Радиолокация
4(fD/(.
Из этой формулы следует, что сдвиг фаз между прямым и отраженным
сигналами зависит от дальности до объекта и частоты колебаний, генерируемых
ГМЧ. Поскольку частота колебаний постоянна, по сдвигу фаз можно определить
дальность до объекта.
Наибольшее распространение получил импульсный способ определения
дальности. Работой импульсного локатора управляет генератор импульсов (ГИ),
следующих с относительно невысокой частотой повторения - порядка сотен
импульсов в секунду. Мощные импульсы подаются на генератор высокой частоты
(ГВЧ), вырабатывающий очень мощные короткие импульсы высокочастотных (ВЧ)
колебаний. Через антенный переключатель (АП) ВЧ импульс поступает в
антенну и излучается. После излучения импульса антенна подключается к входу
приемника (Пр.).
Рис.3. Структурная схема импульсной РЛС
Одновременно с излучением импульса запускается генератор развертки
(ГР.), вырабатывающий линейно нарастающее пилообразное напряжение. Оно
поступает на пластины горизонтального отклонения электронно-лучевой трубки,
экран которой и является экраном РЛС.
Усиленный и продетектированный сигнал с выхода приемника подается на
пластины вертикального отклонения. Что же можно наблюдать на экране? Прежде
всего, в самом начале линии развертки появится мощный импульс сигнала ВЧ
генератора, который служит началом шкалы дальности. Спустя некоторое время,
нужное для распространения волн, придут сигналы от целей. Луч к этому
времени переместится правее. Чем дальше цель, тем дальше от начала
развертки окажутся отраженные импульсы. А их амплитуда будет
соответствовать интенсивности отраженного сигнала. По ней в какой - то мере
можно судить о величине цели. Определять дальность на экране импульсного
локатора достаточно просто: под линией развертки можно расположить шкалу.
Но, поскольку такой способ уж очень несерьезен, в схему локатора ввели
масштабные генераторы меток. Шкалу дальности стал рисовать электронный луч
параллельно со своим основным назначением - индикацией целей. Генератор
развертки совершенствовался, например, достигнута возможность «растянуть»
по горизонтали любое место линии развертки, чтобы подробнее рассмотреть
отраженные сигналы в заданном интервале дальностей. У описанного
индикатора (он получил название «индикатор типа «А») есть существенный
недостаток: он дает только дальность, а направление на цель надо определять
по шкалам поворотного устройства антенны. Поэтому очень скоро был
разработан другой индикатор (тип В), используемый в РЛС кругового обзора.
Антенна этой станции вращается вокруг вертикальной оси, «просматривая» все
азимутальные направления от 0 до 360 градусов. Структурная схема РЛС и
порядок работы остаются прежними, но индикатор кругового обзора (ИКО)
выполнен совсем по-другому. Пилообразное напряжение развертки подается на
специальный кольцевой отклоняющий электрод, и линия развертки проходит по
радиусу - от центра к краю экрана. Она поворачивается синхронно с антенной.
Для поворота линии развертки на обычные отклоняющие пластины X и Y подают
синусоидальные переменные напряжения в квадратуре, т.е. на одну пару
пластин - косинусоидальное напряжение, а на другую синусоидальное. Частоты
этих напряжений равны частоте вращения антенны и составляют доли герца. Луч
при этом описывал бы круги на экране, но, поскольку имеется еще напряжение
радиальной развертки на кольцевом электроде, изменяющееся значительно
быстрее с частотой повторения излучаемых импульсов, луч чертит линию
развертки, вращающуюся вместе с вращением антенны.
Сигнал с выхода приемника подается на управляющий электрод (сетку) ЭЛТ
и заставляет луч увеличивать яркость при наличии отраженных импульсов.
Таким образом, на экране ИКО луч «рисует» радиолокационную карту местности.
Место расположения самой РЛС соответствует центру экрана. Локатор кругового
обзора хорошо подходит для морской навигации, дальнего обнаружения
воздушных целей, диспетчерского контроля в аэропортах. Теперь все чаще
переходят к секторному обзору, при котором антенна «осматривает» не весь
горизонт, а только нужную его часть. Большие наземные РЛС снабжают
индикаторами нескольких типов: кругового обзора для обнаружения целей и
контроля обстановки, типа А для точного определения дальности и т.д. Если,
например, диаграмма направленности антенны может «качаться» еще и по углу
места (для этого обычно не наклоняют всю антенну, достаточно «качать» ее
облучатель), то применяют в дополнение к ИКО индикатор «дальность -
высота». В нем луч развертывается по радиусу и «качается» в некотором
секторе синхронно с антенной, а координаты выбраны прямоугольными. Такой
индикатор наглядно покажет и высоту цели.
Технические характеристики РЛС во многом зависят от конструкции приемо
- передающей антенны. Энергию волн из волновода в открытое пространство
можно передать посредством рупорной антенны. Хорошая рупорная антенна
должна быть длинной , поскольку любые неоднородности в волноводе приводят к
отражению распространяющейся энергии. Переход от волновода к рупору как раз
и является такой неоднородностью, поэтому он должен быть достаточно
плавным. Чтобы правильно сформировалась диаграмма направленности, поле в
раскрыве антенны должно быть синфазным. Это значит, что колебания поля
электромагнитной волны в различных точках раскрыва должны происходить
одновременно. Но при распространении от рупора и вдоль его грани волна
проходит разный путь и колебания на краях раскрыва запаздывают
относительно колебаний в центре. Если разница путей достигает четверти, или
даже половины длины волны, рупорная антенна окажется неэффективной. Для
уменьшения указанной разницы путей, рупорные антенны делают длинными. Это
не совсем удобно, поэтому в радиолокации предпочитают зеркальные антенны ,
а рупор используют в качестве облучателя зеркала . Чем больше размеры
антенны , тем уже ее диаграмма направленности. Угловая ширина диаграммы
направленности ( связана с размером антенны формулой (=(/D , где угол
( выражается в радианах.
Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что
радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху
«гигантомании». Создавались все более мощные магнетроны, антенны все
больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах.
Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные
передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы
не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них
происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической
опасности высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих
вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные
лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность
потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно
допускается до 10 мВт/см2).
Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно
новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на
современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал,
закодированный по весьма сложному алгоритму ( наиболее распространен код
Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд
дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и
вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На
их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные
посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала
возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные
комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения.
Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго
будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом
серьезных научных работ и изысканий.
Развитие современной науки и техники невозможно представить себе без
применения радиолокации, которая используется и в исследовании космоса, и в
навигации воздушных и морских судов, и в военной технике ( для обнаружения
цели и наведения ракет на цель).
Список используемой литературы:
1. Основы радиолокации и телевидения. А.А.Немец, В.И.Федотов, Москва,
Высшая школа, 1984г.
2. Радиолокация без формул. М.К.Размахнин, Москва, Советское радио,1971г.
-----------------------
(
| |  скачать работу |
Радиолокация |
