Измерение координат и параметров движения целей

Большинство РЛС измеряют несколько координат объектов – расстояния (дальности) и углы. Положение объектов наблюдения (самолетов и вертолетов) в пространстве характеризуется тремя координатами. Обнаружение целей заключается в установлении факта наличия цели в зоне наблюдений. Измерение координат целей и их параметров движения является одной их важнейших задач радиолокации. Выполняются измерения, как правило, путем оценивания параметров электромагнитных колебаний, отраженных от целей.

В зависимости от принципов построения РЛС и решаемых ими задач могут использоваться различные системы координат. Широкое применение имеет сферическая система координат, в которой положение объекта (рис. 4.) определяется расстоянием (наклонной дальностью) r до объекта, азимутом α ее и углом места β.

Наклонной дальностью r называют расстояние по прямой от РЛС до цели. Азимутом цели α называют угол в горизонтальной плоскости между выбранным направлением отсчета и вертикальной плоскостью, проходящей через цель. Азимут называют истинным пеленгом цели, если отсчет производится от северного меридиана, или курсовым углом, если направлением отсчета служит продольная ось самолета. Углом места цели β называют угол в вертикальной плоскости между линией наклонной дальности и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

Рис. 4. Координаты объектов РЛС

Рис. 5. Радиолокационные импульсные измеряемые сигналы:

1 – зондирующий сигнал; 2 – эхо-сигнал

Используется также система координат, в которой положение объекта определяется дальностью r, азимутом α и высотой H. Зная основные координаты r, α и β можно определить высоту полета H и горизонтальную дальность r_г (проекцию линии наклонной дальности на горизонтальную плоскость).

Высотой полета H называется расстояние до самолета, отсчитанное по вертикали, от некоторого уровня, принятого за начало отсчета. По уровню начала отсчета различаются следующие высоты полета: истинная H_ист – отсчитывается от уровня местности, над которой пролетает самолет, относительная Н_отн – отсчитывается от некоторого условного уровня (например, уровня аэродрома или давления 760 мм рт. ст.); абсолютная Н_абс – отсчитывается от уровня моря.

Преимущественное развитие получили радиолокационные средства, измеряющие только две координаты – расстояние r и азимут α. Для измерения расстояния используется в основном временной метод, основанный на измерении времени запаздывания отраженных от объекта или переизлученных им сигналов. Этот метод реализуется при использовании импульсных радиолокационных сигналов. Излучаемые РЛС сигналы имеют вид высокочастотных импульсов прямоугольной формы (рис. 5), длительность которых составляет миллионные доли секунды (микросекунды). Импульсные сигналы, излучаемые РЛС, называются зондирующими импульсами (ЗС). Эти импульсы распространяются в пространстве и отражаются от объектов, встречающихся на пути распространения радиоволн. Отраженные импульсы (эхо-сигналы), принимаемые станцией, запаздывают во времени по отношению к моменту излучения зондирующего импульса на величину, определяемую уравнением. Импульсы, отраженные от объектов, находящихся на различных расстояниях, распределяются во времени относительно момента излучения зондирующего импульса в соответствии с расстоянием до объектов. Чем дальше находится цель, тем позже приходит отраженный от нее импульс. В результате импульсы, отраженные от объектов, расположенные на различных расстояниях, не накладываются друг на друга, и поэтому импульсная РЛС позволяет одновременно определять расстояния до нескольких объектов.

В РЛС измеряется время задержки отраженных импульсов и определяется расстояние до объектов в соответствии с выражением. Вследствие высокой скорости распространения радиоволн время задержки составляет тысячные доли секунды и более короткие интервалы. Так, например, расстоянию в 1 км соответствует время запаздывания 5,67 мкс,расстоянию 100 км – 667 мкс, или времени запаздывания в 1 мкс соответствует расстояние 150 м. Такие малые временные интервалы измеряются с помощью специальных приборов.

Рис. 6. Периодическая последовательность радиолокационных сигналов:

1 – ЗС; 2 – эхо-сигналы

Рис. 7. Форма ДНА и зависимость величины эхо-сигналов

от направления на объект

Для обеспечения непрерывности процесса наблюдения повышения надежности измерений РЛС излучает зондирующие импульсы не один раз, а излучает периодическую последовательность зондирующих импульсов, следующих друг за другом с периодом повторений Т_и (рис. 6). В каждом периоде повторения приходят отраженые импульсы от каждого объекта, и измеряется время их запаздывания. При такой периодической работе РЛС может случиться, что отраженный импульс придет после следующего зондирующего импульса (пунктирный импульс на рис. 6).

Нормальное измерение времени запаздывания при этом нарушается, так как будет измерен временной интервал между отраженным импульсом и ближайшим предшествующим зондирующим импульсом. Произойдет ошибка в измерении дальности на величину, определяемую целым числом периодов повторения. Для того чтобы этого не происходило, период повторения импульсов должен быть больше максимального времени запаздывания импульсов, которое, в свою очередь, определяется максимальным измеряемым расстоянием r_max:

T_n>2 r_max/c. F_и=1/ T_n,

то F_и <c/2 r_max.

Указанный выбор частоты следования импульсов F_и обеспечивает однозначное измерение расстояний в радиолокационных станциях.

Измерение угловых координат (азимута, угла места) основано в большинстве типов наземных РЛС на амплитудном методе. Для этого в РЛС используются остронаправленные антенны, обладающие узкими диаграммами направленности в той плоскости, в которой производится измерение угловой координаты (например, в горизонтальной, если измеряется азимут) и соответственно метод максимума. Величина излучаемого, а значит, и принимаемого сигнала зависит от направления на объект и достигает максимального значения, когда ось симметрии диаграммы направленности ориентирована на объект (рис. 7). При повороте антенны изменяется величина отраженных импульсов, принимаемых станцией. Зафиксировав момент достижения максимума отраженных импульсов, можно определить (отсчитать) в это время угол поворота антенны, который, как следует из рис. 1.12, будет равен угловой координате объекта (азимуту, углу места). Радиолокационная станция должна измерять координаты объектов, находящихся в определенной зоне пространства. Для этого любая РЛС осуществляет обзор пространства.

Обзор по дальности осуществляется путем распространения радиоволн до объектов и обратно. Вследствие использования в РЛС остронаправленных антенн энергия излучается только в определенном направлении, и для облучения остальных точек пространства антенну необходимо перемещать по углу. В зависимости от того, каким образом перемещается антенна, различают различные методы обзора пространства. Наиболее часто в РЛС используется круговой обзор. Антенны этих РЛС имеют узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и более широкую в вертикальной. Для обзора пространства антенна вращается в горизонтальной плоскости с постоянной частотой n оборотов в минуту, последовательно направляя энергию в различные точки пространства.

Дата добавления: 2014-01-11