Основи радіолокації

Радіолокатори з частотним рознесенням (багаточастотні радіолокатори)

Відомо, що амплітуда відбитого від цілі сигналу залежить від цілої низки факторів, в тому числі, й від ефективної площі вторинного випромінення цілі. Для співвідношень між довжинами використовуваних в радіолокації хвиль і розмірами типових цілей ефективна площа вторинного випромінення цілі є досить сильно осцилюючою величиною (див. розділ Ефективна площа вторинного випромінення). Такий ефект спричиняє сильну флуктуацію амплітуди відбитого сигналу, що призводить до збільшення потрібного співвідношення „сигнал – шум“, а це негативно відбивається на характеристиках радіолокатора, таких як дальність виявлення цілі та точність вимірювання її координат.

Задля згладжування амплітудних флуктуацій відбитих сигналів в багатьох радіолокаторах застосовують опромінення цілі сигналами на двох або більше несівних частотах. Такі радіолокатори називають багаточастотними. Часто в багаточастотних радіолокаторах використовуються два передавачі, що функціонують спільно для опромінення цілі на двох різних частотах (див. Рисунок 1).

Для досягнення когерентності прийняті сигнали різних частот обробляються окремо. Використання двох передавачів паралельно дає збільшення підсилення радіолокатора на 3 дБ. Використання сигналів на двох рознесених частотах зазвичай додає до цього ще 2,8 дБ.

За рахунок використання технології багаточастотного зондування стає можливим помітно збільшити максимальну дальність дії радіолокатора при незмінних значеннях імовірності виявлення та імовірності хибної тривоги. Іншими словами, якщо імовірність виявлення та імовірність хибної тривоги однакові для двох радіолокаторів, одночастотного та багаточастотного, то використання двох або більше частот в другом локаторі забезпечує збільшення максимальної дальності дії.

Фізичною основою такого ефекту є згладжування флуктуацій амплітуди відбитого сигналу при використанні двох або більше частот зондування. Піки та провали діаграми зворотного розсіяння для різних частот будуть зсунуті один відносно другого. Там, де розсіяння для першої частоти має максимум, розсіяння на другій частоті буде меншим і навіть, можливо, мінімальним. Очевидно, що сума таких сигналів буде флуктуювати суттєво менше, ніж кожен з них окремо, тобто за рахунок сумування сигналів на різних частотах відбувається згладжування результуючого сигналу.

Особливістю такої технології є вимога незалежності сигналів на різних частотах, тобто їхні спектри не мають перекриватися. Крім цього, слід пам’ятати, що використання сигналів на різних частотах розширює робочий діапазон радіолокатора і, тим самим, полегшує противнику завдання його виявлення по випроміненню.

Для формування багаточастотного сигналу можуть використовуватися такі способи. Для формирования многочастотного сигнала могут использоваться такие способы.

1. Одночасне випромінювання декількох імпульсів на різних несівних частотах. Найбільш простим в реалізації є підхід, при якому багаточастотний сигнал формується групою передавачів з різними несівними частотами, одночасно працюючих на спільну або на окремі антени. Для приймання сигналів на різних частотах використовуються окремі приймачі.
    
2. Зміщення в часі за рахунок швидкого переналаштування несівної частоти зондувального сигналу за певним законом. При цьому можуть використовуватися такі методи змінення несівної частоти:
   • від імпульсу до імпульсу;
   • від однієї групи імпульсів до другої;
   • в межах тривалості кожного імпульсу.

   Може використовуватися також комбінація кількох методів.

В багаточастотному радіолокаторі системи управління повітряним рухом ASR-910  випромінюються два близько розташованих на осі часу імпульси з рознесенням по частоті. В радіолокаторі системи протиповітряної оборони AN/FPS-117  також використовується зондування на двох частотах і, додатково, стискання прийнятого імпульсу. Однак, оскільки під час стискання сигналів їхні спектри перетинаються, в цьому випадку використовуються відповідні алгоритми.

Випромінювання декількох зміщених у часі сигналів має перед одночасним випромінюванням низку переваг, а саме:

• різні випромінювані сигнали не впливають один на одного;
• відсутність необхідності використання різних передавачів;
• проста конструкція передавальної та антенної систем.

Важливою перевагою багаточастотних радіолокаторів є їхня висока перешкодостійкість. Суттєво впливає на це алгоритм подальшої обробки одиночного сигналу. Так, при лінійному додаванні сигналів на різних частотах збільшується імовірність виявлення цілі. В той же час перешкодозахищеність при такій обробці виявляється лиш ненабагато вищою, ніж в одночастотного радіолокатору.

Використання двох передавачів на різних частотах (наприклад, радіолокатор ASR-910 ) часто помилково розглядається тільки з точки зору апаратної надлишковості. («Якщо один передавач вийде з ладу – залишається інший»). В такій ситуації (відмова одного передавача) дальність дії радіолокатора зменшується і становить близько 70 %[1] від номінальної (вказаної в документації). Ця невідповідність виявляється в ході обльоту позиції, однак причину, як правило, спочатку починають шукати в чомусь іншому, забувши, що номінальна дальність дії забезпечується тільки при спільній роботі обох передавачів..

1. Примітка: Корінь четвертої ступеню від суми коефіцієнтів втрат (в децибелах) за рахунок зменшення випромінюваної потужності (3 дБ) та за рахунок флуктуацій амплітуди відбитого сигналу (2 … 2,5 дБ).