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

Двухкоординатный или трехкоординатный радиолокатор

Рисунок 1. Зона обзора типичного двухкоординатного радиолокатора, представляющая собой вращающуюся косеканс-квадратную либо веерную диаграмму направленности

Рисунок 1. Зона обзора типичного двухкоординатного радиолокатора, представляющая собой вращающуюся косеканс-квадратную либо веерную диаграмму направленности

Двухкоординатный или трехкоординатный радиолокатор

Двухкоординатный радиолокатор

Радиолокатор обзора воздушного пространства сканирует пространство определенных размеров вокруг своей точки расположения и принимает отраженные от воздушных объектов сигналы. Диаграмма направленности его антенны рассчитывается для выполнения конкретных задач. Как правило, антенна формирует вращающуюся веерную или косеканс-квадратную диаграмму направленности. Радиолокатор с таким методом сканирования называют двухкоординатным. Такой радиолокатор способен измерять только две координаты для определения положения целей. Две находящиеся на одном азимуте цели, одна из которых летит над другой, будут отображены как одна (правда, больших размеров) цель.

Для получения третьей координаты – угла места (или высоты) – необходимо использовать два двухкоординатных радиолокатора. Такой метод был разработан на заре развития радиолокационных технологий, что соответствует по времени Второй мировой войне и послевоенному периоду. Один из радиолокаторов работал как обзорный, а второй выполнял роль высотомера. Радиолокаторы обоих типов, радиолокатор поиска и высотомер, были двухкоординатными радарами, и каждый из них мог измерять только две координаты целей: обзорный радиолокатор – азимут и дальность, высотомер – угол места (высоту) и дальность. Объединяя информацию, полученную этими двумя радиолокаторами можно получить полные координаты цели.

В радиолокаторах, используемых военными, фактор стоимости не играет главную роль. А вот радиолокаторы, используемые в системах управления воздушным движением, не должны быть слишком дорогими. Поэтому в таких системах, в основном, используются только двухкоординатные обзорные радиолокаторы. Информация о высоте обеспечивается методом вторичной радиолокации.

Рисунок 2. Зона обзора типичного трехкоординатного радиолокатора, полученная электронным сканированием игольчатого луча в вертикальной плоскости и механическим вращением в горизонтальной

Рисунок 2. Зона обзора типичного трехкоординатного радиолокатора, полученная электронным сканированием игольчатого луча в вертикальной плоскости и механическим вращением в горизонтальной.

Трехкоординатный радиолокатор

Радиолокатор, обеспечивающий измерение всех трех пространственных координат, называют трехкоординатным.

Особой формой трехкоординатных радиолокаторов является метеорологический радиолокатор, в котором используется очень узкий «игольчатый» луч (луч карандашного типа). После каждого полного сканирования (оборота, в случае кругового обзора) угол места антенны изменяется для следующего сканирования. Эти операции повторяются на многих углах места для просмотра заданной зоны пространства. Просмотр всей зоны обзора вкруговую для всех углов места может занимать время до 15 минут. Такой метод не подходит для обзорных радиолокаторов, так как самолеты имеют большие скорости и могут преодолевать значительные расстояния за короткое время. За эти 15 минут сверхзвуковой самолет пролетит почти 300 километров!

Изначально трехкоординатные радиолокаторы являлись очень сложными технически. В таком радиолокаторе необходимо было предусмотреть несколько параллельных приемных каналов, а его антенна должна была развертывать несколько диаграмм за время приема. Примером такой технологии может служить радиолокатор MPR (Medium Power Radar, радиолокатор средней мощности), который в настоящее время больше не используется. Его огромная параболическая антенна имеет 36 рупорных облучателей, при помощи которых формируется в общей сложности 12 узких лучей, ориентированных друг над другом под разными углами места. Исходя из того, в каком приемном канале эхо-сигнал цели максимален, определяется ее точный угол места. По этому значению с учетом измеренной дальности цели рассчитывается ее высота. Во всех 12 направлениях должна излучаться чрезвычайно высокая мощность. Поэтому в обоих усилителях мощности передатчика применялись клистроны для выработки импульсов мощностью до 20 мегаватт.

Устаревшие трехкоординатные радиолокаторы, имеющие плоскую или линейную фазированную решетку, не излучают во всех направлениях сектора наблюдения одновременно. Это делается последовательно во времени. Такие антенны могут сканировать пространство только в пределах ограниченного сектора углов поворота. В таком случае имеются две возможности: антенна механически вращается по азимуту и осуществляет электронное сканирование по углу места либо применяются четыре статические плоские решетки, каждая из которых перекрывает четверть окружности. Оба варианта обеспечивают обзор всей зоны. В обоих случаях радиолокатор в один момент времени излучает и принимает сигнал только в одном угловом направлении.

Вариант с вращающейся антенной имеет серьезный недостаток. Поскольку зона обзора по углу места просматривается последовательно во времени, то антенна не должна вращаться слишком быстро, чтобы избежать пробелов в зоне обзора из-за нарушения баланса времени. В то же время вариант с четырьмя статическими антеннами имеет преимущество в распределении времени, поскольку практически четыре радиолокатора одновременно сканируют пространство. Сигналы, полученные от всех них, подвергаются общей обработке и отображаются совместно. Такая система может работать гораздо более гибко и использоваться как многофункциональный радиолокатор. Поэтому современные радиолокаторы – это всегда многофункциональные радиолокаторы.

На основе преимуществ цифрового диаграммообразования и возможностей параллельной цифровой обработки данных во всех приемных каналах проблема ограниченности временных ресурсов решена полностью. Однако в таком случае весь сканируемый сектор должен облучаться импульсной мощностью в течении времени излучения, как в, например, радиолокаторе MPR. С помощью одной, очень специфической антенны «воронье гнездо», запатентованной Институтом высокочастотной физики и радиолокационных технологий сообщества Фраунгофера (FHR), возможно контролировать всю полусферу вокруг радиолокатора.