Обнаружение радиолокационной

ИСТОКИ РАДИО

Поиски различных излучений

· В 1660—1670-е годы английские ученые Ньютон и Гук - существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света.

· В 1678 году Гюйгенс - волновая теория света - «Трактат о свете» — набросок волновой теории света.

· В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.

· В 1801 году Риттер открыл ультрафиолетовое излучение.

1. 1831г. – английский физик Фарадей Майкл англ. – дает начало представлений об электромагнетизме.

2. 1864г. – английский физик Д.Максвелл - математическое обоснование идей Фарадея

3. 1888г. – немецкий физик Г.Герц классическими опытами подтверждает правильность выводов Фарадея и Максвелла.

Вибратор Герца, основанный на искровом разряде вторичной обмотки индукционной катушки

Активные исследования использования проводимости различных сред, в т.ч. почвы, воды:

1838- Штейнгель;

1842– Морзе;

1880 – Траубридж;

1886 - Пирс.

Работы по электростатической и электромагнитной индукции – Юз и Эдисон.

4. В 1890-94 –исследования Бранли в области использования металлических порошков, меняющих проводимость под действием ЭМ волн.

5. Оливер Лодж в 1894 г. на основе работ Бранли создал КОГЕРЕР ( когезия - сцепление)

6. 1893г. – Тесла – передача и прием ЭМ волн вибратором (создатель антенны)

7. Эксперимент А.С.Попова 7 мая 1895г.

«Один небольшой шаг человека — огромный скачок человечества»

(Нил Армстронг 21 июля 1969, ступив впервые на поверхность Луны)

Первые работы по радиолокационному обнаружению самолетов в СССР были начаты в 1933 - 1934 г.г

В 1937 г в Ленинградском ФТИ был разработан импульсный метод радиолокации.

Серийная РЛС (РУС-1) появилась в 1938 г РУС-1 были применены во время финской военной кампании 1939-1940 гг.

В 1940 г было начато серийное производство первой импульсной радиолокационной станции дальнего обнаружения самолетов РУС-2 ("Редут").

Во время ВОВ было развернуто производство портативных РЛС "Пегматит".

В 1943 г был создан Институт локационной техники.

Радар - RADAR - Radio Detection and Ranging

№2

Теория информации

И проблемы радиолокации

Информация – сообщение снижающее энтропию (неопределенность, хаотичность). Энтропия – это показатель беспорядочности. Чем сильнее беспорядок тем выше энтропия

Переносчик информации – радиосигнал.

I- количество информации ,

H-энтропия

. (бит)

;

Дисперсия (или рассеяние) – это математическое ожидание квадрата отклонение величины от ее математического ожидания

.

Здесь значение отклонение величины от ее математического ожидания

Формула Шеннона

(бит)

(бит/с)

При

W_min- мин. полоса рабочего сигнала

Избыточность информации - повышает качественные показатели системы.

В радиолокации используются радиоволны с длиной волны, приходящейся на сантиметровый,дециметровый и миллиметровый диапазоны.

Сам же вид излучаемого сигнала оказывается достаточно прост.

Уравнение Гильберта

Для узкополосных сигналов , как это впервые показал Гильберт, допустимо представление

(1)

где и - медленно меняющиеся во времени функции, за период высокой частоты .

Переносчики информации: амплитуда, частота, фаза меняющиеся во времени.

№3

Физические основы радиолокации

1. Постоянство скорости сигнала

2. Прямолинейность распространения сигнала

Пространственные характеристики цели

- истинный азимут

- угол места

Определение дальности через

время распространения сигнала

При

При

№4

Цели

Уравнение радиолокации

(обнаружения цели)

1. Функция направленности

Па, Пb – напряженности поля в точках “а” и “b”

2. D – коэффициент усиления антенны

№5

УРАВНЕНИЕ РЛ

(для сосредоточенных целей в свободном пространстве)

Из (2) - полная эффективная площадь рассеяния

Из (3) Тогда

ЭПР цели , (4)

где коэффициент поляризации.

(5)

(6)

где - площадь раскрыва антенны

(7)

Из (5) находим

и с учетом

см.(1)

Учитывая функцию направленности имеем в окончательном виде

При совмещении приемной и передающей антенн

P_пор–порог чувствительности приемника

Дальность обнаружения цели – максимальное расстояние на котором цель будет обнаружена с вероятностью не ниже заданной.

Для совмещенной приемно-передающей антенны

Дальность действия - расстояние, на котором необходимо выдать команду на срабатывание исполнительного механизма

№6

От земной поверхности

С учетом площади раскрыва антенны , имеем

.

После подстановки ЭПР земли

с учетом получим:

.

Откуда

Выразим значение дальности через высоту:

.

Окончательно мощность принятого сигнала

.

m=5…10 коэффициент запаса по помехоустойчивости

Пеленгация цели

А)Амплитудная пеленгация (по остронаправленной антенне) в ближней радиолокации

Б)Амплитудная пеленгация (по остронаправленной антенне) в радиолокации дальнего действия (РЛС ДД)

В) Фазовая пеленгация цели

Фазовое запаздывание сигнала в каждой точке приемной антенны, согласно выражению (см. рис.)

Принимаем

По частоте Доплера

Доплеровская частота – это разность между излучаемой и принятой частотой, при относительном перемещении излучателя и приемника сигнала

При

или .

С учетомV<<C и разложив выражение встепенной ряд

,

взяв только два первых значения разложения, получим, что принятая приемником частота будет изменяться на величину

,т.е.

При отражении сигнала от цели доплеровская частота принятого сигнала будет

где

При

При встрече с землей

-угол подхода к поверхности

Фазовый эффект Доплера

При

-фаза изменяется с частотой Доплера

АВТОДИНЫЕ РЛС

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛА В АВТОДИНЕ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ РАДИОЧАСТОТЫ

Автовозбуждениеавтодина при условии

Устойчивое генерирование автодина при условии

МОДУЛИРОВАНИЕ(внутреннее) – за счет фазовых изменений

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ( анодное и диодное)

РАБОЧИЙ СИГНАЛ АВТОДИНА

Амплитуда наведенная в антенне-

Найдем связь между и

R_Σ = (πρ/D) (h_д /λ)² ; ;

R - вносимое (наведенное) сопротивление

ЕДС автодина.

Рабочий сигнал автодина

Экв. схема автодина по РЧ;

Rн– сопр.нагрузки.

; ;

-постоянная составляющая

-ток в нагрузке

Наведенная э.д.с. - дополнительное напряжение - .

, или

- =

Учитывая, что ,

разложив в ряд 1 / (1-х) =1+Х+Х²+Х³+…,1/(1-х)=1+Х.

Имеем

Sa - радиочастотная чувствительность автодина

- режимная радиочастотная чувствительность автодина

= .

где - к.п.д. антенны автодина.

Пример: S_a = E/ 4; При E=200 В. S=50 В.

СХЕМА АВТОДИНА

С АМ - ЧМ ДЕТЕКТИРОВАНИЕМ

(Использование – см. в разделе АРЛС)

Доплеровской РЛС

(1)

(2)

(3)

;

(4)

(сближение)

(удаление)

(5)

;

(1)

-коэффициент преобразования

(3)

ДГРЛС С двойным преобразованием частоты

1. 2. 3.

4.

5.

6.

7.

Измерение дальности ДГРЛС

1-первый передатчик ; 2-второй передатчик;

3-первый приемник; 4-второй приемник; 5-фазометр;

6-передающая антенна; 7-приемная антенна.

Мгновенные фазы излученных сигналов

Мгновенные фазы отраженных сигналов

Мгновенные фазы преобразованного сигнала

Принимаем Fд₁=Fд₂ и fо+Fд=fо,

тогда

т.е.

Если принять , тогда получим .

Пример, если Rmax=50 метров,

,

для Rmax=10 метров имеем

Главное достоинство - отсутствие помех от неподвижных предметов, не создающих эффект Доплера.

Корреляционная обработка

Сигнала в РЛс

Для сложного сигнала

Схема счётчика

- усилитель-ограничитель

Зарядные импульсы через цепь: E, R1, C1 D2, интегратор C2R2.

При больших для установленного режима

(1)

N -

самого короткого импульса

Поэтому не зависит от

При скачках от до E

разряжается через диод D1 и транзистор V1

Зарядные импульсы

где

На находится заряд (от первого импульса )

U при

Тогда (2)

С учётом и (1), (2)

(3)

С учётом (4)

где

ПАМ

Основные характеристики

; ; ; ; ; .

Прямое усиление

; (1)

=

; ;

Пример

Минимальная дальность обнаружения

(6)

Откуда (7)

При принимается

Скважность

Гетеродинный прием

Дальность обнаружения цели

(8)

(9)

Снижение уровня П.П

-число диполей в единице объема

Принимаем

Т.е вместопринимаем

Считаем

При отсутствии селекции по , то при

~ - основной вклад вносят близко лежащие диполи

Если есть разрешение по , т.е тогда

При ~

Закон изменения мощности пассивных помех

на входе ИС без ПРУ

-коэф. схемной помехоустойчивости

Опасная средняя плотность пассивнойпомехи безПРУ

Применение ПРУ

При

Сравним и при

Стробирование приёмника.

характ. сопр.контура; резонансная частота

Пути улучшения стробирования:

1.увеличение ;

2.повышение ;

3.выбор большого значения

3. помехозащищенность и

Помехоустойчивость РЛС

(ПЗ = ПУ+скрытность)

Без помех

В помеховой обстановке

Эквивалентная мощность помехи

Канал помех (КП)

Схема КП

Селекция сигналов по их длительности

Связь ВПЦ с вероятностью распознавания сигнала

- вероятность правильного распознавания полезного сигнала

- вероятность правильного распознавание помехи

- вероятность неправильного распознавания полезного

Сигнала

- изменение ВПЦ

- ВПЦ без помех

; - изменение вероятности отказов и ложного

срабатывания за счет отнесения помехи к классу сигналов от цели

; - аналогично -за счет отнесения полезного сигнала к классу помех

- потери за счет неправильного

распознания помехи