Основи побудови та принципи систем радіолокації
1.Загальні відомості про системи радіолокації
2. Класифікація систем радіолокації
3. Сигнали та цілі в радіолокації
4. Методи вимірювання координат цілей
5. Радіолокаційні станції слідкуючого типу
6. Фазовий детектор
8.Особливості розвитку та приклади сучасних РЛС
1. Загальні відомості про радіолокаційні системи
Призначення та сфера застосування.
Радіолокацією називається сукупність методів та технічних засобів, призначених для виявлення різних об'єктів у просторі, вимірювання їх координат та параметрів руху за допомогою прийому та аналізу електромагнітних хвиль, що випромінюються або перевипромінюються об'єктами.
Радіолокація як науково-технічний напрямок у радіотехніці зародилася у 30-х роках. Досягнення авіаційної техніки зумовили необхідність розробки нових засобів виявлення літаків, що мають високі характеристики (дальність, точність). Такими засобами виявились радіолокаційні системи.
Визначний внесок у розвиток радіолокації зробили радянські вчені та інженери П. К. Ощепков, М. М. Лобанов, Ю. К. Коровін, Б. К. Шембель. У Радянському Союзі перші успішні експерименти виявлення літаків за допомогою радіолокаційних пристроїв було проведено ще 1934/36 рр. У 1939 р. на озброєнні військ ППО надійшли перші серійні вітчизняні радіолокатори. Істотним кроком у розвитку радіолокації було створення 1940/41 рр. під керівництвом Ю. Б. Кобзарєва імпульсного радіолокатора. В даний час радіолокація одна з найбільш прогресуючих областей радіотехніки.
Отримання інформації в радіолокації пов'язане зі спостереженням певної області простору. Технічні засоби за допомогоюяких ведеться радіолокаційне спостереження, називаються станціями радіолокації (РЛС) або радіолокаторами; а об'єкти, що спостерігаються, — радіолокаційними цілями. Типовими цілями є літаки, ракети, кораблі, наземні інженерні споруди тощо.
У радіолокації найчастіше вимірюються дальність між метою і РЛС, кутові координати (азимут, кут місця) і радіальна щодо радіолокатора, що становить швидкості руху. (Азимут - це кут між напрямком на ціль і північним напрямом, виміряний у горизонтальній площині. Кут місця вимірюється між вектором похилої дальності та його проекцією на горизонтальну площину.) У завдання радіолокаційного спостереження в деяких випадках входить також ідентифікація (розпізнавання) цілей.
Поняття «система радіолокації» об'єднує РЛС та інші пов'язані з ними технічні засоби, операторів, цілі і простір, в якому ведеться спостереження.
Системи радіолокації практично завжди входить до складу складніших суперсистем. Ці суперсистеми мають важливе військове та народногосподарське значення та знаходять різноманітне застосування: для управління повітряним рухом, у навігації літаків, кораблів, у геофізичних та астрофізичних дослідженнях та ін.
Системи радіолокації становлять інформаційну частину таких суперсистем і функціонують спільно та у взаємному зв'язку з іншими підсистемами суперсистеми (радіонавігації, радіоуправління, передачі інформації).
Носієм інформації в радіолокації є радіолокаційний сигнал - електромагнітна хвиля, випромінювана метою. Це випромінювання може мати різну природу; вторинне випромінювання (віддзеркалення), або власне випромінювання радіохвиль. Залежно від способу утворення сигналу радіолокації розрізняють активний,активний з активним "відповіддю" та пасивний методи радіолокації.
В активній радіолокації передавач РЛС випромінює у меті потужний зондувальний сигнал. При опроміненні мети електромагнітною хвилею частина енергії хвилі поглинається, а решта відбивається. Приймач радіолокатора вловлює слабкий відбитий сигнал. Виявлення відбитого сигналу свідчить про наявність мети. Аналіз прийнятого сигналу та порівняння його з випромінюваним дозволяє отримати інформацію про просторове становище та рух мети щодо РЛС.
В активній радіолокації з активною відповіддю сигнал радіолокації створюється шляхом перевипромінювання зондувального сигналу спеціальним радіовідповідачем, встановленим на цілі. Системи, що використовують такий метод, застосовуються для спостереження літаків, космічних апаратів, які мають ретранслятор сигналів на борту.
Системи активної радіолокації можуть бути поєднаними та розділеними. У першому випадку приймальна та передавальна частини РЛС поєднуються в єдиному пристрої; у другому - приймальне та передавальне пристрої розміщуються в різних точках простору, на віддаленні один від одного.
У пасивній радіолокації як сигнали використовується мимовільне електромагнітне випромінювання цілей: власне теплове радіовипромінювання фізичних тіл або випромінювання радіотехнічних пристроїв, встановлених на цілі. Пасивна РЛС має лише приймальний пристрій, за допомогою якого проводиться виявлення цілей та вимірювання їх кутових координат.
На сучасному етапі розвитку техніки часто виявляється скрутною побудова пасивних РЛС з високими технічними характеристиками, що використовують теплове радіовипромінювання, внаслідок малої його інтенсивності. Тому такі РЛЗ виявили обмежене застосування. Велике значення маютьспеціальні пасивні РЛЗ, призначені для радіорозвідки.
2. Класифікація систем радіолокації
В основу класифікації радіолокації можуть бути покладені різні ознаки. Для систем радіолокації, що здійснюють виділення, обробку та накопичення інформації про радіолокаційні цілі, найбільш суттєвими є інформаційні ознаки, а саме: призначення та характер одержуваної інформації. Однак для практики така класифікація часто виявляється недостатньою. Тому додатково вводять класифікацію за способом формування та обробки сигналів, за місцем (об'єктом) розміщення апаратури, за діапазоном радіохвиль, що використовуються.
Елементом системи радіолокації, що визначає її призначення, основні властивості, можливості практичного використання є РЛС. Залежно від призначення та характеру одержуваної інформації можна виділити три класи РЛС.
1. РЛС оглядового типу. Призначення цих радіолокаторів-пошук, виявлення цілей і відносно грубий вимір їх координат. Такі РЛС забезпечують отримання інформації про багато цілей одночасно. Відмітна ознака цих РЛС – робота в режимі періодичного огляду певної зони простору. Оглядові РЛС використовуються для спостереження повітряного простору, земної чи водної поверхні.
2. РЛС слідкуючого типу. Призначення таких РЛС — точний вимір та безперервна видача інформації про значення координат цілей. РЛС слідкуючого типу здійснюють стеження за однією або декількома цілями. Зокрема, РЛС слідкуючого типу застосовуються керувати зброєю, стеження літаками у системах УВС.
3. Спеціалізовані вимірювачі та РЛС ближньої дії. До цього типу віднесемо пристрої, які виконують деяке приватне завдання. Як правило, такі пристрої вимірюють одинпараметр положення або руху мети (об'єкта) і працюють за свідомо однією метою. За призначенням пристрої, що розглядаються, мають велику різноманітність. Як приклад вкажемо на РЛС, які використовуються як навігаційні вимірювачі - літаковий радіовисотомір, доплерівський вимірювач вектора швидкості літака.
Існують також комбіновані та багатофункціональні РЛС. У комбінованій системі поєднуються оглядова та стежить РЛС. Найбільш досконалими є багатофункціональні РЛЗ. Такі РЛС можуть одночасно здійснювати огляд простору та стеження за цілями.
Схемно-технічна побудова та конструкція РЛС значною мірою залежать від місця (об'єкта) розміщення, від способу формування та обробки сигналів. За місцем установки РЛС поділяються на наземні (стаціонарні та пересувні) та бортові: літакові, космічні, корабельні.
За способом формування та обробки сигналів розрізняють РЛС імпульсні та з безперервним випромінюванням, когерентні та некогерентні, одноканальні та багатоканальні.
Характеристики та параметри систем радіолокації прийнято поділяти на тактичні та технічні. Перші визначають можливості практичного використання системи.
Перерахуємо основні тактичні характеристики та параметри.
1. Зона дії (робоча зона) - область простору, в якій РЛС виконує свої функції, визначені її призначенням.
2. Вимірювані координати та точності їх виміру. Вимірювані координати визначаються призначенням РЛЗ. Існують одно-, дво- та трикоординатні РЛС. Вимір координат координат супроводжується похибками, які обмежують можливості тактичного використання РЛЗ. Надмірне збільшення точності призводить до ускладнення конструкції та до невиправданого підвищення вартості системи.
3. Роздільна здатність РЛС характеризує можливість роздільного спостереження цілей та вимірювання їх параметрів при малій відмінності цих параметрів. Розрізняють дозвіл за дальністю, за напрямом та за швидкістю. Цілі, які не дозволяються ні за дальністю, ні за напрямом, ні за швидкістю, сприймаються радіолокатором як одна мета. У багатьох випадках тактичного застосування РЛС роздільна здатність є характеристикою першорядної важливості, що визначає можливість практичного використання РЛС.
4. Перешкодозахищеність характеризується здатністю РЛС виконувати свої функції в умовах впливу різноманітних перешкод, природних та організованих.
5. Пропускна здатність визначається щільністю випадкового потоку цілей, інформація про які обробляється радіолокатором і видається із заданою точністю.
6. Час розгортання (приведення у робочий стан). Цей параметр характеризує можливість використанняРЛС вумовах обстановки, що швидкоплинно змінюється.