Основы радиолокации

Активные радиолокационные калибраторы

Рисунок 2. Активный радиолокационный калибратор для X-диапазона (предоставлено компанией RST-Group, Швейцария)

Рисунок 2. Активный радиолокационный калибратор для X-диапазона
(предоставлено компанией RST-Group, Швейцария)

Активные радиолокационные калибраторы (англ. Active Radar Calibrator, ARC) для радиолокаторов с синтезированной апертурой представляют собой установленные на уровне земли приемопередатчики, функционирование которых сходно с функционированием транспондеров в системах вторичной радиолокации. Антенна калибратора направляется на находящийся на орбите космический аппарат во время его пролета над местом расположения калибратора. Время видимости космического аппарата калибратором составляет около 8 секунд. В течении этого времени антенна калибратора следует за ним. После пролета космического аппарата калибратор переходит в режим ожидания, а его антенна переводится в защищенное положение. Калибратор принимает сигналы, излучаемые радиолокатором космического аппарата, и измеряет их интенсивность. После этого формируется и излучается ответный сигнал, имеющий ту жу частоту и калиброванную (точно известную) мощность. Поскольку ответный сигнал активного калибратора гораздо мощнее пассивных эхо-сигналов, то он создает яркую точку на радиолокационном изображении, формируемом радиолокатором космического аппарата.

Диаграммы направленности используемых в калибраторах скалярных рупорных антен точно измерены и известны. Во время пролета платформы с радиолокатором измеряется амплитуда излученных сигналов и результаты измерения записываются в запоминающем устройстве калибратора. Таким образом измеряется диаграмма направленности на излучение антенны бортового радиолокатора вдоль траектории полета (см. рисунок геометрия функционирования РЛБО). Благодаря тому, что ответный сигнал калибратора имеет постоянную мощность, может быть измерена диаграмма направленности антенны бортового радиолокатора в режиме приема. В этом случае используются сигналы, принятые и записанные бортовым радиолокатором.

Применение модуляции при формировании ответного сигнала калибратора позволяет сделать его отличающимся от пассивных эхо-сигналов. Благодаря этому, вызванные активными ответными сигналами яркие точки на радиолокационном изображении в бортовом радиолокаторе могут быть удалены. Для этой цели может использоваться, например, бинарная (двоичная) фазовая манипуляция от импульса к импульсу. Поскольку код манипуляции фазы в калибраторе известен и учитывается в программном обеспечении обработки радиолокационного изображения бортового радиолокатора, то ответные сигналы калибратора могут быть отделены от пассивных эхо-сигналов.

приемная
антенна

передающая
антенна

приемник

передатчик

делитель
мощности

балансный
смеситель

формирова-
тель
тактов

кодер

форм.
биполярного
сигнала

Figure 3: Block diagram of an ARC

приемная
антенна

передающая
антенна

приемник

передатчик

делитель
мощности

балансный
смеситель

формирова-
тель
тактов

кодер

форм.
биполярного
сигнала

Figure 3: Block diagram of an ARC

приемная
антенна

передающая
антенна

приемник

передатчик

делитель
мощности

балансный
смеситель

формирова-
тель
тактов

кодер

форм.
биполярного
сигнала

Figure 3: Block diagram of an ARC

Структурная схема активного радиолокационного калибратора приведена на Рисунке 3. Излученный бортовым радиолокатором сигнал через приемную антенну калибратора попадает в приемник. Здесь происходит только его усиление (без преобразования частоты!). В делителе мощности принятая высокочастотная энергия разделяется между балансным смесителем и схемой тактирования. В схеме тактирования в соответствии с заданным кодом вырабатывается биполярный сигнал, поступающий затем на смеситель. Таким образом, на смеситель подается принятый зондирующий сигнал бортового радиолокатора, с одной стороны, и положительное или отрицательное постоянное напряжение, с другой. В соответствии с этим на выходе смесителя получается сигнал, фаза которого может оставаться неизменной или сдвигаться на 180°. Каждый ответный сигнал калибратора имеет фазовый сдвиг, определяемый установленным кодом. С выхода смесителя сигнал поступает в передатчик, где происходит только его усиление. После этого ответный сигнал через передающую антенну излучается в направлении космического аппарата.

При прохождении в цепях калибратора сигнал получает дополнительную задержку во времени, которая может приводить к ошибкам измерения расстояний при использовании для этого времени возврата эхо-сигнала. Однако в радиолокаторах с синтезированной апертурой используется другой метод измерения расстояния, основанный на зависимости фазы отраженного сигнала от времени, определяемой эффектом Допплера, возникающим вследствие движения платформы с радиолокатором относительно исследуемой поверхности. Поэтому упомянутая задержка сигнала не оказывает никакого влияния. Допплеровский сдвиг частоты зондирующего сигнала не изменяется во время прохождения в цепях калибратора и поэтому будет таким же, что и у пассивных эхо-сигналов.

Кодированные активные радиолокационные калибраторы использовались для калибровки радиолокаторов С-диапазона спутников ERS 1/ERS 2.