Методи вимірювання дальності в РЛС ЗРК

Дальність, як параметр руху цілі

В задачах ППО після виявлення і впізнання мети стоїть завдання провизначенні параметрів цілі. Залежно від її рішення зенітноїкерованої ракети буде видано відповідне польотне завдання і йогокоригування під час слідування ракети до цілі. Існують декількаприйнятих у радіолокації систем координат. У залежності від вибору системикоординат, будуть ставитися завдання про визначення тих чи інших параметрівмети. Наприклад, в земній сферичної системі координат параметрами рухує азимут, кут місця, і дальність мети. Тут дальність мети - цевідстань від РЛС до самої мети. У даній роботі торкнемося питання провимірі дальності. Розглянемо, які ж на сьогодні використовуються методидля її визначення в РЛС, а так само сутність цих методів.

Методи вимірювання дальності

Імпульсний метод

Імпульсний метод вимірювання дальності грунтується на визначеннічасу запізнювання характерного зміни амплітуди що приймаєтьсярадіолокаційного сигналу. Антена РЛС посилає потужний радіоімпульсу,що відбивається від мети і їй же і приймається. Оскільки швидкістьрозповсюдження НВЧ сигналу, у вигляді якого поширюється радіоімпульсу,багато більше швидкості мети, то в доброму наближення мету можна вважатинерухомою. Тоді час, за який радіосигнал досягне мети --дорівнює часу, за який відбитий сигнал досягне антени РЛС -
. Тобто

Т.ч. сигнал іспущенний антеною РЛС повернеться на неї у відбитому виглядічерез час. СВЧ сигнали поширюються з постійною швидкістю,тому. Ми врахували, що швидкість розповсюдження НВЧ сигналу в повітріприблизно дорівнює його швидкості поширення у вакуумі -. Врахуємопопереднє вираз, і запишемо рівність, що визначає дальність взалежно від часу запізнювання:

(1.1)

Для того, щоб постійно визначати дальність, РЛС повинна випускатиперіодичну послідовність імпульсів, - працювати в імпульсному режимі.
Проаналізованих даних достатньо, щоб побачити загальну структурнусхему.

Система синхронізації визначає імпульсну роботу РЛС. Вона формуєвідеоімпульсів через постійні проміжки часу Ти. Ти називають періодомповторення імпульсу. Т.ч. система синхронізації визначає період роботи --один цикл визначення дальності.

Передавач включається отримавши черговий імпульс від системисинхронізації і на проміжку часу формує сигнал необхідноїпотужності, амплітуди і частоти. називають тривалістю імпульсу.

Протягом часу тривалості імпульсу антенний перемикачнаправляє випромінюється сигнал на антену. Потім перемикається на приймач.
Т.ч. чином до кінця періоду система "чекає" відбитого сигналу. Зауважимо,що на перемикання антена витрачає певний час.

Приймач виділяє обвідна прийнятого сигналу і передає на кінцевепристрій.

Кінцеве пристрій зазвичай виконується у вигляді Кінескопні, на екрані якоївідстань між двома сусідніми різновисокими піками відповідаєвідстані до мети. У разі виконання кінцевого пристрою на ЕПТ,система синхронізації керує роботою генератора пилоподібногонапруги, який виходить на горизонтально відхиляючої пластину. У тойчас як сигнал з приймача подається на вертикально відхиляються.

Схематичні графіки залежностей на різних структурнихелементах будуть виглядати наступним чином:

Система синхронізації.

Передавач

Приймач

З рівності (1.1) випливає, що tD (D . Т.ч. вивівши останній графік насистему індикації (кінцевий пристрій), і відповідним про разомпроградуіровав шкалу, будемо мати безпосередньо значення дальності домети.

Переваги імпульсного методу вимірювання дальності:

. можливість побудови РЛС з одного антеною;

. простота індикаторного пристрої;

. зручність вимірювання дальності кількох цілей;

. простота випромінюваних імпульсів, що тривають дуже малий час, і прийнятих сигналів;

Недоліки:

. Необхідність використання великих імпульсних потужностей передавача;

. неможливість вимірювання малих дальностей

. велика мертва зона

Характеристика недоліків міститься в основних показникахімпульсного методу вимірювання дальності:

Мінімальна дальність дії (мертва зона) імпульсної РЛС:

(1.2), де - час, що витрачається на перемикання антени.

Дійсно , поки антена випромінює, система не може прийматисигнал.

Межа однозначного відліку дальності:

(1.3)

Дійсно, система "чекає" відбитого сигналу тільки донастання моменту випромінювання нового сигналу.

Потенційна роздільна здатність по дальності:

(1.4)

Дійсно, щоб був стрибок напруги, що відповідає сигналу,відбитому від мети, спочатку має бути спад напруги. Тобто дві метиможна розрізнити лише у випадку, коли відстань між ними.

Параметри випромінювання підбираються за отриманими формулами таким способом,щоб всі наведені вище показники були прийнятними.

Частотний метод

Частотний метод вимірювання дальності заснований на використанні частотноїмодуляції випромінюваних безперервних сигналів.

У цьому методі за період випромінюється частота, що змінюється за лінійнимзаконом від до. Тобто за один період залежність частотивипромінюваного сигналу від часу:

(2.1)

У той час як відбитий сигнал прийде промодулірованним лінійно вмомент часу попередній справжньому на час затримки. Т.ч.частота відбитого сигналу, прийнятого на РЛС, буде залежати від часунаступним чином:

(2.2)

Віднімаючи з (2.1) (2.2), отримаємо вираз для різницевої частоти
:

(2.3)

Висловлюючи звідси, і підставляючи в (1.1), знайдемо залежністьдальності від різницевої частоти:

(2.4)

З графіків видно як визначити час запізнювання - з різкоюзміни в частоті різницевого сигналу. Очевидно також, що в формулу (2.4)треба підставляти значення різницевої частоти, отримане на проміжкучасу (tD; Tи).

Структурна схема частотного далекоміра буде виглядати наступнимтак:

Модулятор формує модуляцію частоти, що виробляється генератором СВЧ.
Після чого сигнал надходить на передавальну антену. Оскільки сигнал безперервний,то потрібне ще й окрема приймаюча антена.

На приймач надходять прямий і відбитий сигнали, з яких назмішувачі виділяється їх Різницева частота, значення якої післяфільтровкі передається на систему індикації.

Переваги частотного методу вимірювання дальності:

. дозволяє вимірювати дуже малі дальності;

. використовується малопотужний передавач;

Недоліки:

. необхідне використання двох антен;

. погіршення чутливості приймача внаслідок просочування в приймальний тракт через антену випромінювання передавача, схильної випадковим змінам;

. високі вимоги до лінійності зміни частоти

Фазовий метод

Фазовий метод вимірювання дальності заснований на вимірюванні різниці фазвипромінювання та прийнятих радіосигналів.

Структурна схема просто фазового вимірника дальності виглядаєнаступним чином:

Генератор ВЧ створює коливання, які через передавальну антенувипромінюються у зовнішній простір з відповідною фазою:

(3.1), де - початкове значення фази.

На приймальну антену надходить відбитий сигнал із значенням фази:

( 3.2), де - фазовий зсув при відображенні, - фазовий зсув в ланцюгах
РЛС, - ця величина постійна і її можна підрахувати експериментально.

Прийнятий сигнал посилюється і його фаза разом з фазою первинногосигналу, детектіруемой на фазовому детекторі, надходить на аналізаторвихідної напруги.

Тобто на аналізатор вихідної напруги прийде сигнал з різницевоїфазою, отриманої при вирахування з (3.1) (3.2):

(3.3)

Врахуємо, що. Тоді згідно з виразом (1.1) (3.3) запишеться увигляді:

(3.4)

Великий недолік в тому, що тут невідомий фазовий зсуввідбитого сигналу, який може змінюватися як завгодно, причому істотноспособом.

Оскільки, то з (3.4) слід однозначний діапазон вимірюваннядальності:

(3.5)

Оскільки використовуються ультракороткі хвилі, то однозначний діапазонвимірювання дальності порядку одиниць метра.

Тому на практиці використовують більш складні схеми, в якихприсутній два і більше частот.

Наведемо приклад двочастотного фазового далекоміра. Його структурнусхему представим наступним чином:

Тут частота (визначає фазові зрушення, а грає рольпереносника інформації.

На модуляторі формується напруга:

(3.6) яке подається на генератор ВЧ, таким чином що напруга на виходігенератора:

(3.7), де - коефіцієнт модуляції.

Прийняті сигнали після посилення детектируются, виділяється їхобвідна, фаза якої порівнюється з фазою коливань модулятора.

(3.8)

(3.9) звідки отримуємо залежність дальності від різниці фаз:

(3.10)

Тепер при (= 1000 с-1, км.

Переваги фазового методу вимірювання дальності:

. малопотужне випромінювання, тому що генеруються незгасаючі коливання;

. точність не залежить від доплерівського зсуву частоти відображення;

. досить простий пристрій

Недоліки:

. відсутність дозволу по дальності

Висновок

У даній роботі було наведено огляд основних методів вимірюваннядальності в РЛС ЗРК. Описано їх сутність. Як бачимо, у кожного методу єсвої недоліки і свої переваги. Для покращення показників,характеризують вимірювання дальності, використовують більш складні схеми, ЛЧМсигнали. За наявності декількох станцій спостереження можна отримати значеннядальності розрахунковим шляхом. Загалом, можна зробити заключний висновок.

Вибір того чи іншого методу в основі визначення такого параметра ціліяк дальність, залежить від можливих завдань РЛС. Тому, наприклад, розрізняють
РЛС ближнього і далекого радіусу дії.
-----------------------< br>(

прямий

відбитий

Система синхронізації

Передавач

Антенний перемикач

Приймач

кінцевий пристрій

(о

(

(о +((

приймаюча антена

((

змішувач

індикатор 1

передавальна антена

генератор НВЧ

модулятор

індикатор n

генератор ВЧ

фазовий детектор

передавальна антена

генератор ВЧ

фазовий детектор

приймаюча антена

вимірник вихідної напруги

передавальна антена

підсилювач, обмежувач

приймаюча антена

вимірник вихідної напруги

детектор підсилювач

модулятор

(