Импульсно-частотный метод радиолокации

Упрощенная структурная схема РЛС с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией изображена на рис. 4.1 (слайд 25, 36).

Передающее устройство генерирует радиоимпульсы большой длительности τ_u. Частота внутри импульса изменяется по линейному закону. Этот сигнал часто называют линейно-частотно-модулированным сигналом (ЛЧМ-сигналом). Благодаря большой длительности импульса удается получить от передающего устройства большую мощность Р_и .

Форма зондирующего импульса и закон изменения частоты показаны на рис. 4.2.(слайд 26, 37).

Отраженные от цели радиоимпульсы принимаются антенной станции и через антенный переключатель поступают на приемник, где они усиливаются, с помощью сжимающего фильтра происходит сжатие импульсов до нужной длительности τ_u2 с соответствующим увеличением максимальной мощности в импульсе, далее детектируется и отображается на индикаторном устройстве.

В качестве сжимающего фильтра используется линия задержки. Время задержки линейно зависит от частоты передатчика (рис. 4.3, слайд 28, 38, 39).

Эта линия задержки называется дисперсионной.

В таком фильтре высокие частоты импульса f_мах , пришедшие раньше, задерживаются больше, а низкие частоты f_min, пришедшие позже, задерживаются меньше.

В результате все частотные составляющие импульса смещаются во времени к концу импульса, то есть импульс сживается во времени, укорачивается на время, обратно пропорциональное девиации частоты. Степень сжатия импульса определяется пределами изменения частоты в импульсе (девиацией частоты) Δf_m = f_max – f_min .

Длительность импульса на выходе фильтра τ_u2 равна

.

Отношение длительности импульса на входе сжимающего фильтра τ_u к длительности импульса на выходе τ_u2 называется коэффициентом сжатия к

.

Полагая, что потери в фильтре отсутствуют, получаем на выходе прежнюю энергию в импульсе:

или .

Мощность импульса на выходе сжимающего фильтра возрастает в «к» раз. Тка, например, для сжатия импульса длительностью τ_u = 500 мкс в 100 раз, то есть до τ_u2 = 5 мкс необходимо, чтобы девиация частоты в импульсе была:

.

Если при этом мощность импульса на входе фильтра составляет Р_{и вх} = 1 мкВт, то на выходе фильтра мощность импульса будет

Используемая для генерирования излучения и обработки сигналов аппаратура в РЛС со сжатием импульсов похожа на соответствующие устройства обычных импульсных РЛС. Приемник РЛС, работающий по методу сжатия импульсов, должен иметь значительно более широкую полосу пропускания, чем приемник обычной импульсной РЛС.

Однако это не приводит к ухудшению соотношения сигнал/шум, ибо во сколько раз увеличивается мощность шумов, во столько же раз увеличивается мощность импульса при сжатии.

Повышение точности и разрешающей способности по дальности, имеющее место при сжатии импульсов, происходит практически без снижения дальности действия РЛС, которая зависит от энергии в импульсе и отношения сигнал/шум.

Численно потенциальная разрешающая способность по дальности при этом методе определяется длительностью сжатого импульса τ_u2

.

РЛС с внутриимпульсной модуляцией имеет высокие тактические и технические характеристики благодаря использованию в них сложных зондирующих импульсов. Импульсная мощность передатчика достигает десятков меговатт. В качестве генераторов и усилителей СВЧ используются, в частности, лампы бегущей волны и клистронные усилители мощности.

В Ы В О Д

Метод сжатия импульсов позволяет значительно повысить дальность действия РЛС.

Широко используются в РЛС ПРО, где требуется обеспечить обнаружение ракет на больших дальностях.

В РЛС РТВ СВО используется реже из-за все-таки недостаточной разрешающей способности по дальности.

Второй учебный вопрос.

Двухчастотный метод радиолокации Одним из новых направлений развития современной радиотехники является многочастотная радиолокация. Сущность её заключается в зондировании пространства сигналами нескольких несущих частот, излучаемыми одной РЛС. Многочастотное зондирование пространства применяется для увеличения дальности действия РЛС, более точного измерения дальности и скорости цели, повышения помехозащищенности и улучшения других характеристик РЛС.

Наиболее распространенными типами современных многочастотных радиолокационных устройств являются:

- многочастотные РЛС непрерывного излучения;

- импульсные РЛС с одновременным излучением нескольких частот;

- РЛС с череспериодной перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу.

Рассмотрим принцип работы двухчастотной импульсной РЛС.

Упрощенная структурная схема двухчастотной импульсной РЛС и графики, поясняющие принцип работы, приведены на рис. 4.4 и 4.5 (слайды 31, 32, 40, 41).

В состав РЛС входят два импульсных передатчика с разными несущими частотами зондирующих импульсов f₁ и f₂, синхронизатор, обеспечивающий одновременность их работы и два узкополосных приемника с общим сумматором сигналов.

Принцип работы заключается в том, что передатчики генерируют высокочастотные зондирующие импульсы на двух разных частотах f₁ и f₂ длительностью τ_u1 и τ_u2, общая длительность зондирующего импульса составляет

τ_u = τ_u1 + τ_u2.

Таким образом происходит скачкообразное изменение несущей частоты в пределах длительности каждого зондирующего импульса (τ_u).

Отраженные от целей сигналы на частотах (ƒ₁ + F_g1 ) и (ƒ₂+ F_g2) поступают на вход обоих приемников, где происходит их разделение. В приемниках I и II осуществляется независимая обработка принятых сигналов с различными несущими частотами.

Выходной сигнал U_{вых.дет.1} I приемника до подачи на сумматор сигналов задерживается на время, равное τ_u1, и тогда он совпадает по времени с выходным сигналом II приемника U_{вых.дет.2}. На сумматоре сигналов Σ происходит суммирование выходных сигналов обоих приемников ( U₁ + U₂ ).

Длительность выходного импульса равна τ_u/2, то есть происходит сжатие импульсов, чем обеспечивается высокая разрешающая способность по дальности (δД).

Многочастотные РЛС обладают большим энергетическим потенциалом (W_u = P_u·τ_u), где τ_uбольшое), повышенной помехозащищенностью и надежностью работы (при выходе из строя одного передатчика или приемника работоспособность РЛС сохраняется, лишь ухудшаются отдельные характеристики).

Преимущества многочастотной радиолокации целей по сравнению с одночастным зондированием пространства позволяет считать это направление одним из наиболее перспективных.

Принцип многочастотной импульсной радиолокации нашли широкое применение в:

- РЛС обнаружения и наведения для повышения помехозащищенности:

- РЛС дальнего обнаружения для увеличения дальности действия или вероятного обнаружения целей:

- РЛС наведения управляемых снарядов и ракет для повышения точности наведения по дальности и др.

Третий учебный вопрос.