www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Радиолокаторы с частотным разносом (многочастотные радиолокаторы)

Коммутатор
Дуплексер
Частотный
селектор
Приемник
f₂
Приемник
f₁
Линия
задержки
Сумматор
Сумматор
Пере-
множитель
Передатчик
f₁
Передатчик
f₂
Модулятор
Модулятор
Синхро-
низатор

Рисунок 1. Структурная схема многочастотного (двухчастотного) радиолокатора.

Коммутатор
Дуплексер
Частотный
селектор
Приемник
f₂
Приемник
f₁
Линия
задержки
Сумматор
Сумматор
Пере-
множитель
Передатчик
f₁
Передатчик
f₂
Модулятор
Модулятор
Синхро-
низатор

Рисунок 1. Структурная схема многочастотного (двухчастотного) радиолокатора.
(Подведите указатель «мыши» к выбранному элементу и получите поясняющий текст)

Радиолокаторы с частотным разносом (многочастотные радиолокаторы)

Как известно, амплитуда отраженного от цели сигнала зависит от целого ряда факторов, в том числе, и от эффективной площади рассеяния цели. Для соотношений между используемыми в радиолокации длинами волн и размерами типовых целей эффективная площадь рассеяния цели является достаточно сильно осциллирующей величиной (см. раздел „Эффективная площадь рассеяния“). Такой эффект вызывает сильную флюктуацию амплитуды отраженного сигнала, что приводит к увеличению требуемого отношения „сигнал – шум“, а это отрицательно сказывается на характеристиках радиолокатора, таких как дальность обнаружения цели и точность измерения ее координат.

Для достижения когерентности принятые сигналы обрабатываются по-отдельности. Использование двух передатчиков параллельно дает увеличение усиления радиолокатора на 3 дБ. Использование сигналов на двух разнесенных частотах обычно добавляет к этому еще 2,8 дБ.

За счет использования технологии многочастотного зондирования оказывается возможным заметно увеличить максимальную дальность действия радиолокатора при неизменных значениях вероятности обнаружения и вероятности ложной тревоги. Иными словами, если вероятность обнаружения и вероятность ложной тревоги одинаковы для двух радиолокаторов, одночастотного и многочастотного, то использование двух или более частот во втором локаторе обеспечивает увеличение максимальной дальности действия.

Физической основой такого эффекта является сглаживание флуктуаций амплитуды отраженного сигнала при использовании двух или более частот зондирования. Пики и провалы диаграммы обратного рассеяния для разных частот будут сдвинуты друг относительно друга. Там, где рассеяние для первой частоты имеет максимум, рассеяние на второй частоте будет меньшим и даже, возможно, минимальным. Очевидно, что сумма таких сигналов будет флюктуировать существенно меньше, чем каждый из них по отдельности, то есть за счет суммирования сигналов на разных частотах происходит сглаживание результирующего сигнала.

Особенностью такой технологии является требование независимости сигналов на разных частотах, то есть их спектры не должны перекрываться. Кроме этого, следует помнить, что использование сигналов на разных частотах расширяет рабочий диапазон радиолокатора и, тем самым, облегчает противнику задачу его выявления по излучению.

Для формирования многочастотного сигнала могут использоваться такие способы.

  1. Одновременное излучение нескольких импульсов на различных несущих частотах. Наиболее простым в его реализации является способ, при котором многочастотный сигнал формируется группой передатчиков с различными несущими частотами, одновременно работающих на общую или на отдельные антенны. Для приема сигналов на разных частотах используются отдельные приемники.
     
  2. Смещение во времени за счет быстрой перестройки несущей частоты зондирующего сигнала по определенному закону. При этом могут использоваться следующие методы изменения несущей частоты:
    • от импульса к импульсу;
    • от одной группы импульсов к другой;
    • в пределах длительности каждого импульса.

    Может использоваться также комбинация нескольких методов.

Пример. В многочастотном радиолокаторе системы управления воздушным движением ASR-910 излучаются два близко расположенных на оси времени импульса с разнесением по частоте. В радиолокаторе системы противовоздушной обороны RRP-117 (AN/FPS-117) также используется зондирование на двух частотах и, дополнительно, сжатие принятого импульса. Однако, поскольку при сжатии сигналов их спектры пересекаются, в этом случае используются соответствующие алгоритмы.

Излучение нескольких смещенных во времени сигналов имеет перед одновременным излучением ряд преимуществ, а именно:

Важным преимуществом многочастотных радиолокаторов является их высокая помехоустойчивость. Существенное влияние на это оказывает алгоритм дальнейшей обработки одиночного сигнала. Так, при линейном сложении сигналов на разных частотах увеличивается вероятность обнаружения цели. В то же время помехозащищенность при такой обработке оказывается лишь немного выше, чем у одночастотного радиолокатора.

Использование двух передатчиков на разных частотах (например, радиолокатор ASR-910) часто ошибочно рассматривается только с точки зрения аппаратной избыточности. («Если один передатчик выйдет из строя остается другой»). В такой ситуации (отказ одного передатчика) дальность действия радиолокатора уменьшается и становится около 70 %[1] от номинальной (указанной в документации). Это несоответствие выявляется в ходе облета позиции, однако причину, как правило, сначала начинают искать в чем-то другом, забыв, что номинальная дальность действия обеспечивается только при совместной работе обоих передатчиков.

  1. Примечание: Корень четвертой степени от суммы коэффициентов потерь (в децибелах) за счет уменьшения излучаемой мощности (3 дБ) и за счет флуктуаций амплитуды отраженного сигнала (2 … 2,5 дБ).
Коммутатор
Дуплексер
Частотный
селектор
Приемник
f₂
Приемник
f₁
Линия
задержки
Сумматор
Сумматор
Пере-
множитель
Передатчик
f₁
Передатчик
f₂
Модулятор
Модулятор
Синхро-
низатор

Рисунок 1. Структурная схема многочастотного (двухчастотного) радиолокатора.

Принцип действия

Синхронизатор

Синхронизатор вырабатывает синхронизирующие сигналы, например, импульсы запуска передатчика, импульсы начала дистанции для индикатора и сигналы синхронизации других задействованных цепей.

Модулятор

Генераторная лампа передатчика управляется мощными импульсами напряжения постоянного тока, которые вырабатываются устройством, называемым модулятором.

Передатчик

Радиолокационный передатчик вырабатывает мощные короткие (малой длительности) радиоимпульсы, которые излучаются в пространство антенной.

Коммутатор
f1
f2
Строб
f1
Строб
f2

Рисунок 2. Коммутатор

Kommutator
f1
f2
Строб f1
Строб f2

Рисунок 2. Коммутатор

Представляет собой управляемый во времени переключатель. Слово «коммутатор» имеет латинские корни и означает «менять», «изменять». Коммутатор может работать в пассивном режиме (все входные радиоимпульсы с обоих входных разъемов попадают на выходной разъем) или в активном режиме (входные радиоимпульсы переключаются на выход коммутатора соответствующими стробами, как показано на Рисунке 2).

Поскольку на сверхвысоких частотах переключение должно происходить очень быстро, в коммутаторах применяется технология, аналогичная той, на основе которой построены антенные переключатели (переключатели прием – передача).

Антенный переключатель (дуплексер)

В радиолокаторах, где одна и та же антенна используется и в режиме передачи и в режиме приема, антенный переключатель осуществляет попеременное подключение антенны к передатчику и к приемнику. Такая необходимость вызвана тем, что мощные радиоимпульсы передатчика, в случае их попадания в приемник, гарантированно выведут его из строя.

Антенна

Преобразует энергию зондирующих радиосигналов в энергию свободно распространяющихся электромагнитных волн с заданным пространственным распределением. При приеме отраженных целью сигналов в антенне выполняется обратное преобразование.

Частотный селектор

Представляет собой частотно-избирательный фильтр. Он выделяет эхо-сигналы на разных частотах и направляет каждый из них в соответствующий его частоте приемник.

Приемники

В приемниках выполняется усиление и демодуляция принятых радиосигналов. Приемник формирует на своем выходе видеосигналы.

Линия задержки
f2  f1
Осциллограф
Время задержки

Рисунок 3. Время задержки

f2  f1
Осциллограф
Время задержки

Рисунок 3. Время задержки

В передатчике импульс на частоте f2 имеет задержку во времени относительно импульса на частоте f1 (Рисунок 3). При этом величина задержки точно известна. Для устранения этой задержки в приемном тракте (ведь импульс на частоте f2 не становится быстрее, даже если бы мы этого хотели!) импульс на частоте f1 должен быть задержан на это же время. После этого в сигнальном процессоре оба сигнала могут обрабатываться одновременно.

Обратите внимание (смотрите Рисунок 3), что первый излученный импульс и на осциллограмме показан как первый, то есть в левой стороне экрана!

Обработка сигнала

В многочастотном радиолокаторе одиночные сигналы на разных частотах обрабатываются параллельно каждый в своем канале. Далее эти сигналы суммируются и полученный результат сравнивается с порогом. При этом используются такие виды алгоритмов обработки:

При использовании каждого из приведенных выше алгоритмов достигается высокая эффективность в соответствии с тем или иным критерием.
Однако какой из алгоритмов используется в конкретном радиолокаторе, как правило, не разглашается.

Индикатор

На индикаторе для наблюдателя формируется непрерывное, легко понимаемое графическое изображение относительного положения радиолокационных целей.