|
| |
|
Слаботочка Книги (11.4) приближается к линейной. Чем больше высота Я (на рис, 11.10, б Нз> Hi), тем больше задержка начала {Ы>1н2> tni) и начальная скорость (*з > Оа > fl) развертки. Используемые на практике генераторы гиперболической развертки лишь приближенно отвечают зависимости (11,4). Схема одного из та- г  Рис. 11.10. Принципиальная схема (а) и формы выходного напряжения (б) генератора гиперболической развертки. ких генераторов показана на рис. 11.10, а. В исходном состоянии коммутирующая лампа Л отперта и выходное напряжение генератора вых близко к нулевому. В момент 1н = 2Я/с, соответствующий задержке на высоту Я, лампа запирается управляющим импульсом Иу, который формируется в схеме задержки на высоту, и начинается зарядка конденсаторов цепи /?а, С1; RI, С2; -R2, . СЗ. Основными элементами зарядной цепи являются R, С1, так как СЗ С1, С2 С/. Если бы не было конденсаторов С2, СЗ, то выходное напряжение имело бы трапецеидальную форму. Эти конденсаторы, заряжаясь, сглаживают начальный скачок напряжения, но роль их постепенно уменьшается, рост напряжения ui замедляется и приближается к экспоненте с большой постоянной времени Rj:i. В момент t = 1н + Т лампа отпирается, в связи с чем конденсаторы быстро разряжаются. При подъеме самолета на новую высоту-оператор ручкой сдвоенных потенциометров R1, R2 увеличивает их сопротивления и этим повышает начальную скорость развертки. Той же ручкой одновременно изменяются параметры схемы задержки на высоту /н, и задержка 1н также увеличивается,  Рис. 11.11. Боковой радиолокационный обзор земной поверхности. 82,4. Некогерентные РЛС ежового обзора. Антенна этой РЛС неподвижна и выполняется в виде многоэлементной решетки, например волноводно-щелевой, которая размещается вдоль одной или обеих сторон фюзеляжа. При таком расположении лучи антенны перпендикулярны продольной оси ЛА и совершают боковой обзор земной поверхности (рис. 11.11). Индикацию целей производят, например, так: выходные сигналы приемника и р после их усиления вызывают яркостные отметки на развертке дальности ЭЛТ; с экрана трубки изображение проектируется на фотопленку, которая перематывается со скоростью.  Рис. 11.12. Индикация целей, в некогерентиой РЛС бокового обзора. пропорциональной путевой скорости ЛА (рис. 11.12). В результате на пленке получается радиолокационное изображение местности, охватываемой лучами антенны во время полета ЛА. Раскрыв антенны бокового обзора, поскольку она неподвижна и размещается вдоль фюзеляжа, можно сделать в несколько раз большим, чем в РЛС кругового обзора (до 10-12 м), и этим повысить разрешение по углам - до 10-20 в диапазоне сантиметровых волн [33]. Например,- если 2фо 5 = 15 = 0,25°, а Д = 90 км, то разрешение ДДа = 2фо.Б Д = 0,25 . 90/60 =0,375 км = 375 м, что еще недостаточно. Достижение требуемой разрешающей способности по угловым координатам стало возможным тогда, когда была разработана система, когерентной обработки сигналов методом синтезирования антенной решетки. § 83. Когерентные РЛС бокового обзора [81, 82] 83.1, Метод синтезирования антенны. Выделим на полосе бокового обзора произвольную точку А (рис, 11,11), В этой точке воЛны отражаются тогда, когда точка А охватывается лучом антенны РЛС, т, е, в течение времени Тобл = АДа/оУ=2ф ,5Д/ш = ШЙАа;, (11.5) где АДх - ширина луча при дальности Д точки Л; с?а - раскрыв реальной антенны; w - скорость движения ЛА по линии пути (путевая скорость), в данном случае когерентная обработка сигналов заключается в том, что все отраженные от цели (от точки А) импульсы запоминаются в течение времени Гдап < Тобл и затем складываются с учетом их фаз. Реальную антенну ЛА, как бы ни была она сложна, можно рассматривать как одино.чный излучающий элемент, расположенный в фазовом центре антенны. Так как этот центр перемещается вместе с ЛА,то Л4 т-1 т Ламая 
2 2 ~,Z Рис. 11.13. К обработке сигналов в РСА. С каждым принимаемым реальной антенной импульсом появляется новый элемент /, 2, 3, т воображаемой антенной решетки (рис. 11.13, а), причем в соответствии с периодом следования импульсов То расстояние между соседними элементами эл = ш7с. (11.6) Полученная решетка называется синтезированной: действие ее основано на когерентном суммировании (синтезе) радиоимпулы;ов, принятых реальной антенной в течение времени запоминания, т. е. на отрезке полета dcA = wT . (11.7) Это и есть раскрыв синтезированной антенны. Можно провести аналогию между реальной и синтезированной решетками: в реальной суммируются сигналы, принятые элементами решетки одновременно, причем суммирование происходит в фидере антенны, а в элементах синтезированной решетки, роль которых вы- полняет одна и та же реальная антенна, сигналы принимаются в разное время, поэтому их когерентному суммированию должно предшествовать запоминание сигналов. Такую обработку сигналов можно назвать пространственно-временной. 83.2. Фокусированные и нефокусированные антенны. При исследовании реальной антенной решетки исходят из того, что фронт излучаемой или принимаемой волны плоский. В случае синтезированной решетки, поскольку раскрыв ее значительно больше раскрыва реальной решетки, пренебрегать сферичностью фронта волны нельзя. Синтезированная антенна считается сфокусированной, если при пространственно-временной обработке вносится поправка на разность хода лучей АДг, АДа, АДз, ... к элементам решетки 1,2, 3, ...к тем самым, достигается максимальная направленность, свойственная синфазной линейной решетке. Фокусировка должна производиться автоматически, так как изменение дальности цели Д влечет за собой изменение отрезков АДх, АДг, АДз.....Если коррекция фазовых сдвигов не производится, то антенна называется нефокусированной. Когда время запоминания равно длительности облучения любой точки землеобзора (Гдап = Тобл). то раскрыв синтезированной решетки достигает максимума, который находим из (11.5), (11.7): сд = 4А ако = гг;Г бл = 57 = 5Д. (11.8) а а Если такая решетка сфокусирована, то ей соответствует минимальная ширина диаграммы направленности 2фо,5Сф = оА мако 2А,Д 2Д (11.9) Коэффициентом 2 учитывается удвоение фазового сдвига между сигналами соседних элементов синтезированной решетки вследствие распространения волны к цели и обратно, а не только в одном направлении, как в реальной решетке, работающей на передачу или прием. Подставив в формулу (11.2) полученный угол 2фо,5 сф, найдем разрешаемое расстояние по азимуту сфокусированной антенны А Д сф = Д2фо,5 Сф = Дйа/2Д = dA/2. (11.10) Таким образом, предельное значение линейной разрешающей способности по азимуту радиолокационной станции с синтезированной антенной (РСА) не зависит от дальности цели Д равно половине раскрыва реальной антенны. Результат совершенно неожиданный: для улучшения показателя АД сф нужно протяженность антенны ua устанавливать малой. Однако здесь имеются ограничения: размер не должен быть меньше удвоенного расстояния между элементами синтезированной решетки, чтобы избежать неоднозначности измерений азимута в РСА: А>2зл = 2шГе. (11.11) Нефокусированная антенна неэквивалентна в полной мере синфазной решетке, и ее синтезированный раскрыв снф приходится уста- навливать меньшим dcA иаке. за счет сокращения времени запоминания. Исходя из того, что на краях раскрыва нескомпенсированный фазовый сдвиг не должен превышать я/2, крайние лучи АВ и АС (рис. 11.14) имеют большую длину, чем Д, на Х/8, а за счет прямого и обратного движения волны эта разность хода составит V4. Из прямоугольного треугольника А ВО находим Д + (йнф/2) = (Д + Я/8) или 4Д> + + = 4Д? + ДХ + XV16. Пренебрегая V16 по сравнению с Д, получаем следующую формулу максимально допустимого раскрыва нефокусированной решетки  Рис. 11.14. Геометрические cooi ношения в нефокусированной антенне. . 4ф=У1Д- (11-12) Отсюда ширина диаграммы направленности =1/УШ=укщ, (11.13) и линейное разрешаемое расстояние по азимуту, которое равно проекции луча на земную поверхность в тангенциальном направлении: АДа ф = Д-2фо,в ф = = Д/ХТД = УШ. (11.14) Примечательно, что при обычной антенне линейное разрешение по углу ухудшается пропорционально дальности цели (АДа = Д 2фо,5), при нефокусированной - пропорционально только /Д, а при фокусированной антенне значение AJX/ совсем не зависит от дальности. Итак, наилучшие результаты дает фокусированная антенна. Тем не менее часто отдают предпочтение нефокусированным решеткам, чтобы освободиться от фазовой коррекции разности хода лучей. Пример ПЛ. Определить, какой эффект дает переход от обычной антенны [йк = 120 см; А, = 2 см; 2фо 5 == Г; АД = 1,51 км при Д = 90 км) к фокусированной и нефокусированной синтезированным антеннам с тем же реальным раскрывом. Путевая скорость ЛА ш = = 0,5 км/с, частота следования импульсов РЛС F, - 1 кГц. В случае фокусированной антенны имеем: ширину синтезированного раскрыва 4а мако = kR/dA = 2.90/120 = 1,5 км; длительность запоминания сигналов Тзап = обл = dcA макс/да = 1,5/0,5 = 3 С; интервал между элементами синтезированной решетки-.л = даГо = w/Fo = 0,5 . miQP = 0,5 м,  что удовлетворяет условию однозначности: йд = 1,2 м > 24 ; число элементов синтезированной решетки т = 4А акс/4л = 1.5 10/0,5 = 3000; ширину диаграммы направленности 2Фо.бсф = Йа/2Д = 1,2/2 . 90 10 = 0,67.10 рад = 3,8.10 * град; линейное разрешаемое расстояние по азимуту АД. сф = а/2 = 120/2 = 60 см. В случае нефокусированной антенны нф = Кда = К90.10.2 =4,24.10 см = 42,4 м; 7заа = 4ф/ = 42,4/500 = 84,8.10- с = 84,8 мс; т = еф/ал = 42.4/0,5 ~ 85; 2фо.внф = /ШГ= 1/2/90.100,47.10-8 рад = 2,69.10 град; ДД ,ф= /ДХ = й,ф = 42,4 м. 83.3. Обработка сигналов в РСА. Введем следующие обозначения (рис. 11.13, а): До- кратчайшее расстояние от отражающей точки А до линии пути; Д- наклонная дальность точки Л; л; - расстояние, пройденное ЛА за время / от точки О; ш - путевая скорость ЛА; ©в - несущая частота сигнала. Запишем сдвиг по фазе ф (f), вызванный запаздыванием отраженного сигнала относительно зондирующего (опорного), в виде Ф (t) = (Оо /д = со . 2Д/с = 2(ОоКД + xlc = 2сОоДоУТТад/с. * (11.15) но так как х - wt, то Ф (О = 2сОо До/ 1 + wHinlc. (11.16) При разложении в ряд по биному Ньютона ограничимся двумя слагаемыми, так как х = wt < До: Ф (О = 2сОо До/с + (2сОо До/с) (ш**/2Д?) = = 2сОоДо/с + сОоШ/*/сДо. (11.17) Взяв производную по времени от фазового угла ф (0. убедимся, что частота со принимаемого сигнала прямо пропорциональна времени: (11.18) Ш ----Уш dt сДв Следовательно, движение РЛС вызывает линейную частотную модуляцию и оптимальная обработка сигналов в РСА сводится к-сжатию импульсов с помоиью корреляторов или фильтров, согласованных с ЛЧМС. Устройство обработки сигналов (УОС) должно начинаться с векто-ромерного фазового детектора, чтобы сохранить полезную информа- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 [51] 52 53 54 55 |
||||||||||||||