www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Радари с честотно разнообразие (многочестотни радари)

Комутатор
Антенен
превключвател
Селектор на
честотата
Приемник
f₂
Приемник
f₁
Контур за
забавяне
Усойница
Усойница
Мултипли-
катор
Передатчик f₁
Передатчик f₂
Модулатор
Модулатор
Синхро-
низатор

Изображение 1: Блок схема на многочестотен (двучестотен) радар.

Комутатор
Антенен
превключ-
вател
Селектор на
честотата
Приемник f₂
Приемник f₁
Контур за
забавяне
Усойница
Усойница
Мултипли-
катор
Передатчик
f₁
Передатчик
f₂
Модулатор
Модулатор
Синхро-
низатор

Изображение 1: Блок схема на многочестотен (двучестотен) радар.
(Преместете курсора върху блоковата схема и ще получите за всеки модул обяснителен текст!)

Радари с честотно разнообразие (многочестотни радари)

Амплитудата на отразения от целта сигнал зависи от редица фактори, включително от ефективната площ на разсейване на целта. За съотношенията между дължините на вълните и размерите на типичните цели, използвани в радарите, ефективната площ на разсейване на целта е доста силно колебаеща се величина (вж. Ефективна площ на разсейване). Този ефект предизвиква силни колебания в амплитудата на отразения сигнал, което води до увеличаване на необходимото съотношение сигнал/шум, което се отразява неблагоприятно на характеристиките на радара, като например обхвата на откриване на целите и точността на измерване на координатите.

За да се постигне кохерентност, получените сигнали се обработват поотделно. Използването на два паралелни предавателя увеличава усилването на радара с 3 dB. Използването на сигнали на две отделни честоти обикновено добавя още 2,8 dB.

Чрез използването на многочестотна технология за отчитане е възможно значително да се увеличи максималният обхват на радара при същата вероятност за откриване и вероятност за фалшива тревога. С други думи, ако вероятността за откриване и вероятността за фалшива тревога са еднакви за два радара, едночестотен и многочестотен, използването на две или повече честоти във втория локатор осигурява увеличаване на максималния обхват.

Физическата основа на този ефект е изглаждането на колебанията в амплитудата на отразения сигнал, когато се използват две или повече звукови честоти. Върховете и спадовете в диаграмата на обратното разсейване за различните честоти ще бъдат изместени един спрямо друг. Когато разсейването за първата честота е максимално, разсейването за втората честота ще бъде по-малко и може би дори минимално. Очевидно е, че сумата от такива сигнали ще се колебае значително по-малко, отколкото всеки от тях поотделно, т.е. чрез сумиране на сигналите с различни честоти се постига изглаждане на получения сигнал.

Характерна особеност на тази технология е изискването за независимост на сигналите с различни честоти, т.е. техните спектри не трябва да се припокриват. Освен това не трябва да се забравя, че използването на сигнали на различни честоти разширява работния обхват на радара и по този начин улеснява задачата за идентифицирането му по излъчването на противника.

За формиране на многочестотен сигнал могат да се използват следните методи.

  1. Едновременно излъчване на няколко импулса с различни носещи честоти. Най-простият начин за прилагането му е методът, при който многочестотният сигнал се формира от група предаватели с различни носещи честоти, работещи едновременно на обща или отделни антени. За приемане на сигнали на различни честоти се използват отделни приемници.
     
  2. Отместване във времето чрез бързо настройване на носещата честота на сондиращия сигнал съгласно определен закон. Могат да се използват следните методи за промяна на носещата честота:
    • от импулс до импулс;
    • от една група импулси към друга;
    • в рамките на продължителността на всеки импулс.

    Може да се използва и комбинация от няколко метода.

Понякога се използва терминът «Подвижност на честотата на РЛС», (frequency diversity). Това е според дефиницията всеки метод, който променя в псевдослучайна последователност носещата честота на пулсиращ радарен предавател между импулси или между групи от импулси в степен, равна или по-голяма от широчината на лентата на импулса.

Многочестотният радар за контрол на въздушното движение ASR-910 излъчва два близко разположени импулса по времевата ос с честотно разнообразие. Радарът за противовъздушна отбрана AN/FPS-117 също използва двойна честота на отчитане и освен това компресира приетия импулс. Тъй като обаче спектрите им се припокриват при компресирането на импулсите, в този случай се използват подходящи алгоритми.

Излъчването на няколко изместени във времето сигнала има редица предимства пред едновременното излъчване, а именно:

Важно предимство на многочестотните радари е тяхната висока шумоустойчивост. Алгоритъмът за по-нататъшна обработка на един сигнал оказва значително влияние върху него. По този начин при линейно добавяне на сигнали с различни честоти се увеличава вероятността за откриване на целта. В същото време шумоустойчивостта при такава обработка е само малко по-висока от тази на едночестотен радар.

Използването на два предавателя на различни честоти (напр. радар ASR-910) често се разглежда погрешно само от гледна точка на хардуерното резервиране. («Ако единият предавател не работи, другият остава»). В такава ситуация (повреда на един предавател) обхватът на радара намалява и става около 70%[1] от номиналния (посочен в документацията). Това несъответствие се открива по време на прелитане над позицията, но причината обикновено първо се търси в нещо друго, като се забравя, че номиналният обхват се осигурява само когато двата предавателя работят заедно.

  1. Забележка: Корен от четвъртата степен на сумата от коефициентите на загуба (в децибели), дължащи се на намаляване на излъчваната мощност (3 dB) и на колебанията на амплитудата на отразения сигнал (2 … 2,5 dB).
Комутатор
Антенен
превключвател
Селектор на
честотата
Приемник
f₂
Приемник
f₁
Контур за
забавяне
Усойница
Усойница
Мултипли-
катор
Передатчик f₁
Передатчик f₂
Модулатор
Модулатор
Синхро-
низатор

Изображение 1: Блок схема на многочестотен (двучестотен) радар.

Принцип на работа

Синхронизатор

Синхронизаторът генерира синхронизиращи сигнали, като например импулси за стартиране на предавателя, импулси за стартиране на разстоянието за индикатора и синхронизиращи сигнали на други участващи вериги.

Модулатор

Лампата на предавателя се задвижва от мощни импулси на постоянно напрежение, които се генерират от устройство, наречено модулатор.

Предавател

Радарният предавател произвежда мощни кратки (с малка продължителност) радиоимпулси, които се излъчват в пространството от антена.

Коммутатор
f1
f2
Строб
f1
Строб
f2

Изображение 2: Коммутатор

Kommutator
f1
f2
Строб f1
Строб f2

Изображение 2: Коммутатор

Представлява превключвател, управляван по време. Думата «комутатор» има латински корени и означава «променям», «изменям». Превключвателят може да работи в пасивен режим (всички входни радиоимпулси от двата входни жака отиват към изходния жак) или в активен режим (входните радиоимпулси се превключват към изхода на превключвателя чрез подходящи светлинни сигнали, както е показано на изображение 2).

Тъй като свръхвисоките честоти трябва да се превключват много бързо, в превключвателите се използва технология, подобна на тази, използвана в антенните превключватели (превключватели за приемане и предаване).

Антенен превключвател (дуплексор)

При радари, при които една и съща антена се използва в режим на предаване и приемане, превключвателят на антената свързва последователно антената към предавателя и към приемника. Тази необходимост се дължи на факта, че мощните радиоимпулси на предавателя, ако попаднат в приемника, гарантирано ще го унищожат.

Антената

Превръща енергията на сондиращите радиосигнали в свободно разпространяващи се електромагнитни вълни с определено пространствено разпределение. Антената извършва обратно преобразуване при получаване на отразени сигнали от целта.

Селектор за честота

Представлява честотно селективен филтър. Той избира ехото с различни честоти и насочва всяко от тях към приемник, който отговаря на неговата честота.

Приемници

Приемниците усилват и демодулират приетите радиосигнали. Приемникът генерира видеосигнали на своя изход.

Контур за забавяне
f2  f1
Осцилоскоп
Време на закъснение

Изображение 3: Време на закъснение

f2  f1
Осцилоскоп
Време на закъснение

Изображение 3: Време на закъснение

В предавателя импулсът с честота f2 се забавя във времето спрямо импулса с честота f1 (Изображение 3). За да се елиминира това закъснение в канала на приемника (защото импулс с честота f2 няма да стане по-бърз, дори и да искаме!), импулсът с честота f1 трябва да се забави със същото време. След това двата сигнала могат да се обработват едновременно в сигналния процесор.

Обърнете внимание (вж. Изображение 3), че първият излъчен импулс е показан и на осцилограмата като първи импулс, т.е. в лявата част на екрана!

Обработка на сигнали

В многочестотния радар отделните сигнали на различни честоти се обработват паралелно, всеки в свой собствен канал. След това тези сигнали се събират и резултатът се сравнява с праг. Използваните видове алгоритми за обработка са:

При използването на всеки от горните алгоритми се постига висока ефективност в съответствие с един или друг критерий.
Обикновено обаче не се разкрива кой алгоритъм се използва в даден радар.

Индикатор

Индикаторът създава непрекъснато и лесно за разбиране графично представяне на относителната позиция на радарните цели за наблюдателя.