Разрешающая способность по дальности

Существуют случаи, когда у нас в области обзора присутствуют две цели, на минимальном расстоянии друг от друга, тогда определение дальности сводится к определению разрешающей способности по дальности

Разрешающая способность по дальности – численно характери­зуется минимальным расстоянием между двумя неподвижными це­лями, расположенными в радиальном направлении относительно РЛС, сигналы которых еще фиксируются станцией раздельно. При меньшем расстоянии между целями их раздельное радиолокацион­ное наблюдение становится невозможным.

R1

R2

Рис. 3.3

Например, мы имеем два объекта 1 и 2. Расстояние между ними соответственно R₁ и R₂ (рис. 3.3)

t

tR2

tR1

Рис. 3.5

tR1

tR2

Рис. 3.4

Время запаздывания одного от второго объектов (рис. 3.4): , .

Расстояние между объектами начало уменьшиться (рис. 3.5), т.е.

; ;

, (3.7)

где сt - мера разрешающей способности.

Достоинства и недостатки импульсного метода.

Нужно отметить достоинства и недостатки данного метода.

Достоинства:

1.При импульсной РЛС используется одна антенна;

2.Можно измерять дальность одновременно нескольких целей;

3. Простота разделения прямых и отраженных сигналов;

4. Простота индикаторного устройства.

К недостаткам относятся:

1. Работа в импульсном режиме требует больших импульсных мощностей передатчика Р_изм, это может вызвать пробой;

2. Наличие "мертвой" зоны РЛС из-за времени восстановления АП и спада развертки ЭЛТ, которая определяется следующим образом

, (3.8)

где с - скорость света;

t_в – время восстановления АП;

t_и – длительность импульса;

t_с – время спада зондирующего импульса.

3. Сложность обнаружения движущихся целей на фоне отражений от неподвижных объектов и неоднозначность измерения радиальной скорости цели допплеровским методом.

Порядок выполнения работы:

1.Изменяя длительность, период повторения и время задержки последовательности импульсов вычислить дальность до одиночной цели. Результаты занести в таблицу 4.1

Таблица 4.1

τ
T
tз
R	7.495*10^8*m/s	2.248*10^9*m/s

2. Изменяя длительность, период повторения и время задержки последовательности импульсов вычислить дальность до двух целей и найти минимальную разрешающую способность станции. Результаты измерений занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

τ
T
tз
R1	2.248*10^9*m/s	2.248*10^9*m/s
R2	8.994*10^8*m/s	4.197*10^9*m/s

Вопросы для защиты лабораторной работы № 4.

1. Что такое импульсный сигнал?

2. Записать выражение для пачки импульсов.

3. Что такое дальность?

4. Нарисовать структурную схему импульсной РЛС (импульсного дальномера).

5. Рассказать принцип работы импульсной РЛС.

6. Записать выражение определения дальности при импульсном методе.

7. Что такое, и при каких условиях определяется разрешающая способность по дальности?

8. Достоинства и недостатки метода.

9. Что такое и как определяется «мертвая» зона?

Лабораторная работа №5.

«Частотный метод дальнометрии»

Цель Работы :Понять принцип работы частотного метода определения дальности. Определение по времени задержки дальности до цели.

Этот метод применяется в непрерывных РЛС, которые используют сигналы с ЛЧМ.

Приемник

ЧМ передатчик

Модуля тор

СМ

УНЧ

Часто мер

Частотный анализатор

Рис. 5.1

При частотном методе измерения дальности (рис. 5.1) излучается непрерывный сигнал, частота которого f_зонд изменяется по пилообразному закону (рис. 5.2). Считаем, что цель неподвижна (R = const), тогда частота принимаемого сигнала f_пр изменяется по тому же закону, но с запаздыванием во времени на величину .

При движении цели на нас или от нас зондируемый (излучаемый) сигнал будет определяться выражением

,

Соответственно частота излучаемого сигнала равна

.

Отраженный сигнал в свою очередь будет описываться выражение в соответствии с временем запаздывания

а частота отраженного сигнала

Рис. 5.2

Излучаемая и отраженная частота на выходе приемника дадут некоторую частоту биений, которая равна

.

В зависимости от t_з f_Б будет меняться, но при этом и будет меняться соотношение частот f_изл и f_отр.

С учетом выражений для излучаемой и отраженной частот выражение для частоты биения будет иметь следующий вид

.

Определив время задержки можно рассчитать частоту биений, а потом с учетом выражения для времени задержки мы определяем расстояние до цели

, где

Если в зоне облучения частотного дальномера находится не­сколько целей, то каждой цели соответствует определенная частота биений, и все эти частоты фиксируются спектроанализатором даль­номера. Минимальная разность частот биений двух целей, при ко­торой эти частоты могут быть раздельно зафиксированы анализа­тором.Этой разности соответствует разность расстояний DR, характеризующая разрешающую способность частот­ного дальномера по дальности. Таким образом, точность и разре­шающая способность частотного дальномера определяются девиа­цией частоты Df_м, т. е. шириной спектра излучаемого сигнала.

Особенность частотного дальномера состоит в том, что при дви­жении цели вследствие эффекта Доплера возникает дополнительное смещение частоты принимаемых колебаний относительно частоты излучаемых колебаний.

К достоинствам такого метода относится:

- Использование передатчика с малой мощностью излучения, т.к. это непрерывный режим;

- Возможность измерение малых дальностей, поскольку здесь нет мертвой зоны;

- Кроме измерения дальности можно измерить скорость объекта.

Недостатки:

- Необходимо иметь две антенны;

- Высокие требования к линейности ЛЧМ сигнала;

Громосткость и сложность фильтров.

Порядок выполнения работы

1.Вводя различный значения времени задержки отраженного сигнала рассчитать частоту биений и определить дальность до цели Результаты измерения занести в таблицу 5.1. Сделать вывод.

Таблица 5.1

tз мкс
Fбиен. Гц	62.5	187.5
R м	7.495*10^8*m/s	2.248*10^9*m/s

Вопросы для защиты лабораторной работы.

1) В каких случаях применяется этот метод?

2) Какие сигналы используются при частотном методе дальнометрии?

3) По какому закону изменяется частота при частотном методе дальнометрии?

4) Как выбирается частота модуляции??

5) Принцип действия частного метода дальнометрии

6) По какой формуле рассчитывается частота биения?

7) Достоинства и недостатки частотного метода дальнометрии

Методы дальнометрии

Лабораторная работа №5

«Фазовый метод дальнометрии»

Цель работы:Изучить принцип работы фазовых дальномеров. Определить дальность до цели с помощью фазового дальномера.

Теория

Фазовые методы основаны на измерении разности фаз излучённых синусоидальных колебаний и принятых радиосигналов. Функциональная схема простейшего фазового дальномера изображена на рис 5.1

Рис.5.1 Функциональная схема простейшего фазового

измерителя дальности.

Генератор создаёт незатухающие колебания частоты ω₀, излучаемые в пространство. Фаза излучённых колебаний

,

где y₁ – начальное значение фазы.

Фаза принимаемого сигнала

.

Здесь y_отр – фазовый сдвиг, связанный с отражением радиоволны от цели;

y_РЛС – фазовый сдвиг в цепях РЛС, который можно считать известным, так как он поддаётся измерению и может быть учтён.

Принятые колебания сравниваются с колебаниями высокочастотного генератора; разность фаз пропорциональна дальности цели

(5.1)

или

.

(5.2)

Данный метод измерения практически не используют по двум обстоятельствам. Во–первых, очень мал диапазон однозначного измерения и, во–вторых, в формулу (5.2) входит неизвестная величина y_отр. Неоднозначность измерений определяется тем, что фазометрическое устройство позволяет определять фазовые сдвиги только в пределах от 0 до 2p. Допустив, что Dy£2p, из формулы (5.2) получим, что диапазон однозначного измерения дальности не превышает половины длины волны: .

В радиолокации используются ультракороткие волны и, следовательно, диапазон однозначно измеряемой дальности не превышает единиц метров. Что касается фазового сдвига y_отр, образующегося при отражении высокочастотных колебаний от цели, то, поскольку он весьма сложным образом зависит от конфигурации цели, её размеров и расположения относительно РЛС, то заранее знать нельзя и поэтому нельзя корректировать показания измерителя.

Указанные недостатки простейшего фазового дальномера устраняются при использовании более сложных схем, в которых применяется не менее двух частот. В лабораторной работе рассмотрен двухчастотный фазовый измеритель дальности.

РЛС включает два генератора высокочастотных колебаний и два приёмника, работающих соответственно на частотах w₁ и w₂ (рис5.2) . Колебания обоих генераторов подводятся к передающей антенне, а также к первому смесителю; с выхода приёмников два сигнала воздействуют на второй смеситель.

Рис.5.2.Функциональная схема двух частотного фазового

измерителя дальности.

Пусть напряжение генераторов:

и

.

На выходе первого смесителя получим колебания первой разностной частоты

.

Если не учитывать фазовых сдвигов в цепях РЛС, то оба принятых сигнала могут быть записаны как

и напряжение второй разностной частоты на выходе второго смесителя

.

При условии, что излучаемые частоты мало отличаются друг от друга , фазовые сдвиги при отражении от цели на обеих частотах можно считать одинаковыми, т. е. y_отр1»y_отр2.

Измерение фазового сдвига Dy позволяет определить дальность цели

.

(5.3)

Анализ формулы (5.3) показывает, что в рассмотренном дальномере может быть обеспечен большой диапазон однозначного измерения дальности [разность (w₁-w₂) является малой величиной], а также исключается влияние на результат измерений фазового сдвига y_отр. Такому дальномеру присущи перечисленные выше достоинства и недостатки, свойственные всем РЛС с непрерывным излучением

Данное дальномерное устройство характеризуется рядом достоинств:

ü требуется малая мощность излучения, так как генерируются незатухающие колебания;

ü точность измерения дальности практически не зависит от доплеровского сдвига частоты отражённого сигнала;

ü просто само измерительное устройство.

Недостатки:

ü отсутствует разрешение по дальности, так как при наличии одновременно двух целей их сигналы раздельно наблюдать нельзя;

ü чувствительность приёмника ухудшается вследствие просачивания излучения передатчика;

ü необходимы две антенны или система развязки излучаемых и принимаемых колебаний.

Порядок выполнения работы:

1) Изменяя частоту двух колебаний и время задержки определить дальность до цели . Полученные результаты занести в таблицу

ω1	628.319	1.885*10^3
ω2	565.487	1.382*10^3
∆ω	62.832	502.655
tD
D	5.988*10^8*m/s	9.128*10^8*m/s

Вопросы для защиты лабораторной работы

1) На чем основаны фазовые методы дальнометрии ?

2) Принцип работы простейшего фазового дальномера

3) Недостатки простейшего фазового дальномера

4) Принцип действия фазоразностного метода дальнометрии

5) Достоинства и недостатки фазоразностного метода дальнометрии