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

Двухпутная ширина луча антенны

диаграмма
направленности
на передачу
8 узких диаграмм
направленности,
одновременно
формируемых
в интервале приема
двухпутный луч 6-го
приемного канала

Рисунок 1. Пример сформированной цифровым способом диаграммы направленности с двухпутными лучами

диаграмма
направленности
на передачу
8 узких диаграмм
направленности,
одновременно
формируемых
в интервале приема
двухпутный луч 6-го
приемного канала

Рисунок 1. Пример сформированной цифровым способом диаграммы направленности с двухпутными лучами

Двухпутная ширина луча антенны

Термин «двухпутная ширина луча» (англ. «two-way beamwidth») используют в случаях, когда речь идет о радиолокационной системе, при функционировании которой электромагнитные волны распространяются по двухпутной трассе, то есть от антенны к цели – по одному пути, а от цели к антенне – по другому. В общем случае такая ситуация возникает когда в радиолокаторе используются разные диаграммы направленности антенны: на передачу – одна, а на прием – другая. Примерами такого радиолокатора являются многофункциональные радиолокаторы с цифровым диаграммообразованием. Такой радиолокатор должен облучать всю зону обзора во время излучения зондирующего сигнала, например, с использованием веерной диаграммы направленности, после чего в течение интервала приема эта зона просматривается одновременно формируемыми одиночными узкими игольчатыми лучами (Рисунок 1). Но приемник радиолокатора может принять и обработать эхо-сигналы только от объекта, который облучен зондирующим сигналом и на который направлена диаграмма направленности в режиме приема. Наложение диаграммы направленности в режиме излучения и действующей (эффективной) диаграммы направленности в режиме приема порождает двухпутную диаграмму направленности антенны, характеризуемую конкретным значением ширины луча.

Рисунок 2. Двухпутная диаграмма направленности, получаемая при отличающихся направлениях зондирования и приема

Рисунок 2. Двухпутная диаграмма направленности, получаемая при отличающихся направлениях зондирования и приема

Применение к бистатическим SAR и SLAR

Двухпутная диаграмма направленности также возникает при использовании двух одинаковых диаграмм направленности, но с двух разных направлений наблюдения. Авиационный радиолокатор бокового обзора формирует, например, симметричную (круговую) диаграмму направленности антенны. Например, если симметричная диаграмма направленности антенны со спутника падает на поверхность Земли под косым углом, это приводит к освещению эллипса, площадь которого может быть рассчитана по длинам главной и малой осей.

(1)

  • ΘB = полуширина антенны
  • R·ΘB = допустимое приближение при малых углах
  • R = наклонное расстояние
  • γ = угол депрессии

Угол депрессии – это угол между горизонтальной линией и линией визирования радара.

Однако второй спутник, также направленный на эту поверхность с другой позиции с той же диаграммой направленности антенны, дает эллипс, который искривлен по сравнению с первым. Наблюдается только область, освещенная двумя эллипсами (в крайнем случае, лежащими крест-накрест друг на друге). Несколько таких эллипсов с разными углами наклона образуют на поверхности Земли лишь небольшой круг размером, заключенным во всех эллипсах. То есть круг диаметром B. Тогда отношение площади круга к площади эллипса равно только sin(γ). При угле наклона 30° это дает коэффициент ровно 0,5, на который уменьшается площадь отражения, а значит, и отраженная мощность. Таким образом, ширина используемой части диаграммы направленности уменьшается примерно до уровня −1,5 дБ по мощности.

Такая ситуация также возникает, например, при работе радиолокатора с синтезированной апертурой в прожекторном режиме, поскольку все эхо-сигналы, принятые в различных положениях спутника, должны быть использованы при обработке сигнала. Для формирования радиолокационного изображения по синтезированной апертуре могут быть использованы сигналы, отраженные только той частью поверхности, которая облучается спутником одинаково с разных углов наблюдения. Это также улучшает разрешающую способность по путевой дальности по причине меньшей ширины двухпутной диаграммы направленности (уровень −1,5 дБ по мощности по сравнению с уровнем −3 дБ).

Следует отметить, что эта зависимость может быть применена и к моностатическому радару, излучающему вертикально вниз: В этом случае угол депрессии равен 90°, а синус от него равен единице. Таким образом, разрешающая способность остается на обычном уровне -3 дБ.

Другие применения

Рисунок 3. Модуль радиолокатора непрерывного излучения с частотной модуляцией с различными размерами антенн на передачу и прием.
(Предоставлено компанией RFbeam Microwave GmbH)

Рисунок 3. Модуль радиолокатора непрерывного излучения с частотной модуляцией с различными размерами антенн на передачу и прием.
(Предоставлено компанией RFbeam Microwave GmbH)

Другим вариантом применения является, например, радиолокатор с коническим сканированием только на приемном тракте (COSRO), такой как исторический радиолокатор сопровождения целей тип 275. Однако в более современных радарах также используются разные антенны на передачу и прием, как, например, в модуле K-MC4 компании RFbeam Microwave GmbH, работающем в диапазоне частот 24 ГГц (рис. 3). С помощью этого радиолокационного модуля можно реализовать моноимпульсный метод в одной плоскости. Однако при этом может использоваться только один канал приема. Это означает, что антенные диаграммы направленности передающей и приемной антенн перекрываются. Боковые лепестки передающей и приемной антенн находятся под разными углами, и интенсивность боковых лепестков уменьшается. Такой случай часто наблюдается в радиолокационных установках, устанавливаемых на автомобилях с компьютерными системами безопасности.