Радиолокатор — радиоэлектронное устройство, предназначенное для обнаружения и определения местоположения объектов.

Р А Д И О Л О К А Ц И О Н Н Ы Е

С Т А Н Ц И И

Рабочий конспект лекций

 

 

                                                                                                                                                                                                                                           

 

 

                                                                                                                                                                     

 

 

2010 г.

Cписок сокращений

 

АПЧ — автоматическая подстройка частоты

АФК — амплитудно-фазовый корректор;                                                                                                                                                               

БИС — большая интегральная схема;

БРЛС — береговая радиолокационная станция;

ВАКР — Всемирная административная конференция по радиосвязи;

ВАРУ — временная автоматическая регулировка усиления;

ВМ — ведомая станция;

ВЩ — ведущая станция;

ДЧ — делитель частоты;

ИИД — индикатор истинного движения;

ИК — истинный курс;

ИКО — индикатор кругового обзора;

ИМО—Международная морская организация;

ИНМАРСАТ — Международная спутниковая система морской радиосвязи;

ИОД — индикатор относительного движения;

ИСЗ — искусственный спутник Земли;

КБВ — коэффициент бегущей волны;

КОСПАС — космическая спутниковая аварийно-спасательная система;

КПД — коэффициент полезного действия;

КПЧ — контактно-пусковые часы;

КРМ — круговой радиомаяк;

КСВ — коэффициент стоячей волны;

КУ — курсовой угол;

МАМС — Международная ассоциация маячных служб;

МККР — Международный консультативный комитет по радио;

МПВ — малая постоянная времени;

МППСС — Международные правила по предупреждению столкновений судов;

МСЭ — Международный союз электросвязи;

НКД — неподвижный круг дальности;

ОЗУ—оперативное запоминающее устройство;

ОРКУ — отсчет радиокурсового угла;

Орт.П — ортодромический пеленг;

ПВ — поверхностная волна;

ПЗУ — постоянное запоминающее устройство;

ПКД — подвижный круг дальности;

ПОН — прибор обнаружения неисправностей;

ПР — пространственная волна;

ПЧ — промежуточная частота;

РЗП — разрядник защиты приемника;

РКУ — радиокурсовой угол;

РЛП — радиолокационный пеленг;

РЛС — радиолокационная станция;

РЛТ — радиолокационный тренажер;

РМО — радиолокационный маяк-ответчик;

РНП — радионавигационный параметр;

РНС — радионавигационная система;

РО — радиолокационный отражатель;

РП — радиопеленг;

РРЧ — ручная регулировка частоты;

РТСНО — радиотехнические средства навигационного оборудования;

РФ — режекторный фильтр;

САРП — средства автоматической радиолокационной прокладки;

СВРЛ — система вторичной радиолокации;

СВЧ — сверхвысокие частоты;

СЗО — судовой запросчик-ответчик;

СКВТ — синусно-косинусный вращающийся трансформатор;

СКП — средняя квадратическая погрешность;

УВЧ — ультравысокие частоты;

УРЧ — усилитель радиочастоты;

УДС — управление движением судов;

УКВ — ультракороткие волны;

УПЧ — усилитель промежуточной частоты;

ФАП — фазовая автоподстройка;

ФД —фазовый детектор;

ФО — фазовый отсчет;

ЭВ — электронный визир;

ЭВМ (ЭЦВМ) — электронная вычислительная машина;

ЭЛТ — электронно-лучевая трубка;

ЭП — эмиттерный повторитель;

ЭПР — эффективная площадь рассеяния;

БЦИ — блок цифровой индикации;

БВЧ — блок высокой частоты;

БНЧ — блок низкой частоты;

БСК — блок синхронизации каналов;

ВУ — видеоусилитель;

БИП — блок индикаторной панели.

 

 

 

Раздел I.  РАДИОЛОКАЦИЯ

 

1.1. ВИДЫ И МЕТОДЫ  РАДИОЛОКАЦИИ

 

 

Радиолокатор — радиоэлектронное устройство, предназначенное для обнаружения и определения местоположения объектов.

 Радио­локатор расширяет возможности человека в восприятии окружа­ющей обстановки. Хотя радиолокатор уступает глазу в способности различать отдельные детали объектов (форму, цвет и т. п.), он «ви­дит» в условиях, недоступных зрению человека (в темноте, при тумане, дожде, снеге и т. п.). Кроме того, радиолокатор позволяет достаточно точно измерять расстояния до обнаруженных объектов.

 

Простейший радиолокатор состоит из:

-- передатчика

-- передающей антенны, излучающей электромагнитные колебания

-- приемной ан­тенны

-- приёмника - устройства для обнаружения колебаний, отраженных от объекта в обратном направлении.

-- индикаторного устройства.

 

По характеру излучения радио­волн все радиолокационные системы можно разделить на две груп­пы:

-- импульсные

--  непрерывные

 

 В импульсных системах антенной излучаются кратковременные импульсы, а в паузах между импуль­сами происходит прием отражений.

К системам непрерывного из­лучения относят такие, в которых одна антенна излучает, а другая принимает незатухающие колебания в течение необходимого для наблюдения времени. Техническая реализация импульсных систем коренным образом отличается от систем с непрерывным излуче­нием.

 

В зависимости от способа образования радиолокационных сигна­лов, несущих информацию, различают три вида радиолокационного наблюдения:

-- активный,

-- активный с активным ответом,

-- пассивный  (рис. 1)

 

 

Рис. 1. Методы радиолокации:

а — активный; б — активный с активным ответом; в — пассивный

 

Импульсы, излучаемые радиолокационной станцией, называются зондирующими, а поступающие к антенне в паузах между зонди­рующими— отраженными импульсами, или эхо-сигналами. По эхо- сигналам на экране индикаторного устройства производится изме­рение дальностей и угловых координат объектов.

 

Радиолокационные методы обнаружения целей, определения их местоположения и параметров движения основаны на приеме и об­работке сигналов, отражаемых или излучаемых целями, и на ис­пользовании свойств постоянства скорости распространения радио­волн (d = 3- 10⁸ м/с).

 

При непрерывном излучении радиоволн для определения даль­ности необходимо фиксировать значение частоты или фазы излу­чаемой волны (сделать засечку) и измерять значение зафиксиро­ванного параметра в момент приема отраженной волны. Таким об­разом, определение расстояния в таких системах сводится к изме­рению разности частот или фаз между излучаемым и отраженным от цели сигналами.

В морских навигационных РЛС используется импульсный ре­жим, предусматривающий излучение серии прямоугольных импуль­сов сверхвысокочастотных синусоидальных колебаний. Форма из­лучаемых (зондирующих) и принимаемых импульсов может отли­чаться от прямоугольной.

 

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РЛС

 

Рассмотрим функциональную схему импульсной радиолокаци­онной станции (рис. 5). Важнейшим узлом РЛС, управляющим работой всех блоков станции и обеспечивающим получение необ­ходимости временной связи между процессами, является синхро­низатор. Он вырабатывает последовательность запускающих им­пульсов, частота повторения которых определяет частоту зондиру­ющих импульсов и частоту развертки индикатора. Запускающие импульсы называют также стартовыми (старт-импульсами).

 

 

 

Старт-импульсы, определяющие частоту повторения зондирующих (излучаемых) импульсов используются для запуска модулятора. Модулятор вырабатывает мощный импульс для запуска генератора СВЧ (магнетрона). Форму модулирующего импульса стремятся приблизить к прямоугольной для получения максимальной энергии импульса. При поступлении импульса от модулятора магнетрон (генератор СВЧ) генерирует мощный радио-импульс, огибающая которого по форме и длительности полностью соответствует форме и длительности модулирующего импульса. Радиоимпульс СВЧ через антенный переключатель поступает на антенну и излучается в пространство, зондируя окружающую обстановку.

Если зондирующий импульс встречает на своем пути какие-либо объекты, он отражается от них, превращаясь в отраженный сигнал. Этот сигнал поступает на антенну той же станции и через антен­ный переключатель попадает на вход приемника РЛС. Основное назначение антенного переключателя — максимум энергии импуль­са, генерируемого передатчиком, направлять в антенну, не допуская проникновения ее в приемник. Кроме того, при поступлении в ан­тенну отраженных сигналов антенный переключатель должен с минимумом потерь направлять их в приемник РЛС.

Приемники морских РЛС выполнены по супергетеродинной схе­ме. Отраженные сигналы преобразуются в импульсы промежуточ­ной частоты, усиливаются усилителем промежуточной частоты (УПЧ), а затем детектируются. Детектированные видеоимпульсы усиливаются видеоусилителем и поступают на ЭЛТ индикатора.

В зависимости от типа используемого индикатора видеосигнал вызывает изменение траектории движения электронного луча или резко изменяет яркость свечения участка радиальной развертки (в индикаторах с яркостной отметкой, к которым относятся инди­каторы кругового обзора, широко применяемые в морских РЛС).

 Старт-импульсы синхронизатора поступа­ют также к индикатору, обеспечивая формирование развертки. Начало движения электрон­ного луча под действием развертывающего напряжения или тока совпадает с излучением зондирующего импульса. Поэтому, измерив расстояние до отраженного сигнала от начала развертки, получим дальность до объекта.

 

ОТРАЖАЮЩИЕ СВОЙСТВА ОБЪЕКТОВ

 

При воздействии электромагнитной волны на какое-либо тело в нем возникают переменные электрические токи высокой частоты. Таким образом, сам объект становится источником вторичного по­ля, т. е. происходит отражение падающей электромагнитной вол­ны. Частота, фаза, поляризация и мощность отраженных волн за­висят от многих причин, обусловленных как падающей волной, так и свойствами самой цели. Поступающая на вход приемника пере­излученная волна представляет собой полезный сигнал.

Переизлучаемая мощность зависит от материала, из которого состоит объект, его размеров и формы. Так, если размеры цели во много раз больше длины волны, а поверхность цели гладкая (вы­сота неровностей на порядок меньше длины волны), происходит зер­кальное отражение. В этом случае угол падения равен углу отра­жения и переизлученные электромагнитные волны не достигают приемника РЛС.

 

К зеркально отражающим поверхностям относятся:

 

--   поверхность плоского металлического листа

--  спокойная водная поверхность

--  ровные площадки бетона, асфальта и т. п.

 

Поверхность считается шероховатой, если неровности сравнимы с длиной волны.

Неровности обусловливают рассеивание радиоволн в различных направлениях, поэтому такие поверхности называют диффузно-рассеивающими.

Часть энергии при диффузном рассеивании по­падает и на излучатель. Возможно резонансное отражение, если линейные размеры объекта или его отдельных элементов соответ­ствуют нечетному числу полуволн. Резонансное отражение харак­теризуется большой интенсивностью и резко выраженной направ­ленностью, которые зависят от конфигурации и ориентации отра­жающего объекта. Когда длина волны РЛС превышает линейные размеры объектов, падающая волна огибает их и отраженные сиг­налы практически отсутствуют.

На практике приходится чаще всего встречаться с объектами сложной конфигурации, состоящими из большого числа отража­ющих элементов.

 Следует учитывать также, что относительное по­ложение целей и РЛС изменяется (движение судна, качка, падаю­щие капли дождя, снег и т. п.). В результате амплитуды и фазы отраженных сигналов, а также частота и поляризация изменяются, что обусловливает случайный характер флюктуаций отраженных сигналов.

 

Заметим, что судовая РЛС позволяет получать только часть ин­формации, содержащейся в радиолокационном сигнале. Изменения фазы и частоты импульса при отражении от объектов также могли бы использоваться потребителем, но это связано со значительным усложнением и удорожанием станции (что не всегда оправдано).

 

 

 

 

Искусственные отражатели.

 

При ис­пользовании радиолокации на море час­то возникает необходимость увеличить достоверность обнаружения навигацион­ных знаков, слабо отражающей берего­вой черты, а также мелких судов и т. п. Это достигается путем искусственного увеличения ЭПР этих объектов — приме­нением уголковых отражателей. ЭПР этих уголковых отражателей слабо зави­сит от угла прихода падающей волны, обеспечивая значительное увеличение отраженного сигнала.

Уголковые отражатели обычно представляют собой конструкцию из двух-трех и более взаимно перпендикулярных пластин. При раз­личных углах падения электромагнитных волн такой отражатель проявляет себя как пластина, перпендикулярная к направлению па­дающих волн.

Рассмотрим процесс формирования отраженной волны.

Однако двугранные уголковые отражатели неэффективны, если угол отличается от направления, перпендикулярного плоскости, проходящей через ребро. Поэтому на практике используются трех­гранные уголковые отражатели. Максимальное значение площади эквивалентной пластины получится при совпадении направления падения волны с направлением оси симметрии уголкового отража­теля. ЭПР уголкового отражателя с треугольными гранями.

 

Хотя ЭПР уголка с квадратными граня­ми больше в 9 раз, чем уголка с треуголь­ными гранями, на практике чаще применя­ются последние. Они имеют более широкую диаграмму вторичного излучения и боль­шую механическую жесткость.

Одиночный уголковый отражатель эф­фективен в определенном направлении, по­этому для получения всенаправленного от­ражателя соединяется вместе несколько уголковых отражателей (рис. 8). Уголковые отражатели широко применяются в практике навигационного обеспечения (буи, вехи уголковых отражателей). Необходимо помнить, что угол 90° между гранями должен быть выдержан с высокой точностью, так как малейшее отклонение приводит к зна­чительному уменьшению отраженного сигнала.

Наиболее эффективным отражателем является линза Люнебер­га, представляющая собой шар или цилиндр из множества слоев пластмассы. Отражателем (рефлектором) является металлизиро­ванная полусфера.

Диэлектрическая постоянная шара постепенно изменяется, т. е. возрастает, что вызывает искривление траекторий падающих и отраженных лучей. Такой отражатель фокусирует энергию в пределах широкого угла падения и отражает ее к каж­дому облучателю (рис. 9). Например, ЭПР линзы Люнеберга с диаметром шара 30 см равна 63 м². Использование таких отра­жателей на практике пока ограничено сложностью технологии их изготовления и стоимостью.

Эффективность использования искусственных отражателей оп­ределяется сравнением вероятностей обнаружения объектов (табл. 4, где РО — радиолокационный отражатель).

Отмечая эффективность применения радиолокационных отра­жателей, Комитет по безопасности на море ИМО в 1972 г. разра­ботал единые требования к ним, а также обязал их установку на судах водоизмещением менее 100 брутто- рег. т., плавающих в международных и пограничных водах.

 

Помимо основных задач, решаемых радиолокационными станциями - обна­ружения и определения местоположения объектов, так же обес­печивается решение ряда дополнительных задач:

 

-- увеличение вероятности обнаружения малых (или слабо отражающих) объектов  путем установки активных или пассивных отражателей;

--  опознавание определенного объекта среди других, обнаруживаемых радио­локационной станцией;

-- централизованный контроль за обстановкой на акваториях или протяжен­ных фарватерах путем трансляции информации от отдельных станций в единый диспетчерский центр;

-- решение задачи расхождения судов путем оптимального маневрирования с использованием вычислительных устройств и электронных индикаторов ситуаций.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: