.

В импульсных радиолокационных станциях в качестве источника сигнала обычно используют магнетроны, или лампы бегущей волны.

Антенна РЛС фокусирует электромагнитный сигнал и направляет его, улавливает отраженный импульс и передает его в приемник. Существуют радиолокаторы, в которых прием и передача сигнала производятся разными антеннами, причем они могут находиться друг от друга на значительном расстоянии. Антенна РЛС способна испускать электромагнитные волны по кругу или работать в определенном секторе. Луч радара может быть направлен по спирали или иметь форму конуса. Если нужно, РЛС может следить за движущейся целью, постоянно направляя на нее антенну с помощью специальных систем.

В функции приемника входит обработка полученной информации и передача ее на экран, с которого она считывается оператором.

Кроме импульсных РЛС, существуют и радары непрерывного действия, которые постоянно испускают электромагнитные волны. Такие радиолокационные станции в своей работе используют эффект Доплера. Он заключается в том, что частота электромагнитной волны, отраженной от объекта, который приближается к источнику сигнала, будет выше, чем от удаляющегося объекта. При этом частота испускаемого импульса остается неизменной. Радиолокаторы подобного типа не фиксируют неподвижные объекты, их приемник улавливает лишь волны с частотой выше или ниже испускаемой.

Типичным доплеровским радиолокатором является радар, который используют сотрудники дорожной полиции для определения скорости автомобилей.

Основной проблемой радаров непрерывного действия является невозможность с их помощью определять расстояние до объекта, зато при их работе не возникает помех от неподвижных предметов между РЛС и целью или за ней. Кроме того, доплеровские радары – это довольно простые устройства, которым для работы достаточно сигналов малой мощности. Также нужно отметить, что современные радиолокационные станции с непрерывным излучением имеют возможность определять расстояние до объекта. Для этого используется изменение частоты РЛС во время работы.

Одной из главных проблем в работе импульсных РЛС являются помехи, которые идут от неподвижных объектов — как правило, это земная поверхность, горы, холмы. При работе бортовых импульсных радаров самолетов все объекты, находящиеся ниже, «затеняются» сигналом, отраженным от земной поверхности. Если говорить о наземных или судовых радиолокационных комплексах, то для них эта проблема проявляется в обнаружении целей, летящих на малых высотах. Чтобы устранить подобные помехи используется все тот же эффект Доплера.

Кроме первичных РЛС, существуют и так называемые вторичные радиолокаторы, которые используются в авиации для опознания воздушных судов. В состав таких радиолокационных комплексов, кроме передатчика, антенны и приемного устройства, входит еще и самолетный ответчик. При облучении его электромагнитным сигналом ответчик выдает дополнительную информацию о высоте, маршруте, номере борта, его государственной принадлежности.

Также радиолокационные станции можно разделить по длине и частоте волны, на которой они работают. Например, для исследования поверхности Земли, а также для работы на значительных дистанциях используются волны 0,9-6 м (частота 50-330 МГц) и 0,3-1 м (частота 300-1000 МГц). Для управления воздушным движением применяется РЛС с длиной волны 7,5-15 см, а загоризонтные радары станций обнаружения ракетных пусков работают на волнах с длиной от 10 до 100 метров.

История радиолокации

Идея радиолокации возникла практически сразу после открытия радиоволн. В 1905 году сотрудник немецкой компании Siemens Кристиан Хюльсмейер создал устройство, которое с помощью радиоволн могло обнаружить крупные металлические объекты. Изобретатель предлагал устанавливать его на кораблях, чтобы они могли избегать столкновений в условиях плохой видимости. Однако судовые компании не заинтересовались новым прибором.

Проводились эксперименты с радиолокацией и в России. Еще в конце XIX века русский ученый Попов обнаружил, что металлические объекты препятствуют распространению радиоволн.

В начале 20-х годов американские инженеры Альберт Тейлор и Лeo Янг сумели с помощью радиоволн засечь проплывающее судно. Однако состояние радиотехнической промышленности того времени было таково, что создать промышленные образцы радиолокационных станций было затруднительно.

Первые радиолокационные станции, которые можно было использовать для решения практических задач, появились в Англии примерно в середине 30-х годов. Эти устройства были очень большими, устанавливать их можно было только на суше или на палубе больших кораблей. Только в 1937 году был создан прототип миниатюрной РЛС, которую можно было установить на самолет. К началу Второй мировой войны англичане имели развернутую цепь радиолокационных станций под названием Chain Home.

Занимались новым перспективным направлением и в Германии. Причем, нужно сказать, небезуспешно. Уже в 1935 году главнокомандующему германского флота Редеру был продемонстрирован действующий радиолокатор с электронно-лучевым дисплеем. Позже на его основе были созданы серийные образцы РЛС: Seetakt для военно-морских сил и Freya для ПВО. В 1940 году в немецкую армию стала поступать система радиолокационная управления огнем Würzburg.

Однако несмотря на очевидные достижения германских ученых и инженеров в области радиолокации, немецкая армия начала использовать радиолокаторы позже англичан. Гитлер и верхушка Рейха считали радары исключительно оборонительным оружием, которое не слишком нужно победоносной немецкой армии. Именно по этой причине к началу битвы за Британию у немцев было развернуто только восемь радиолокационных станции Freya, хотя по своим характеристикам они как минимум не уступали английским аналогам. В целом же можно сказать, что именно успешное использование радаров во многом определило исход битвы за Британию и последующее противостояние между Люфтваффе и ВВС союзников в небе Европы.

Позже немцы на основе системы Würzburg создали рубеж ПВО, который получил название «линии Каммхубера». Используя подразделения специального назначения, союзники сумели разгадать секреты работы немецких радаров, что позволило эффективно глушить их.

Несмотря на то, что англичане вступили в «радарную» гонку позже американцев и немцев, на финише они сумели обогнать их и подойти к началу Второй мировой войны с самой продвинутой системой радиолокационного обнаружения самолетов.

Уже в сентябре 1935 года англичане приступили к постройке сети радиолокационных станций, в состав которой перед войной уже входили двадцать РЛС. Она полностью перекрывала подлет к Британским островам со стороны европейского побережья. Летом 1940 года британскими инженерами был создан резонансный магнетрон, позже ставший основой бортовых радиолокационных станций, устанавливаемых на американских и британских самолетах.

Работы в области военной радиолокации велись и в Советском Союзе. Первые успешные эксперименты по обнаружению самолетов с помощью радиолокационных станций в СССР были проведены еще в середине 30-х годов. В 1939 году на вооружение РККА была принята первая РЛС РУС-1, а в 1940 году – РУС-2. Обе эти станции были запущены в серийное производство.

Вторая мировая война наглядно показала высокую эффективность использования радиолокационных станций. Поэтому после ее окончания разработка новых РЛС стала одним из приоритетных направлений развития военной техники. Бортовые радиолокаторы со временем получили все без исключения военные самолеты и корабли, РЛС стали основой для систем противовоздушной обороны.

В период Холодной войны у США и СССР появилось новое разрушительное оружие – межконтинентальные баллистические ракеты. Обнаружение запуска этих ракет стало вопросом жизни и смерти. Советский ученый Николай Кабанов предложил идею использования коротких радиоволн для обнаружения самолетов противника на больших расстояниях (до 3 тыс. км). Она была довольно проста: Кабанов выяснил, что радиоволны длиной 10-100 метров способны отражаться от ионосферы, и облучая цели на поверхности земли, возвращаться тем же путем к РЛС.

Позже на основе этой идеи были разработаны радиолокаторы загоризонтного обнаружения запуска баллистических ракет. Примером таких РЛС может служить «Дарьял» - радиолокационная станция, которая несколько десятилетий была основой советской системы предупреждения о ракетных пусках.

В настоящее время одним из самых перспективных направлений развития радиолокационной техники считается создание РЛС с фазированной антенной решеткой (ФАР). Подобные радары имеют не один, а сотни излучателей радиоволн, работой которых руководит мощный компьютер. Радиоволны, испускаемые разными источниками в ФАР, могут усиливать друг друга, если они совпадают по фазе, или же, наоборот, ослаблять.

Сигналу РЛС с фазированной решеткой можно придавать любую необходимую форму, его можно перемещать в пространстве без изменения положения самой антенны, работать с разными частотами излучения. РЛС с фазированной решеткой гораздо надежней и чувствительней, чем радиолокатор с обычной антенной. Однако у подобных радаров есть и недостатки: большой проблемой является охлаждение РЛС с ФАР, кроме того, они сложны в производстве и дорого стоят.

Новые радиолокационные станции с фазированной решеткой устанавливаются на истребители пятого поколения. Эта технология используется в американской системе раннего предупреждения о ракетном нападении. Радиолокационный комплекс с ФАР будет установлен на новейший российский танк «Армата». Следует отметить, что Россия является одним из мировых лидеров в разработке радиолокаторов с ФАР.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Развитие современной радиолокации является отражением развития передающих устройств

Андрей Ремезов ,

полковник, кандидат технических наук, доцент, заместитель начальника кафедры тактики и вооружения радиотехнических войск Военной академии воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г. К. Жукова

Развитие передающих устройств существенным образом повлияло на развитие радиолокации (хотя можно заявить и обратное – развитие радиолокации потребовало разработки новых передающих устройств). Определенные ограничения имеющихся источников электромагнитной энергии при конструировании РЛС с требуемыми характеристиками вызвали к жизни радиолокаторы с фазированными антенными решетками, что привело к возникновению новых свойств РЛС.

Все разнообразие активных радиолокаторов (излучающих электромагнитную энергию для получения информации об объектах) условно можно разделить по виду используемого сигнала на импульсные (импульсные сигналы различной формы, структуры и мощности) и непрерывные (используются непрерывные синусоидальные колебания, в том числе модулированные по частоте или фазе для измерения дальности). Наибольшее применение получили импульсные радиолокаторы, о них и будет идти разговор.

Принцип работы импульсного радиолокатора упрощенно можно описать следующим образом. Сформированный по виду и форме, усиленный до требуемой мощности импульсный сигнал на определенной частоте излучается в заданную область пространства посредством передающей антенны в виде поляризованной электромагнитной волны, распространяющейся в свободном пространстве прямолинейно и равномерно со скоростью света.

Отраженная от любой неоднородности электромагнитная волна распространяется во все стороны, в том числе и в сторону радиолокатора. После пространственно-частотно-поляризационной обработки в приемной антенне (только на заданной частоте и виде поляризации формируется диаграмма направленности с максимумом усиления из заданной области пространства) осуществляется внутрипериодная обработка и согласованная фильтрация (максимизирующая отношение сигнал/шум для априори известного конкретного вида излученного импульсного сигнала), после чего осуществляется само обнаружение отраженного сигнала как факт его превышения над сформированным порогом.

Далее осуществляется межпериодная обработка, обнаружение отметки от объекта и определение его координат, после чего осуществляется преобразование к виду, требуемому для отображения на различного рода индикаторах и заданному потребителем. При последующей межобзорной обработке осуществляется определение параметров движения объекта (курс и скорость), опознавание, распознавание, формирование и сопровождение трасс, отождествление отметок от других объектов, группирование объектов, привязка к трассе другой информации от различных источников. Указанные рассуждения справедливы для радиолокаторов с регулярным круговым обзором, для других видов обзора (секторный, адаптивный и др.), суть не меняется, изменяются частности.

Одним из основных параметров радиолокатора является максимальная дальность обнаружения объекта с заданной ЭПР. А она зависит от возможностей передающего устройства по генерированию импульсной мощности.

Именно потребность в генерировании больших импульсных мощностей (десятки и сотни кВт, единицы МВт), достижении средних мощностей в единицы и десятки кВт, позволяет говорить об отражении эволюции развития передающих устройств (в том числе технологии их промышленного изготовления) на основные тактико-технические характеристики РЛС, на возможные для использования в радиолокации диапазоны волн.

Следует оговориться, что в РЛС с регулярным обзором, количество накапливаемых сигналов при когерентном межобзорном накоплении ограничено частотой запуска передатчика и скоростью обзора заданной области пространства. При достаточно больших временах когерентного накопления требования по импульсной мощности могут быть снижены, появятся дополнительные возможности доплеровской фильтрации и разделения по скоростям движения, но это частный случай, который не противоречит общей идее.

Леонид ЯКУТИН

Радиолокационный комплекс боевого режима 5Н87 с автономным наземным радиозапросчиком (НРЗ) системы Государственного опознавания «Пароль» 73Е6

В данном материале также не будут впрямую оцениваться возможности цифровой первичной и вторичной обработки информации. Эволюция этого раздела радиолокации происходила практически по революционному сценарию, при котором за время жизненного цикла изделия даже уже на этапе заводских и государственных испытаниях, не говоря уже об этапе серийного производства и модернизации, заданные требования неоднократно превышались за счет возрастающих возможностей вычислительных средств.

За 30-40 лет от создания первого микропроцессора до появления современных вычислительных комплексов возможности цифровой первичной и вторичной обработки информации на РЛС возросли на несколько порядков, что позволяет в настоящее время практически не задумываться над их производительностью для решения прикладных задач в РЛС. Однако это совсем другая сторона истории развития современной радиолокации.

Итак, развитие радиолокации напрямую зависит от развития источников высокочастотной электромагнитной энергии.

Основная посылка при рассмотрении данного утверждения в том, что дальность обнаружения в основном зависит от мощности передающего устройства.

При проектировании радиолокатора любого класса анализируются потенциальные возможности достижения заданных тактико-технических требований. Для маловысотной радиолокации имеется небольшое послабление: требуемая дальность обнаружения ограничена дальностью прямой видимости на определенной высоте. Для этого класса РЛС можно ограничить мощность передающего устройства, что позволяет снизить габариты и вес самой станции, сделать ее более мобильной, использовать базовые автомобильные шасси меньшей грузоподъемности.

Для станций, предназначенных для обнаружения целей на средних и больших высотах, дальность прямой видимости составляет сотни километров и более, а для удвоения дальности обнаружения при прочих равных условиях необходимо увеличивать мощность в шестнадцать раз. Поэтому для данного класса РЛС определяется, как правило, разумный компромисс между мощностью передающего устройства (а это габариты и масса всей станции, а значит надежность, мобильность и живучесть) и достижимой дальностью обнаружения D заданного класса целей.

Импульсная радиолокация оперирует понятиями импульсной и средней мощностью, скважностью, которые связывают между собой понятия длительности импульса и периода повторения. Для любого передающего устройства наиболее важным понятием является средняя мощность, при которой передающее устройство функционирует с требуемой надежностью.

Поэтому выбор передающего устройства с требуемыми характеристиками определяет структуру построения всей станции, реализацию режимов ее боевого применения.

До начала 1940-х годов не существовало мощных и компактных источников электромагнитной энергии в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн. Это и определило развитие радиолокации преимущественно метрового диапазона волн. В качестве передающего устройства применялся автогенератор на электровакуумной лампе, который мог генерировать весьма ограниченный перечень импульсных сигналов, отличающийся, как правило, только длительностью. В качестве колебательных систем использовался коаксиальный резонатор, перестройка по частоте достигалась электромеханическим изменением размеров резонатора (время перестройки – до десятков секунд).

Леонид ЯКУТИН

Подвижная трехкоординатная РЛС СТ­68 для обнаружения и сопровождения маловысотных целей в активных и пассивных помехах при наличии интенсивных отражений от земли и в сложных метеоусловиях

Автогенератор не обладает возможностью формирования сложных сигналов (способных при обработке сжиматься до определенной длительности, а это разрешающая способность по дальности), начальная фаза колебаний каждого импульса случайная (возможности когерентной обработки весьма ограничены). Основные достоинства автогенератора – относительная простота и дешевизна.

Для реализации больших дальностей при заданной точности необходимо использовать сложный сигнал с внутриимпульсной модуляцией частоты или фазы, а для его реализации усилительную цепочку из нескольких (как привило 2-3) каскадов последовательно включенных усилителей мощности. При увеличении габаритов и массы передающего устройства и всей РЛС в целом, значительно увеличивается достижимый коэффициент подавления пассивных помех и местных предметов за счет возможности формирования и дальнейшей обработки последовательности сигналов с истинной внутренней когерентностью.

В метровом диапазоне волн относительно недавно появились полностью твердотельные полупроводниковые усилители мощности. До этого наиболее совершенные передающие устройства этого диапазона волн были реализованы на электровакуумных приборах – эндотронах, конструктивно объединенных общей колебательной системой и системой охлаждения, и включающих в свой состав несколько каскадов усилителей на лампах сверхвысоких частот (СВЧ) (триодах, тетродах). Относительно невысокий КПД каждого каскада усиления при реализации достаточны высоких требований к результирующим параметрам всего усилительного устройства в целом делал эндотрон довольно громоздким элементом с недостаточным ресурсом, что требовало его резервирования.

Радиолокации метрового диапазона волн присущи некоторые недостатки, основным из которых является невозможность получения высоких разрешающих способностей по угловым координатам, а значит и по высоте. Это ограничивается возможностями антенных систем. Для получения диаграммы направленности шириной 1 угловой градус по уровню половинной мощности размер апертуры антенны должен составлять от 50 до 80 длин волн λ, что при рабочей частоте 180 МГц (λ=1,7 м) составляет от 85 до 140 м.

Антенные системы такого размера для нормального функционирования в режиме регулярного обзора непригодны, так как имеют неприемлемую массу и парусность, опорные подшипники чрезвычайно нагружены и имеют повышенный износ, для регулярного вращения необходима мощность в несколько десятков кВт (повторюсь, что рассматриваются только радиолокационные станции кругового обзора).

Указанное ограничивает размеры антенн до 30 м и реализуемую ширину диаграммы направленности в пределах 3-4 угловых градусов. При таких значениях параметров антенной системы говорить о точности измерения углов места (определения высоты) не приходится. Высота определяется с большими ошибками и не может использоваться в большинстве практических приложений. (РЛС метрового диапазона волн с возможностью измерения высоты имеют специальные выделенные каналы измерения, размеры которых в вертикальной плоскости соизмеримы с размерами основной антенны в горизонтальной плоскости).

Формирование диаграммы направленности антенной системы для этого диапазона волн в угломестной плоскости происходит с учетом отраженной от земной поверхности энергии. В результате интерференции результирующая диаграмма направленности имеет ярко выраженный лепестковых характер, с провалами практически до нулевой дальности и максимумами с практически удвоенной дальностью под определенными углами места.

Для устранения лепесткового характера результирующей диаграммы направленности применяют несколько разнесенных по высоте облучателей (не менее 2-х), формирующих диаграммы направленности с взаимной компенсацией минимумов и максимумов.

Другой способ применяется при наличии большего количества разнесенных по высоте излучателей, между ними реализуется специального вида амплитудно-фазовое распределение, в результате чего добиваются требуемой формы диаграммы направленности.

Еще одним способом избавиться от негативного влияния отражений в этом диапазоне является исключение облучения в направлении земли, то есть «ноль» диаграммы направленности в угломестной плоскости не должен при сканировании опускаться ниже горизонта. Все это не позволяет определять высоту под малыми углами места с необходимой точностью, хотя дальность обнаружения маловысотных объектов в этом диапазоне волн соизмерима с дальностью их прямой видимости.

За исключением указанных выше сложностей получения информации РЛС в метровом диапазоне все остальное можно поставить в плюсы. Большая дальность обнаружения, меньшие затухания в атмосфере, большая и более сглаженная диаграмма обратного вторичного излучения (функциональная зависимость ЭПР объекта от ракурса его облучения) с меньшим уровнем случайных флуктуаций, практически отсутствие влияния технологий малой радиолокационной заметности на дальность обнаружения.

И все же невозможность получения координат объектов с высокой точностью, прежде всего угла места и высоты, с приемлемым для эксплуатации размером антенной системы, требует использовать более коротковолновые диапазоны волн. Только отсутствие мощных и компактных источников электромагнитной энергии в этих диапазонах сдерживало развитие радиолокации.

Георгий Данилов

РЛС 5Н69 (СТ­67) – мощная трехкоординатная высокопотенциальная РЛС, способная обеспечивать информацией как зенитные ракетные войска, так и авиацию в условиях массированного применения активных и пассивных помех

Начало 1940-х годов открыло новую эру радиолокации сантиметрового и дециметрового диапазонов волн появлением магнетрона. Магнетрон является электровакуумным резонансным устройством, работающим в скрещенных электрических и магнитных полях. Магнетрон является автогенератором, частота настройки зависит от объема резонаторной камеры и меняется изменением этого объема или изменением напряжения питания, количество резонаторов в камере всегда четное.

Достаточно простой и мощный источник электромагнитной энергии (импульсная мощность для типового магнетрона достигает единиц МВт при длительности единиц мкс) долгое время оставался основным типом передающего устройства для РЛС диапазона частот более 2 ГГц. Прежде всего простота и стоимость этого прибора при достижении достаточной мощности позволяли ему доминировать на протяжении более 40 лет в РЛС военного назначения. Для РЛС гражданского назначения магнетрон вполне может быть использован и в настоящее время.

Повышение требований к помехозащищенности, дальности обнаружения, электромагнитной совместимости повлияли на отказ от магнетронов в абсолютном большинстве современных РЛС военного назначения.

Практически одновременно (по некоторым источникам и ранее) был изобретен пролетный клистрон. Однако его применение в радиолокации несколько задержалось.

Клистрон является электровакуумным прибором с линейным пучком, в котором постоянное электрическое поле, ускоряющее электронный пучок, совпадает с осью магнитного поля, которое фокусирует и ограничивает электронный пучок. Для усиления высококонцентрированного линейного пучка электронов используются микроволновые резонаторы.

Принципиальным отличием является непрерывное взаимодействие СВЧ поля и электронного пучка, проходящего через замедляющую структуру. Стоимость ЛБВ выше, чем пролетного клистрона с аналогичными характеристиками. Интересным свойством усилительной ЛБВ является генерация шумов полной мощности во всей полосе частот при недостаточном уровне входной мощности, что позволяет использовать этот электровакуумный прибор в качестве простого и мощного источника шумовых колебаний в отдельных практических приложениях.

Еще одним СВЧ прибором является усилитель со скрещенными полями, имеющий колебательную систему, подобную магнетрону, разомкнутую для обеспечения входных и выходных соединений, работает в режиме усилителя мощности, в литературе встречается под названием амплитрон. Он имеет более высокий КПД (более 50%), меньший чем у пролетного клистрона и ЛБВ подобного класса коэффициент усиления (менее 20 db), при включении без ВЧ возбуждения генерирует шум полной мощности. Для работы амплитрона требуются более низкое, чем для ЛБВ и клистронов напряжение, амплитрон меньше по габаритам и массе. Может использоваться в качестве оконечного каскада усиления в сочетании с ЛБВ или клистроном.

Одним из недостатков мощных вакуумных СВЧ автогенераторов и усилителей мощности является необходимость высоковольтного модулятора, требования к параметрам вырабатываемого импульса иногда весьма жесткие и тяжело реализуемые, особенно для коротких (менее 1 мкс) и длинных (более 100 мкс) импульов. Указанное вызвано неизбежным спадом амплитуды модулирующего импульса на его длительности, что сказывается на качестве усиления всего каскада и требует применения специальных мер стабилизации параметров модулирующего импульса, что при высоких мощностях вызывает определенные трудности в реализации и при эксплуатации.

Указанное выше ограничивает применение электровакуумных СВЧ приборов в отдельных практических приложениях, а иногда делает их применение практически невозможным. Определенные ограничения накладываются пропускной возможностью мощных высокочастотных трактов при передаче энергии от передающего устройства к передающей антенной системе.

Георгий Данилов

Подвижная трехкоординатная РЛС «Десна­-М» и два высотомера типа ПРВ­13 на полигоне Ашулук

Появление в середине ХХ века полупроводниковых устройств-транзисторов, открыло новую эру радиоэлектроники. Однако до начала XXI века не существовало передающих устройств в полностью твердотельном исполнении, даже несмотря на существенные их преимущества перед вакуумными устройствами, среди которых можно назвать следующие:

время готовности снизу не ограничивается временем нагрева катода, для которого требуется определенная мощность, нет ограничения на время эксплуатации;

работа при значительно меньших уровнях напряжения (сотни вольт, а не десятки киловольт), что позволяет уменьшать габариты и массу, не требует применения для изоляции специальных материалов и масел, нестандартных деталей;

наработка на отказ значительно превышает аналогичный показатель для вакуумных устройств с аналогичными характеристиками;

невозможность получения от одного каскада требуемой мощности приводит к необходимости их группирования, что само по себе повышает надежность всего устройства в целом, так как отказ одного каскада приводит лишь к некоторой деградации, а не к отказу всего устройства в целом, кроме того, пиковые мощности относительно низкие, так как суммирование может происходить в пространстве, что позволяет использовать маломощные переключатели передача-прием для активных фазированных антенных решеток (АФАР);

широкополосность твердотельного передающего устройства в разы превосходит аналогичные показатели вакуумного СВЧ устройства, в связке твердотельное передающее устройство — антенная система — приемное устройство наименьшей полосой пропускания обладает антенная система, тогда как при использовании вакуумного передающего устройства ограничения возникают и на уровне самого передающего устройства.

Применение твердотельных передающих устройств возможно в нескольких направлениях.

Первое – замена вакуумного передающего устройства на аналогичное твердотельное для уже разработанной, выпускаемой серийно и находящейся в эксплуатации станции. В этом случае сталкиваются с необходимостью дополнительного изменения приемной системы и системы обработки информации, так как для сохранения требуемой дальности необходима средняя мощность при разрешающей способности сигнала по дальности.

Это достигается применением больших по длительности сигналов с фазовой или частотной внутриимпульсной модуляцией при относительно невысоких пиковых мощностях. Недостатки больших по длительности сигналов – большая мертвая зона.

Выход – формирование повторно в течении периода повторения сигнала для просмотра ближней мертвой зоны (на время длительности импульсного сигнала просмотра основной дальности). Так как просматривается ближняя зона, то энергетические показатели импульса могут быть снижены, может применяться сигнал с другим видом или законом внутриимпульсной модуляции.

Фактическая реализация такого решения часто не дает преимуществ, кроме надежности, однако замена автогенератора позволяет значительно повысить многие характеристики станции, прежде всего помехозащищенность от различного типа помех и разрешающую способность по дальности.

Второе направление – разработка новой станции под твердотельное передающее устройство. В этом случае возможен выбор между основными элементами станции, в том числе применение ФАР, элементы которой сами являются передающими устройствами.

Могут применяться варианты полностью активной ФАР на передачу (каждый излучающий элемент антенны запитан от отдельного модуля передатчика), полуактивной ФАР (модуль передатчика запитывает несколько элементов или подрешеток), пассивной ФАР (один общий передатчик), комбинированные варианты (одноканальный задающий генератор – проходная активная, полуактивная ФАР с оптической запиткой).

Аналогичные решения применимы для приемной части ФАР. Возможно разнесение передающей и приемной частей ФАР, что в некоторых случаях позволяет добиваться лучших результатов из-за необходимости получения требуемой развязки между мощным импульсом передающего устройства и высокой чувствительностью приемного устройства. Кроме того, управление лучом за счет изменения фаз на каждом из элементов возможно на более низком уровне, что позволяет избежать потерь мощности в фазовращателях, повышает общий КПД и надежность свей ФАР в целом.

Однако не стоит уповать на ФАР, как на панацею от всех недостатков классической радиолокации с зеркальной антенной системой. Применение твердотельных передатчиков в АФАР накладывает достаточно жесткие требования к идентичности амплитудных и фазовых характеристик элементов АФАР, особенно при больших углах электронного сканирования.

Повышенные требования предъявляются к стабильности питающих напряжений передающих модулей. При достижении определенных мощностей начинает сказываться взаимное влияние соседних передающих элементов, что не позволяет бесконечно увеличивать их мощность. Да и КПД твердотельного передающего модуля не повышается, что приводит к необходимости жесткой температурной стабилизации. Применение приемно-передающих модулей (ППМ) при достаточно высокой выходной мощности передающей подсистемы обнажает проблему развязки приемного и передающего трактов, выполненных в микроминиатюрном исполнении. Различного рода циркуляторы позволяют достичь уровня развязки порядка 20 db или чуть более, требуются дополнительные устройства защиты приемного тракта, что также требует принудительного охлаждения и не повышает надежность ППМ в целом. Все вместе взятое приводит достаточно громоздким конструкциям, высокой стоимости и недостаточной надежности ФАР (при всех имеющихся преимуществах). Применение ФАР, и особенно АФАР, должно преследовать определенные цели, быть экономически обоснованным на весь жизненный цикл РЛС с возможными модернизациями. Из РЛС с ФАР необходимо извлекать всю возможную информацию, получение которой возможно на алгоритмическом уровне при обработке в цифровой форме.

Стоит заметить, что излучаемая импульсными РЛС высокочастотная энергия используется недостаточно эффективно. Можно вспомнить принцип обнаружения объекта, суть которого в том, что электромагнитная волна отражается от неоднородности во все стороны, в том числе и в направлении облучения (что используется в классической радиолокации).

Леонид ЯКУТИН

П­18 «Терек» – мобильная двухкоординатная радиолокационная станция кругового обзора
метрового диапазона волн

Вся остальная энергия электромагнитной волны рассеивается в пространстве. Возможно получение информации об объектах за счет приема переотраженной электромагнитной волны. При этом необходимым условием является наличие точной информации о частоте и времени зондирования, области пространства, в которое излучается априори известный сигнал, взаимном расположении активной и приемной позиций.

В этом случае возможно сформировать пространственно-временные дискретные каналы приема полностью пассивной станции, которая не подвержена радиоэлектронному подавлению преднамеренной постановкой активных помех (нет демаскирующих разведывательных признаков), имеет невысокую потребляемую мощность (передающее устройство потребляет 50% и более всей подводимой мощности).

Разнесенные в пространстве активные РЛС в совокупности с пассивными приемными позволяют при совместной обработке информации получить помехоустойчивое радиолокационное поле как область пространства, в пределах которого возможно получение радиолокационной информации об объектах.

Активная РЛС может выступать в качестве пункта совместной обработки информации, в котором своя информация (но подверженная радиоэлектронному подавлению) может дополняться информацией пассивной (одной или нескольких) не подверженных радиоэлектронному подавлению станций. Совместная обработка информации от разнесенных в пространстве активных и пассивных источников позволяет осуществлять более детальное распознавание строев (количество объектов локации) и классов объектов. И хотя это несколько другая предметная область, но именно наличие ФАР в активной и пассивной станции позволяет получить заявленный синергетический эффект.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что развитие передающих устройств существенным образов повлияло на развитие радиолокации (хотя можно заявить и обратное – развитие радиолокации потребовало разработки новых передающих устройств). Определенные ограничения имеющихся источников электромагнитной энергии при конструировании РЛС с требуемыми характеристиками вызвали к жизни радиолокаторы с фазированными антенными решетками, что привело к возникновению новых свойств РЛС.

Автор не претендует на приоритет и полноту приведенных рассуждений, это, скорее всего, результат многолетней работы в области изучения и преподавания радиолокации и радиолокационной системотехники, а также эксплуатации радиолокационных станций радиотехнических войск более 30 лет.

Радиолокация до конца не познана и не будет познана. Развитие современной науки и технологии позволит извлекать значительно больше информации из существующих радиолокационных сигналов, чем имеется в настоящее время, не говоря уже об потенциальной информативности перспективных сигналов в различных диапазонах волн.

Леонид ЯКУТИН

Подвижный радиовысотомер ПРВ­13 предназначен для работы в качестве средства измерения высоты в составе радиолокационного комплекса 5Н87

Юрий МУХИН

РЛС П­37 ­ подвижная двухкоординатная радиолокационная станция кругового обзора

Принцип работы импульсной РЛС можно уяснить, рассмотрев «Упрощенную структурную схему импульсной РЛС (рис. 3.1, слайд 20, 25 ) и графики, поясняющие работу импульсного радиолокатора (рис. 3.2, слайд 21, 26 ).

Работу импульсной РЛС лучше всего начать рассматривать с блока синхронизации (блока запуска) станции. Этот блок задает «ритм» работы станции: он задает частоту повторения зондирующих сигналов, синхронизирует работу индикаторного устройства с работой передатчика станции. Синхронизатор вырабатывает кратковременные остроконечные импульсы И зап с определенной частотой повторения Т п . Конструктивно синхронизатор может быть выполнен в виде отдельного блока или представлять единое целое с модулятором станции.

Модулятор управляет работой генератора СВЧ, включает и выключает его. Модулятор запускается импульсами синхронизатора и формирует мощные прямоугольные импульсы необходимой амплитуды U м и длительности τ и . Генератор СВЧ включается в работу только при наличии импульсов модулятора. Частота включения генератора СВЧ, а, следовательно, и частота повторения зондирующих импульсов определяется частотой импульсов синхронизатора Т п . Продолжительность работы генератора СВЧ при каждом его включении (то есть длительность зондирующего импульса) зависит от длительности формирующего в модуляторе импульса τ и . Длительность импульса модулятора τ и обычно составляет единицы микросекунд, а паузы между ними – сотни и тысячи микросекунды.

Под действием напряжения модулятора генератор СВЧ формирует мощные радиоимпульсы U ген , длительность и форма которых определяется длительностью и формой импульсов модулятора. Колебания высокой частоты, то есть зондирующие импульсы от генератора СВЧ, поступают через антенный переключатель в антенну. Частота колебаний радиоимпульсов определяется параметрами генератора СВЧ.

Антенный переключатель (АП) обеспечивает возможность работы передатчика и приемника на одну общую антенну. На время генерации зондирующего импульса (мкс) он подключает антенну к выходу передатчика и блокирует вход приемника, а на нее остальное время (время паузы – сотни, тысячи мкс) подключает антенну к входу приемника и отключает ее от передатчика. В импульсный РЛС в качестве антенных переключателей применяются автоматические быстродействующие переключатели.

Антенна преобразует колебания СВЧ в электромагнитную энергию (радиоволны) и фокусирует ее в узкий пучок. Отраженные от цели сигналы принимаются антенной, проходят через антенный переключатель и поступают на вход приемника U с , где они селектируются, усиливаются, детектируются и через аппаратуру защиты от помех подаются на индикаторные устройства.

Аппаратура защиты от помех включается только при наличии в зоне действия РЛС пассивных и активных помех. Подробно эта аппаратура будет изучаться в теме 7.

Индикаторное устройство является оконечным устройством РЛС и служит для отображения и съема радиолокационной информации. Электрическая схема и конструкция индикаторных устройств определяется практическим назначением станции и могут быть весьма различными. Например , для РЛС обнаружения с помощью индикаторных устройств должна воспроизводиться воздушная обстановка и определяться координаты целей Д и β. Эти индикаторы называются индикаторами кругового обзора (ИКО). В РЛС измерения высоты полета цели (высотомерах) используются индикаторы высоты. Индикаторы дальности измеряют только дальность до цели и используются для контроля.

Для точного определения дальности необходимо измерять интервал времени t з (десятки и сотни мкс) с высокой точностью, то есть требуются приборы с весьма малой инерционностью. Поэтому в индикаторах дальности в качестве измерительных приборов используются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).

Примечание. Принцип измерения дальности был изучен в занятии 1, поэтому при изучении этого вопроса основное внимание уделить формированию развертки на ИКО.

Сущность измерения дальности (время запаздывания t з ) с помощью ЭЛТ можно пояснить на примере использования линейной развертки в трубке с электростатическим управлением электронным лучом.

При линейной развертке в ЭЛТ электронный луч под действием напряжения развертки U р периодически перемещается с постоянной скоростью по прямой слева направо (рис. 1.7,слайд 9, 12 ). Напряжение развертки вырабатывается специальным генератором развертки, который запускается тем же импульсом синхронизатора, что и модулятор передатчика. Поэтому движение луча по экрану начинается каждый раз в момент посылки зондирующего импульса.

При использовании амплитудной отметки цели отраженный сигнал, поступающий с выхода приемника, вызывает отклонение луча в перпендикулярном направлении. Таким образом, отраженный сигнал можно видеть на экране трубки. Чем дальше находится цель, тем больше времени проходит до момента появления отраженного импульса и дальше вправо успевает переместиться луч вдоль линии развертки. Очевидно, каждой точке линии развертки соответствует определенный момент прихода отраженного сигнала и, следовательно, определенное значение дальности.

В РЛС, работающих в режиме кругового обзора, используются индикаторы кругового обзора (ИКО) и ЭЛТ с электромагнитным отклонением луча и яркостной отметкой. Антенна РЛС с узконаправленным лучом (ДН) перемещается механизмом вращения антенны в горизонтальной плоскости и «просматривает» окружающее пространство (рис. 3.3, слайд,

На ИКО линия развертки дальности вращается по азимуту синхронно с антенной, а начало движения электронного луча от центра трубки в радиальном направлении совпадает с моментом излучения зондирующего импульса. Синхронное вращение развертки на ИКО с антенной РЛС осуществляется при помощи силового синхронного привода (ССП). Ответные сигналы высвечиваются на экране индикатора в виде яркостной отметки.

ИКО позволяет одновременно определять дальность Д и азимут β цели. Для удобства отсчета на экране ИКО электронным способом наносятся масштабные отметки дальности, имеющие вид окружностей и масштабные отметки азимута в виде ярких радиальных линий (рис. 3.3, слайд, 8, 27 ).

Примечание. Используя телевизионную установку и карточку ТВ предложить студентам определить координаты целей. Указать масштаб индикатора: отметки дальности следуют через 10 км, отметки азимута – через 10 градусов.

В Ы В О Д

(слайд 28)

Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к измерению времени запаздывания t з отраженного сигнала относительно зондирующего импульса. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отсчета времени распространения радиоволн.

Достоинства импульсных РЛС:

удобство визуального наблюдения одновременно всех целей, облучаемых антенной в виде отметок на экране индикаторов;

поочередная работа передатчика и приемника позволяет использовать одну общую антенну для передачи и приема.

Второй учебный вопрос.

Основные показатели импульсного метода

Основными показателями импульсного метода являются (слайд 29) :

Однозначно определяемая максимальная дальность, Д ;

разрешающая способность по дальности, δД ;

минимальная определяемая дальность, Д min .

Рассмотрим эти показатели.

Однозначно определяемая максимальная дальность

Максимальная дальность действия РЛС определяется основной формулой радиолокации и зависит от параметров РЛС.

Однозначность определения дальности до объекта зависит от периода следования зондирующих импульсов Т п . Далее этот вопрос изложить следующим образом.

Максимальная дальность действия РЛС равна 300 км. Определить время задержки до цели, находящейся на этой дальности

Период повторения зондирующих импульсов выбран равным 1000 мкс. Определить дальность до цели, время задержки до которой равно Т п

В воздушном пространстве находятся две цели: цель № 1 на дальности 100 км и цель № 2 на дальности 200 км. Как будут выглядеть отметки от этих целей на индикаторе РЛС (рис. 3.4, слайд 22, 30 ).

При зондировании пространства импульсами с периодом повторения 1000 мкс отметка от цели № 1 будет высвечиваться на дальности 50 км, так как после дальности 150 км начнется новый период развертки и дальняя цель даст отметку в начале шкалы (на дистанции 50 км). Отсчитанная дальность не соответствует реальной.

Как исключить неоднозначность в определении дальности?

После обобщения ответов студентов сделать вывод:

Для однозначного определения дальности необходимо период повторения зондирующих импульсов выбирать в соответствии с заданной максимальной дальностью действия РЛС, то есть

Для заданной дальности 300 км период повторения зондирующих импульсов должен быть больше 2000 мкс или частота повторения должна быть меньше 500 Гц.

Кроме того, максимально определяемая дальность зависит от ширины ДНА, скорости вращения антенны и необходимого числа импульсов, отраженных от цели за один оборот антенны.

Разрешающей способностью по дальности (δД) называется то минимальное расстояние между двумя целями, находящимися на одном азимуте и угле места, при котором отраженные от них сигналы наблюдаются на экране индикатора еще раздельно (рис. 3.5, слайд 23, 31, 32 ).

При заданной длительности зондирующего импульса τ и и расстоянии между целями ∆Д 1 цели № 1 и № 2 облучаются раздельно. При той же длительности импульса, но при расстоянии между целями ∆Д 2 цели № 3 и № 4 облучаются одновременно. Следовательно, в первом случае на экране ИКО будут видны раздельно, а во втором – слитно. Отсюда вытекает, что для раздельного приема импульсных сигналов необходимо, чтобы интервал времени между моментами их приема был больше длительности импульса τ и (∆ t > τ и )

Минимальная разность (Д 2 – Д 1 ), при которой цели видны на экране раздельно, по определению есть разрешающая способность по дальности δД, следовательно

Помимо длительности импульса τ и на разрешающую способность станции по дальности оказывает влияние разрешающая способность индикатора, определяемая масштабом развертки и минимальным диаметром светящегося пятна на экране ЭЛТ (d п ≈ 1 мм). Чем крупнее масштаб развертки дальности и лучше фокусировка луча ЭЛТ, тем лучше разрешающая способность индикатора.

В общем случае разрешающая способность РЛС по дальности равна

где δД и – разрешающая способность индикатора.

Чем меньше δД , тем лучше разрешающая способность. Обычно разрешающая способность РЛС по дальности имеет величину δД = (0,5...5) км.

В отличие от разрешающей способности по дальности разрешающая способность по угловым координатам (по азимуту δβ и углу места δε ) не зависит от метода радиолокации и определяется шириной диаграммы направленности антенны в соответствующей плоскости, которую принято отсчитывать по уровню половинной мощности.

Разрешающая способность РЛС по азимуту δβ о равна:

δβ о = φ 0,5р о + δβ и о ,

где φ 0,5р о – ширина диаграммы направленности по половинной мощности в горизонтальной плоскости;

δβ и о - разрешающая способность по азимуту индикаторной аппаратуры.

Высокие разрешающие способности РЛС позволяют раздельно наблюдать и определять координаты близко расположенных целей.

Минимальная определяемая дальность – это наименьшее расстояние, на котором станция еще может обнаруживать цель. Иногда пространства вокруг станции, в котором цели не обнаруживаются, называют «мертвой» зоной (слайд 33 ).

Использование в импульсной РЛС одной антенны для передачи зондирующих импульсов и приема отраженных сигналов требует отключения приемника на время излучения зондирующего импульса τ u . Поэтому отраженные сигналы, приходящие к станции в момент, когда ее приемник не подключен к антенне, не будут приняты и зарегистрированы на индикаторах. Продолжительность времени, в течение которого приемник не может принимать отраженные сигналы, определяется длительностью зондирующего импульса τ u и временем, необходимым для переключения антенны с передачи на прием после воздействия на него зондирующего импульса передатчика t в .

Зная это время, значение минимальной дальности Д min импульсной РЛС можно определить по формуле

где τ u - длительность зондирующего импульса РЛС;

t в - время включения приемника после окончания зондирующего импульса передатчика (единицы – мкс).

Например . При τ u = 10мкс Д min = 1500 м

при τ u = 1 мкс Д min = 150 м.

Следует иметь ввиду, что к увеличению радиуса «мертвой» зоны Д min приводит наличие на экране индикатора отраженный от местных предметов и ограниченность пределов поворота антенны по углу места.

В Ы В О Д

Импульсный метод радиолокации эффективен при измерении дальностей объектов, находящихся на больших расстояниях.

Третий учебный вопрос

Метод непрерывного излучения

Наряду с использованием импульсного метода радиолокации можно осуществить с помощью установок с непрерывным излучением энергии. При непрерывном методе излучения представляется возможность посылать большую энергию в направлении на цель.

Наряду с преимуществом энергетического порядка метод непрерывного излучения по ряду показателей уступает импульсному методу. В зависимости от того, какой параметр отраженного сигнала служат основой для измерения дальности до цели, при непрерывном методе радиолокации различают:

фазовый (фазометрический) метод радиолокации;

частотный метод радиолокации.

Возможны также комбинированные методы радиолокации, в частности, импульсно-фазовый и импульсно-частотный.

При фазовом методе радиолокации о расстоянии до цели до цели судят по разности фаз излучаемых и принимаемых отраженных колебаний. Первые фазометрические методы измерения расстояния были предложены и разработаны академиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси. Эти методы нашли применение в длинноволновых авиационных радионавигационных системах большого радиуса действия.

При частотном методе радиолокации о расстоянии до цели судят по частоте биений между прямым и отраженным сигналами.

Примечание. Изучение этих методов студенты проводят самостоятельно. Литература: Слуцкий В.З. Импульсная техника и основы радиолокации. С. 227-236.

В Ы В О Д

Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к изменению времени запаздывания t зап отраженного сигнала относительно зондирующего импульса.

Для однозначности определения дальности до объекта необходимо, чтобы t зап.мах ≤ Т п.

Разрешающая способность по дальности δД тем лучше, чем меньше длительность зондирующего импульса τ u .

3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЛС

Импульсные РЛС, осуществляющие когерентный прием и содержащие устройство ЧПК, называют РЛС с селекцией движущихся целей (РЛС с СДЦ).

Основная цель использования РЛС с СДЦ является режекция сигналов пассивныхпомех от неподвижных целей (зданий, холмов, деревьев), и выделение сигналов отраженных от движущихся целей для их дальнейшего использования в обнаружителях и отображения радиолокационной обстановки на индикаторе.

РЛС с СДЦ подразделяются на истинно-когерентные и псевдо-когерентные.

В истинно-когерентных РЛС зондирующий сигнал представляет собой когерентную последовательность радиоимпульсов с одинаковой начальной фазой всех радиоимпульсов или с известной разностью начальных фаз радиоимпульсов отстоящих на .

В псевдо-когерентных РЛС зондирующий сигнал представляет собой некогерентную последовательность радиоимпульсов, но при обработке принятых сигналов случайность начальных фаз используется таким образом, что прием становится когерентным.

Другими словами, как в истинно-когерентных РЛС, так и в псевдо- когерентных РЛС сигнал на выходе линейного тракта приемника, полученный при отражении зондирующего сигнала от неподвижной точечной цели, представляет собой импульсную когерентную пачку с одинаковыми начальными фазами радиоимпульсов, а при отражении от подвижной точечной цели, движущейся с радиальной скоростью начальные фазы радиоимпульсов в соседних периодах повторения отличается на .

При анализе работы когерентно-импульсных РЛС обычно делается допущение, что в пределах главного "луча" диаграмма направленности постоянна, а вне главного "луча" излучение и прием не проводятся. Это допущение позволяет считать, что даже с учетом сканирования антенны амплитуды всех импульсов когерентной пачки, полученной при отражении зондирующего сигнала от точечной подвижной или неподвижной цели, одинаковы.

Истинно-когерентные РЛС строятся на базе многокаскадного передатчика с усилителями мощности на выходе, а псевдо-когерентные РЛС - на базе высокочастотного генератора.

Для проектируемой РЛС необходимо использовать сложный сигналы с , для этого, как правило, используются истинно-когерентные РЛС.

На рис.3.1 приведена упрощенная структурная схема одного из вариантов истинно-когерентных РЛС.

Развернутая структурная схема истинно-когерентной РЛС приведена в приложении 3.

В данной РЛС с СДЦ в качестве передатчика используется усилитель мощности (УМ) с импульсной модуляцией, а опорный сигнал формируется с помощью стабильного генератора (СГ) гармонических колебаний на частоте f пр. Преимущество данной схемы состоит в том, что она позволяет применить активный способ формирования ФМС не только на несущей частоте, но и на более низких радиочастотах.

Сигнал от стабильного генератора (СГ) в качестве опорного подается на когерентный детектор (КД). Он же поступает на формирователь ФМ сигнала (ФФМС) и далее, на смеситель (СМ1), куда одновременно подается сигнал от местного гетеродина (МГ), генерирующего гармоническое колебание на частоте f мг =f 0 -f пр. Колебания с выхода СМ1 на частоте f 0 поступают на усилитель мощности (УМ), в котором происходит усиление и импульсная модуляция гармонического ФМ колебания частотой f 0 . На выходе усилителя мощности получаются ФМ импульсы требуемой мощности и длительности, следующие с частотой f п. Эти импульсы через антенный переключатель (АП) поступают на антенну.

В режиме приема сигналы с выхода АП поступают на смеситель (СМ2),куда одновременно подается колебание от МГ. Сигналы промежуточной частоты с выхода СМ2 поступают на усилитель радиочастоты (У), настроенный на промежуточную частоту, и далее на согласованный фильтр, затем на КД, куда подается опорный сигнал с выхода СГ. Сигналы с выхода КД поступают на устройство черезпериодной компенсации (ЧПК) заданной кратности. После преобразования в однополярные сигналы с выхода ЧПК подаются на накопитель пачки импульсов (БН) и затем на видеоусилитель (ВУ), а из него на устройства обнаружения и измерения координат цели.

Для компенсации нестабильности линии задержки, используемой в ЧПК, необходима корректировка периода повторения излучаемых импульсов. Для этих целей служит блок синхронизации (БС), который, учитывая эту нестабильность, управляет формированием пачки зондирующих импульсов и блоком начальной установки (БНУ) через логическую схему (ЛС).

Проведем выбор элементной базы к данной структурной схеме:

В РЛС обнаружения с круговым обзором наибольшее распространение получили зеркальные антенны, состоящие из слабонаправленного излучастеля и зеркального отражателя. Отражатель выполняется в виде усеченного парабалоида, что позволяет получить диаграмму направленности вида косеканс квадрат.

В качестве усилителя мощности используется лампа бегущей волны (ЛБВ)

Приемник в РЛС строится по супергетеродинной схеме, которая позволяет получить более высокую чувствительность приемного тракта. Входным устройством приемника является полупроводниковый смеситель.

Местный гетеродин вследствии высоких требований к стабильности частоты выполняется на базе стабильного задающего генератора.

Согласованный фильтр для ФМ сигнала может быть реализован на основе ультразвуковых линий задержки (УЛЗ).

Формирователь ФМС описан при расчете параметров ФМ сигнала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к изучению темы «Принципы и физические основы построения радиолокационных и радионавигационных систем» по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ, 1991. – 112 с.

2. Тексты лекций по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем». Раздел «Обнаружение сигналов» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ. 1992. – 87 с.

3. Методические указания по изучению темы «Статистическая оценка параметров и синтез измеретилей координат целей» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ, 1990. – 53 с.

4. Тексты лекций по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем». Раздел «Сложные сигналы» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПУ. 1996. – 51 с.

5. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик, А.А.Кононов, В.Г.Макаренко. – Одесса: ОПИ, 1991. – 52 с.

6. Лезин Ю. С. «Введение в теорию и технику радиотехнических систем»: Учеб. пособие для вузов. –М.: Радио и связь, 1986. – 280 с., ил.

7. «Радиотехнические системы» / Под. ред. Ю.М.Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990.

Структурная схема согласованного фильтра для когерентной 12-импульсной пачки 15-позиционных ФМ сигналов.

А – согласованный фильтр для одного импульса

В – накопитель пачки импульсов

Приложение 3

Развернутая схема согласованного фильтра (СФ) и блока накопления (БН) приведена в приложении 2. Развернутую же схему ЧПК, благодаря любезности преподавателя, магистрантам можно не приводить.

Снизить вероятность возникновения пожаров на данном объекте. ЗАКЛЮЧЕНИЕ С целью обеспечения безопасности движения речного транспорта в камере шлюза Усть-Каменогорской гидроэлектростанции в данном дипломном проекте была разработана радиолокационная станция обнаружения надводных целей, она гораздо эффективнее, чем, например система видео наблюдения. Были рассчитаны основные тактико- ...

Техническому совершенству, боевым и эксплуатационным качествам не уступали лучшим зарубежным образцам, а нередко и превосходили их. Большинство из созданных в эти годы образцов в большей или меньшей степени представляли собой высокоточное оружие. В них использовались высокоточные инерциальные системы, системы коррекции и телеуправления движением на траектории и системы самонаведения на конечном...

КНИ явления слепой скорости и неоднозначности по дальности, для устранения которых понадобилось изменить общепринятую схему построения приемника сопровождения по дальности, а также задействовать ЦВС для решения ряда задач. Важное техническое решение было найдено, при проектировании приемной системы, в использовании одних и тех же узлов и элементов системы синхронизации для работы РЛС в режиме ЛЧМ...

Параметры обнаружения. Поскольку принимаемая пачка из N импульсов является когерентной, то. 2. Расчет параметров помехопостановщика 2.1 Расчет мощности передатчика заградительной и прицельной помех помеха помехозащита радиолокационная станция Можно выделить несколько основных типов передатчиков заградительных помех: прямошумовые передатчики; передатчики помех, использующие мощный...