Начнем сначала – что же такое радиолокация и для чего она нужна? В первую очередь хочется отметить, что радиолокация – это определенная отрасль радиотехники, которая помогает при определении различных характеристик окружающих объектов. Действие радиолокации направлено на подачу радиоволн объектом на устройство.
РЛС, радиолокационная станция – это определенная совокупность различных устройств и аппаратов, которые позволяют осуществлять наблюдения за объектами. Радиоволны, которые подаются РЛС могут обнаружить исследуемую цель и составить ее подробный анализ. Радиоволны преломляются и как бы «рисуют» образ объекта. Радиолокационные станции могут работать при любых погодных условиях и отлично обнаруживать любые объекты на земле, в воздухе или в воде.
Принципы работы РЛС
Система действий проста. Радиоволны из станции направляются на объекты, при встрече с ними волны преломляются и отражаются обратно к РЛС. Это называется радиоэхо. Для обнаружения данного явления в станции устанавливаются радиопередатчики и радиоприемники, которые имеют высокую чувствительность. Раньше, еще пару лет тому назад, радиолокационные станции требовали огромных затрат. Но не сейчас. Для правильной деятельности устройств и определения объектов нужно совсем немного времени.
Все работы РЛС базируются не только на отражении волн, но также и на их рассеивании.
Где может быть использована РЛС?
Сфера применения радиолокационных систем достаточно широка.
- Первой отраслью будет военная. Используется для определения земных, водных и воздушных целей. РЛС совершают контроль и обзор территории.
- Сельское и лесное хозяйство. При помощи подобных станций специалисты проводят исследования для изучения почвы и растительных массивов, а также для обнаружения различного рода возгораний.
- Метеорология. Изучение состояния атмосферы и составление прогнозов, на основе полученных данных.
- Астрономия. Ученые с помощью станций РЛ изучают далекие объекты, пульсары и галактики.
РЛС в автоиндустрии
С 2017 года в МАИ ведутся разработки, которые направлены на создание малогабаритной радиолокационной станции для беспилотных автомобилей . Такие небольшие бортовые аппараты смогут быть установлены в каждый автомобиль в ближайшем будущем. В 2018 году уже проводятся испытания нестандартных РЛС для беспилотных летающих аппаратов. Планируется, что подобные устройства смогут определять земные объекты на дистанции до 60 километров, морские – до 100 км.
Стоит напомнить, что в 2017 также была представлена бортовая двухдиапазонная РЛС небольшого размера. Уникальное устройство было разработано для обнаружения различного рода объектов и предметов при любых условиях.
Прибор И – индикатор. Назначение:
Воспроизведение на экране первичной информации об окружающей обстановке, поступающей от аппаратуры РЛС.
Определение координат надводных объектов и решение навигационных задач графическим путём.
Синхронизация и управление режимами работы станции.
Формирование импульсов запуска передающего устройства.
Формирование импульсов запуска вспомогательных устройств.
Формирование импульсов сигнала курса для вспомогательных устройств.
Обеспечение автономного питания собственных блоков и устройств.
Устройство и принцип работы:
Прибор И состоит из следующих трактов и узлов:
Тракт временной синхронизации.
Тракт временной развёртки.
Тракт визира и меток дальности.
Тракт визира направления.
Тракт ввода информации.
Тракт режима истинного движения.
Цифровое табло дальности и направления.
Электронно-лучевая трубка и отклоняющие системы.
Принцип работы прибора И рассмотрим на его структурной схеме (рис. 1).
Тракт временной синхронизации имеет задающий генератор (3Г), который формирует задающие импульсы с частотой повторения 3000 имп/сек – для шкал дальности 1 и 2 мили; 1500 имп/сек – для шкал 4 и 8 миль; 750 имп/сек – для шкал 16 и 32 мили; 500 имп/сек для шкалы 64 мили. Задающие импульсы от 3Г поступают на выход прибора для запуска функционально связанных устройств (в приборе П -3); для запуска генератора пилообразного напряжения (в тракте временной синхронизации);
В свою очередь, из Прибора П –3 в тракт синхронизации прибора поступают импульсы вторичной синхронизации, благодаря которым осуществляется синхронизация начала развёртки по дальности и направлению с началом излучения зондирующих импульсов прибором А (антенной РЛС) и запускается тракт визира и меток дальности.
Тракт временной развёртки с помощью генератора развёртки формирует и вырабатывает пилообразное напряжение, которое, подаётся после ряда преобразований на отклоняющую систему относительного движения в электронно- лучевой трубке и в тракт визира направления.
Тракт визира и меток дальности предназначен для формирования подвижного визира дальности (ПВД), посредствам которого обеспечивается визирование объектов по дальности, а измерение дальности производится электронным цифровым счётчиком. Информация о дальности выводится на цифровое табло ЦТ–3.
Ротор вращающегося трансформатора генератора развёртки вращается синхронно и синфазно с антенной, что обеспечивает синхронность вращения развёртки и антенны, а также получение отметки начала развёртки в момент пересечения максимумом диаграммы направленности антенны диаметральной плоскости судна.
Тракт визира направления состоит из датчика угла, формирователей сигнала считывания и дешифровки, вращающегося трансформатора развёртки визира направления. Вырабатываемым в тракте визира направления угол поворота вращающегося трансформатора, сформированный в виде кодированного сигнала, после дешифровки поступает на цифровой индикатор–табло ЦТ-4.
Тракт ввода информации предназначен для ввода на ЭЛТ информации о дальности и о направлении на объект, а также отображения на ЭЛТ видеосигнала, поступающего из прибора П – 3.
Тракт режима истинного движения предназначен для ввода данных о скорости V с – от лага, курса К с от гирокомпаса, по которым производится выработка составляющих вектора скорости в масштабе по направлениям N - S и Е – W; для обеспечения перемещения отметки своего судна на экране ЭЛТ в соответствии с выбранным масштабом, а также трактом предусмотрен автоматический и ручной возврат отметки своего судна в исходную точку.
Прибор П-3 – приемопередатчик. Назначение:
Прибор П –3 (приёмопередатчик) предназначен для:
Формирования и генерирования зондирующих импульсов СВЧ;
Приема, усиления и преобразования в видеосигнал отражённых радиолокационных сигналов.
Обеспечения синхронной и синфазной работы по времени всех блоков и узлов приборов: И; П – 3; А.
Состав прибора:
· блок СВЧ – 3 (блок сверхвысокой частоты).
· блок МП (модулятор передатчика).
· блок ФМ (фильтр модулятора).
· блок АПЧ (блок автоматической подстройки частоты)
· блок УР (усилитель регулируемый)
· блок УГ (усилитель главный)
· блок НК – 3 (блок настройки и контроля)
· блок АСУ (блок автоматической стабилизации и управления)
· субблок ФС (формирователь синхроимпульсов)
· 4 выпрямительных устройства обеспечивающих питанием блоков и цепей прибора П – 3.
Работу прибора рассмотрим на его структурной схеме.
Тракт формирования сигналов стабилизации предназначен для формирования импульсов вторичной синхронизации, поступающих в прибор И а также для запуска через блок автоматической стабилизации управления, модулятора передатчика. С помощью этих синхроимпульсов обеспечивается синхронизация зондирующих импульсов с началом развёртки на ЭЛТ прибора И.
Тракт формирования зондирующих импульсов предназначен для выработки импульсов СВЧ и передачи их по волноводу в прибор А. Это происходит после формирования модулятором напряжения импульсной модуляции генератора СВЧ а также импульсов контроля и синхронизации сопрягаемых блоков и узлов.
Тракт формирования видеосигнала предназначен для преобразования с помощью гетеродина и смесителей отражённых импульсов СВЧ в импульсы промежуточной частоты, формирования и усиления видеосигнала который затем поступает в прибор И. Для передачи зондирующих импульсов в прибор А и отражённых импульсов в тракт формирования видеосигнала, используется общий волновод.
Тракт настройки контроля и питания предназначен для выработки питающих напряжений всех блоков и цепей прибора, а также для контроля работоспособности источников питания, функциональных блоков и узлов станции, магнетрона, гетеродина, разрядника и др.
Прибор А – антенное устройство. Назначение:
Прибор А предназначен для излучения и приёма импульсов СВЧ – энергии и выдачи данных курсового угла антенны и отметки курса на прибор И. Он представляет собой щелевую антенну рупорного типа.
Основные данные прибора А.
Ширина диаграммы направленности:
В горизонтальной плоскости – 0,7° ± 0,1
В вертикальной плоскости - 20° ± 0,1
Частота вращения антенны 19 ± 4 обор / мин.
Диапазоны рабочих температур от - 40° С до + 65°С
Габаритные размеры:
Длина – 833 мм
Ширина – 3427 мм
Высота – 554 мм
Вес – 104 кг.
Конструктивно, прибор выполнен в виде 2-х разъемных блоков;
блок ПА – поворотная часть антенны
блок АР – осуществляется: формирование СВЧ энергии в виде радиолуча требуемой формы; направленное излучения энергии в пространство и ее направленный приём после отражения от облучаемых объектов.
Работа прибора А.
В блоке ПА прибора установлен электродвигатель с редуктором. Электродвигатель питается от судовой сети и обеспечивает круговое вращение блока АР прибора А. Электродвигатель, через редуктор, вращает также, ротор вращающегося трансформатора с которого в прибор И поступает, через следящую систему, сигнал об угловом положении антенны относительно ДП судна (курсовой угол), а также сигнал отметки курса судна. В блоке ПА расположен, также, вращающийся СВЧ переход, предназначенный для соединения вращающегося излучателя (блок АР) с неподвижным волноводным трактом.
Блок АР, являющийся щелевой антенной, формирует направленный радиолуч требуемой формы. Радиолуч излучает в пространство СВЧ энергию и обеспечивает направленный приём отражённой от облучаемых объектов части этой СВЧ – энергии. Отражённый сигнал, через общий волновод, поступает в прибор П – 3, где после ряда преобразований превращается в видеосигнал.
В блоке ПА установлены, также, тепловой электронагреватель (ТЕН), предназначенный для предотвращения опасности обледенения подвижных частей прибора А и фильтр для устранения индустриальных радиопомех.
Прибор КУ – контакторное устройство. Назначение:
Прибор КУ (контакторное устройство) предназначен для подключения РЛС к бортовой сети, коммутации выходного напряжения машинного агрегата, защиты привода антенны от перегрузок и защиты РЛС при нарушении порядка её выключения, а также защиты станции при аварийном отключении бортовой сети.
Прибор осуществляет подачу напряжения переменного тока 220В частотой 400 Гц на приборы РЛС через 3 ÷ 6 секунд после включения машинного агрегата.
При аварийном отключении бортовой сети прибор отключает потребителей в течении 0,4 ÷ 0,5 с.
Прибор отключает привод антенны через 5 ÷ 20 с. при неправильном чередовании фаз, при обрыве одной из фаз и при повышении тока нагрузки привода антенны.
Преобразователь АЛЛ – 1,5м. Назначение:
Преобразователь предназначен для преобразования трёхфазного тока частотой 50 Гц в однофазный переменный ток напряжением 220 В частотой 427 Гц. Он представляет собой машинный агрегат, на валу которого расположен трёхфазный синхронный двигатель и однофазный синхронный генератор.
С помощью преобразователя обеспечивается местный и дистанционный пуск и остановка агрегата питания.
УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ РЛС.
Управление работой РЛС осуществляется с панели и пульта управления прибора И.
Органы управления разделяются на оперативные и вспомогательные .
С помощью оперативных органов управления:
Включается и выключается станция. (27)
Переключаются шкалы дальности. (14)
Измеряются расстояния до целей с помощью визира дальности. (15)
Определяются курсовые углы и пеленги целей с помощью электронного и механического визиров направления. (28), (29)
Отключается отметка курса. (7)
Управляют различимостью (усилением) радиолокационных сигналов и помехозащитой. (8, 9, 10, 11, 12, 13)
Регулируется яркость подсвета панели и шкал. (2)
С помощью вспомогательных органов управления:
Включается и выключается вращение антенны. (26)
Включается связь индикатора с лагом и гирокомпасом.
Согласовываются показания подвижной шкалы визира направлений. (29)
Регулируется яркость развёртки и отметки курса. (22, 23)
Отключается АПЧ и включается ручной режим подстройки частоты гетеродина. (27)
Совмещается центр вращения развёртки с геометрическим центром визира направления. (20)
Настраивается гетеродин прибора П –3.
Включается режим контроля общей работоспособности РЛС. (16, 17, 18, 19)
Отключается питание модулятора прибора П –3.
Устанавливается яркость свечения экрана ЭЛТ и фокусируется луч.
Осуществляется включение поворотного устройства антенны. (26)
Включение обогрева антенны осуществляется на приборе КУ
Расположение органов управления, на пульте и панели индикатора указано на рисунке.
Рис №3. Панель управления индикатором РЛС «Наяда - 5»:
1-«Подсвет шкал»; 2-«Подсвет панели»; 3-«Градусы»; 4-«Шкала - интервал»; 5-«Мили»; 6-«ПЗ»; 7-«Отметка курса»; 8-«Дождь»; 9-«Яркость ВН»; 10-«Яркость ВД»; 11-«Яркость МД»; 12-«Волны»; 13-«Усиление»; 14-«Переключатель шкал дальности»; 15-«Дальность»; 16-«Блоки»; 17-«Выпрямители»; 18-«Контроль»; 19-«Стрелочный индикатор»; 20-«Установка центра»; 21-«РПЧ-Откл.»; 22-«Яркость ОК»; 23-«Яркость развёртки»; 24-«Ложные сигналы»; 25-«Контроль РЛС»; 26-«Антенна – Откл.»; 27-«РЛС-Откл.»; 28-«Механический визир»; 29-«Направление»; 30-«Курс-Север-Север-ИД»; 31-«Сброс в центр»; 32-«Сброс»; 33-«Смещение центра»; 34-«Учет сноса»; 35-«Скорость вручную»
ОБСЛУЖИВАНИЕ РЛС.
Перед включением РЛС необходимо:
Произвести внешний осмотр и убедится в отсутствии внешних повреждений приборов и агрегата.
Установить органы управления в положение, указанные в таблице.
| Наименование органа управления | Положение органов управления перед включением индикатора |
| Тумблер «РЛС – Откл.» Регулятор «Дождь» Регулятор «Яркость ВН» Регулятор «Яркость ВД» Регулятор «Яркость МД» Регулятор «Волны» Регулятор «Усиление» Регулятор «Подсвет шкал» Регулятор «Яркость развёртки, ОК» Переключатель «Курс – Север – Север ИД» Кнопка «Сброс в центр» Регуляторы «Смещение центра» Регуляторы «Учет сноса: скорость, направление» Регулятор «Скорость вручную» Кнопка «Ложные сигналы» Тумблер «Гирокомпас – Откл.» Тумблер «Антенна – Откл.» | «Откл.» Крайнее левое Среднее Среднее Среднее Крайнее левое Среднее Среднее В фиксированном на заводе «Курс» Включена Среднее 0 по оцифрованной шкале 0 по оцифрованной шкале Включена «Откл.» «Откл.» |
Остальные ораны управления, могут оставаться в произвольном положении.
Включение станции.
Выключатель напряжения бортовой сети устанавливают в положение «Вкл» (запускается агрегат питания)
На индикаторе:
Выключатель «РЛС – откл.» устанавливают в положение РЛС
Тумблер «Антенна – откл.» устанавливают в положение Антенна.
Включают оперативную кнопку П – 3 (при этом должны осветится шкальный механизм и поясняющие надписи).
Через 1,5 ÷ 2,5 мин. на экране ЭЛТ должна появится вращающая развёртка, отметка курса, метки дальности и линия визира направления.
Через 4 минуты должна появится отметка зондирующего импульса и отметки объектов в зоне обзора РЛС.
С помощью соответствующих регуляторов, выбирают оптимальную яркость ВН; ВД; МД; и положение «Волны».
Приёмопередатчик включается с помощью кнопочного переключателя. (6)
Ориентация изображения относительно истинного меридиана (север) или относительно диаметральной плоскости судна (курс) в режиме относительного движения осуществляется переключателем 30, установкой его в положение «север» или «курс». Этим же переключателем, установкой его в положение «север - ИД» обеспечивается режим истинного движения в масштабе шкал 1; 2; 4; 8 миль.
Центр развёртки смещается в выбранную точку потенциометрами (33)
Начало (центр) развёртки возвращается в центр ЭЛТ кнопкой 31 и 32.
Данные скорости своего судна могут вводится вручную (35)
Поправка на снос за течение вводится потенциометром (35)
Для устранения ложных отметок из-за сверхрефакции предусмотрено изменение частоты зондирующих импульсов (24)
Ручкой резистора «подсвет панели» (1) регулируется яркость индикации: «сброс в центр»; «ложные сигналы»; «миль»; «градусы».
Ручкой резистора «подсвет шкал» регулируется яркость индикации «шкала - интервал».
Цифровая индикация измеряемого до цели расстояния и индикация направления осуществляется на цифровых табло ЦТ – 3 и ЦТ – 4 (3; 5)
Контроль работоспособности РЛС осуществляется встроенной системой, обеспечивающей контроль общей работоспособности и поиск неисправностей (16; 17; 18; 19;)
Убеждаются в возможности: управления визирами дальности ВД и направления ВН, а также выключения отметки курса и изменения масштаба, путём переключения шкал дальности.
Проверяют: совмещение начала развёртки с центром экрана (по двум взаимно перпендикулярным положениям визира направления на шкале 4 мили). Работоспособность схемы ориентации изображения (отключают гирокомпас, переключатель «курс – север – север ИД» устанавливают поочерёдно в положении «курс» и «север» убеждаясь, что отметка курса, при этом, изменяет своё положение). После чего, устанавливают тумблер в положение «гирокомпас» и убеждается в соответствии положения линии курса показаниям репитера ГК.
Проверяют смещение центра вращения развёртки в режиме ОД (рукоятку «сброс в центр» устанавливают в выключенное положение, рукояткой «смещение цента» плавно перемещают центр развёртки в лево и вправо на 2 / 3 радиуса ЭЛТ, всё это проделывают на 1; 2; 4; 8 мильных шкалах дальности при ориентации поочерёдно по «курсу» и «северу»).
Кнопкой «сброс в центр» снова совмещаю центр развёртки с центром «экрана ЭЛТ».
Проверяют индикатор на работу в режиме ИД для чего: устанавливают переключатель в режим «север - ИД» шкалу дальности на 1 милю, отключают лаг и гирокомпас, ручку «учёт сноса» в нулевые положение, вручную устанавливают произвольное значение скорости, с помощью кнопки «сброс в центр» убеждаются в том что начало развёртки на экране перемещается по курсу с установленной скоростью. Когда перемещение достигнет величины 2 / 3 радиуса ЭЛТ, центр развёртки должен автоматически возвратится в центр экрана. Возврат начала развёртки в исходную точку должен обеспечивается, также, вручную нажатием кнопки «сброс».
Ручками «учёт сноса» вводят произвольное значение поправок по курсу и скорости, и убеждаются, что при этом изменяются параметры перемещения начала развёртки на экране ЭЛТ.
Переключатель «курс – север – север ИД» устанавливают в положение «курс» или «север». При этом начало развёртки должно переместится в центр экрана и должен включится режим ОД. Тоже самое должно произойти при установке шкал дальности на значения 16; 32; 64 мили.
Проверяют ручное смещение начала развёртки в режиме ИД: выключают кнопку «сброс в центр», регуляторы «смещение центра» устанавливают в положение, обеспечивающее смещение начала развёртки на величину меньше 2 / 3 радиуса ЭЛТ, кнопку «сброс» нажимают, и убеждаются, что центр развёртки переместился в выбранную точку, и начал перемещаться в заданном направлении. Сместившись на 2 / 3 радиуса экрана, центр развёртки автоматически возвращаются в выбранную точку.
Контроль работоспособности станции осуществляется встроенной системой, обеспечивающей контроль и поиск неисправностей. Система состоит из элементов, входящих отдельными узлами в приборы и блока станции.
Работоспособность прибора П – 3 контролируется с помощью расположенного в нём блока НК – 3 который проверяет исправность источников питания и функциональных блоков и узлов.
Контроль работоспособности прибора И, поиск неисправного источника питания или функционального блока производится с помощью встроенного блока контроля, расположенного на панели управления прибора И.
ВЫКЛЮЧЕНИЕ СТАНЦИИ ПРОИЗВОДИТСЯ:
· Снятием питания тумблером «РЛС – откл.»
· Отключением напряжения бортовой сети (кнопка «стоп» пускателя)
· Отключением напряжения от элементов связи с лагом и гирокомпасом.
Радиолокационная станция
Запрос «РЛС» перенаправляется сюда; о регистре лекарственных средств см. Регистр лекарственных средств.
Радиолокационная станция (РЛС) или рада́р (англ. radar от RA dio D etection A nd R anging - радиообнаружение и дальнометрия) - система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Английский термин-акроним появился в 1941 году , впоследствии в его написании прописные буквы были заменены строчными.
История
В СССР и России
В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привела к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом Павлом Ощепковым получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя - М. Н. Тухачевского .
В 1946 году американские специалисты - Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии».
Классификация
По сфере применения различают- военные;
- гражданские;
- РЛС обнаружения;
- РЛС управления и слежения;
- Панорамные РЛС;
- РЛС бокового обзора;
- Метеорологические РЛС;
- РЛС целеуказания;
- РЛС обзора обстановки;
- Береговые РЛС
- Морские РЛС
- Бортовые РЛС
- Мобильные РЛС
- Первичные или пассивные
- Вторичные или активные
- Совмещённые
- Надгоризонтный радиолокатор
- Метровые
- Дециметровые
- Сантиметровые
- Миллиметровые
Устройство и принцип действия Первичного радиолокатора
Первичный (пассивный) радиолокатор, в основном, служит для обнаружения целей, освещая их электромагнитной волной и затем принимая отражения (эхо) этой волны от цели. Поскольку скорость электромагнитных волн постоянна (скорость света), становится возможным определить расстояние до цели, основываясь на измерении различных параметров распространения сигнала.
В основе устройства радиолокационной станции лежат три компонента: передатчик , антенна и приёмник .
Передатчик (передающее устройство) является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. Он может представлять собой мощный импульсный генератор. Для импульсных РЛС сантиметрового диапазона - обычно магнетрон или импульсный генератор работающий по схеме: задающий генератор - мощный усилитель, использующий в качестве генератора чаще всего лампу бегущей волны , а для РЛС метрового диапазона, часто используют - триодную лампу. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал.
Антенна выполняет фокусировку сигнала передатчика и формирование диаграммы направленности , а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно, а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала.
Приёмник (приёмное устройство) выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны.
Различные РЛС основаны на различных методах измерения отражённого сигнала:
Частотный метод
Частотный метод измерения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов. В данном методе за период излучается частота, меняющаяся по линейному закону от f1 до f2. Отраженный сигнал придёт промодулированным линейно в момент времени, предшествующий настоящему на время задержки. Т.о. частота отраженного сигнала, принятого на РЛС, будет пропорционально зависеть от времени. Время запаздывания определяется по резкой перемене в частоте разностного сигнала.
Достоинства:
- позволяет измерять очень малые дальности;
- используется маломощный передатчик;
Недостатки:
- необходимо использование двух антенн;
- ухудшение чувствительности приёмника вследствие просачивания через антенну в приемный тракт излучения передатчика, подверженного случайным изменениям;
- высокие требования к линейности изменения частоты;
Это основные её недостатки.
Фазовый метод
Фазовый (когерентный) метод радиолокации основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов, которая возникает из-за эффекта Доплера , когда сигнал отражается от движущегося объекта. При этом передающее устройство может работать как непрерывно, так и в импульсном режиме. Основным преимуществом данного метода является то, что он «позволяет наблюдать только движущиеся объекты, а это исключает помехи от неподвижных предметов, расположенных между приёмной аппаратурой и целью или за ней.»
Так как при этом используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности составляет порядка единиц метра. Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот.
Достоинства:
- маломощное излучение, так как генерируются незатухающие колебания;
- точность не зависит от доплеровского сдвига частоты отражения;
- достаточно простое устройство;
Недостатки:
- отсутствие разрешения по дальности;
- ухудшение чувствительности приёмника вследствие проникновения через антенну в приёмный тракт излучения передатчика, подверженного случайным изменениям;
Импульсный метод
Современные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт излучающий сигнал только в течение очень краткого времени, коротким импульсом (обычно приблизительно микросекунда), после чего переходит в режим приёма и слушает эхо, отражённое от цели, в то время как излучённый импульс распространяется в пространстве.
Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, время, прошедшее с момента посылки импульса и до момента получения эхо-ответа, - есть прямая зависимость расстояния до цели. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того как импульс придёт обратно (это зависит от дальности обнаружения радара, мощности передатчика, усиления антенны, чувствительности приёмника). Если импульс посылать раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели может быть спутано с эхом второго импульса от близкой цели.
Промежуток времени между импульсами называют интервалом повторения импульса
, обратная к нему величина - важный параметр, который называют частотой повторения импульса
(ЧПИ) . Радары низкой частоты дальнего обзора, обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду. Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС.
Достоинства импульсного метода измерения дальности:
- возможность построения РЛС с одной антенной;
- простота индикаторного устройства;
- удобство измерения дальности нескольких целей;
- простота излучаемых импульсов, длящихся очень малое время , и принимаемых сигналов;
Недостатки:
- Необходимость использования больших импульсных мощностей передатчика;
- невозможность измерения малых дальностей;
- большая мертвая зона;
Устранение пассивных помех
Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов: земной поверхности, высоких холмов и т. п. Если к примеру, самолёт находится на фоне высокого холма, отражённый сигнал от этого холма полностью перекроет сигнал от самолёта. Для наземных РЛС эта проблема проявляется при работе с низколетящими объектами. Для бортовых импульсных РЛС она выражается в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолёта с радиолокатором.
Методы устранения помех используют, так или иначе, эффект Доплера (частота волны, отражённой от приближающегося объекта, увеличивается, от уходящего объекта - уменьшается).
Самый простой радар, который может обнаружить цель в помехах - радар с селекцией движущихся целей (СДЦ) - импульсный радар, который сравнивает отражения более чем от двух или больше интервалов повторения импульса. Любая цель, которая, движется относительно радара, производит изменение в параметре сигнала (стадия в последовательном СДЦ), тогда как помехи остаются неизменными. Устранение помех происходит путём вычитания отражений из двух последовательных интервалов. На практике устранение помех может быть осуществлено в специальных устройствах - черезпериодных компенсаторах или алгоритмами в программном обеспечении.
СДЦ, работающие с постоянной частотой повторения импульсов, имеют фундаментальную слабость: они являются слепыми к целям со специфическими круговыми скоростями (которые производят изменения фаз точно в 360 градусов), и такие цели не отображаются. Скорость, при которой цель исчезает для радиолокатора, зависит от рабочей частоты станции и от частоты повторения импульсов. Современные СДЦ излучают несколько импульсов с различной частоты повторения - такой, что невидимые скорости в каждой частоте повторения импульсов охвачены другими ЧПИ.
Другой способ избавления от помех реализован в импульсно-доплеровских РЛС , которые используют существенно более сложную обработку чем РЛС с СДЦ.
Важное свойство импульсно-доплеровских РЛС - это когерентность сигнала. Это значит, что посланные сигналы и отражения должны иметь определённую фазовую зависимость.
Импульсно-доплеровские РЛС обычно считаются лучше РЛС с СДЦ при обнаружении низколетящих целей во множественных помехах земли, это - предпочтительная техника, используемая в современном истребителе, для воздушного перехвата/управления огнём (примеры тому AN/APG-63, 65, 66, 67 и 70 радары). В современном доплеровском радаре большинство обработки выполняется отдельным процессором в цифровом виде с помощью цифровых сигнальных процессоров , обычно используя высокопроизводительный алгоритм Быстрое преобразование Фурье для преобразования цифровых данных образцов отражений кое во что более управляемое другими алгоритмами. Цифровые обработчики сигналов очень гибки, поскольку используемые в них алгоритмы могут оперативно заменяться другими, изменением только программы в памяти устройства («прошивку » ПЗУ), таким образом, в случае необходимости, быстро приспосабливаясь к технике глушения противника.
Диапазоны РЛС
| Диапазон | Этимология | Частоты | Длина волны | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| HF | англ. high frequency | 3-30 МГц | 10-100 м | Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС |
| P | англ. previous | < 300 МГц | > 1 м | Использовался в первых радарах |
| VHF | англ. very high frequency | 50-330 МГц | 0,9-6 м | Обнаружение на больших дальностях, исследования Земли |
| UHF | англ. ultra high frequency | 300-1000 МГц | 0,3-1 м | Обнаружение на больших дальностях (например, артиллерийского обстрела), исследования лесов, поверхности Земли |
| L | англ. Long | 1-2 ГГц | 15-30 см | наблюдение и контроль за воздушным движением |
| S | англ. Short | 2-4 ГГц | 7,5-15 см | управление воздушным движением, метеорология, морские радары |
| C | англ. Compromise | 4-8 ГГц | 3,75-7,5 см | метеорология, спутниковое вещание, промежуточный диапазон между X и S |
| X | 8-12 ГГц | 2,5-3,75 см | управление оружием, наведение ракет, морские радары, погода, картографирование среднего разрешения; в США диапазон 10,525 ГГц ± 25 МГц используется в РЛС аэропортов | |
| K u | англ. under K | 12-18 ГГц | 1,67-2,5 см | картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия |
| K | нем. kurz - «короткий» | 18-27 ГГц | 1,11-1,67 см | использование ограничено из-за сильного поглощения водяным паром, поэтому используются диапазоны K u и K a . Диапазон K используется для обнаружения облаков, в полицейских дорожных радарах (24,150 ± 0,100 ГГц). |
| K a | англ. above K | 27-40 ГГц | 0,75-1,11 см | Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц) |
| mm | 40-300 ГГц | 1-7,5 мм | миллиметровые волны, делятся на два следующих диапазона | |
| V | 40-75 ГГц | 4,0-7,5 мм | медицинские аппараты КВЧ , применяемые для физиотерапии | |
| W | 75-110 ГГц | 2,7-4,0 мм | сенсоры в экспериментальных автоматических транспортных средствах, высокоточные исследования погодных явлений |
Вторичная радиолокация
«Вторичная радиолокация» используется в авиации для опознавания самолетов. Основная особенность - использование активного ответчика на самолётах.
Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается, от принципа Первичной радиолокации. В основе устройства Вторичной радиолокационной станции лежат компоненты: передатчик , антенна , генераторы азимутальных меток, приёмник , сигнальный процессор , индикатор и самолётный ответчик с антенной .
Передатчик - служит для излучения импульсов запроса в антенну на частоте 1030 МГц
Антенна - служит для излучения и приёма отражённого сигнала. По стандартам ICAO для вторичной радиолокации антенна излучает на частоте 1030МГц и принимает на частоте 1090 МГц.
Генераторы азимутальных меток - служат для генерации азимутальных меток (Azimuth Change Pulse или ACP) и генерации метки Севера (Azimuth Reference Pulse или ARP ). За один оборот антенны РЛС генерируется 4096 малых азимутальных меток(для старых систем) или 16384 малых азимутальных меток (для новых систем, их ещё называет улучшенные малые азимутальные метки (Improved Azimuth Change pulse или IACP), а также одну метку Севера. Метка севера приходит с генератора азимутальных меток при таком положении антенны, когда она направлена на Север, а малые азимутальные метки служат для отсчёта угла разворота антенны.
Приёмник - служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц.
Сигнальный процессор - служит для обработки принятых сигналов.
Индикатор - служит для индикации обработанной информации.
Самолётный ответчик с антенной - служит для передачи импульсного радиосигнала, содержащего дополнительную информацию, обратно в сторону РЛС при получении радиосигнала запроса.
Принцип действия вторичного радиолокатора заключается в использовании энергии самолётного ответчика для определения положения воздушного судна. РЛС облучает окружающее пространства запросными импульсами на частоте P1 и P3, а также импульсом подавления P2 на частоте 1030 МГц. Оборудованные ответчиками воздушные суда, находящиеся в зоне действия луча запроса, при получении запросных импульсов, если действует условие P1,P3>P2 отвечают запросившей РЛС, серией кодированных импульсов на частоте 1090 МГц, в которых содержится дополнительная информация о номере борта, высоте и так далее. Ответ самолётного ответчика зависит от режима запроса РЛС, а режим запроса определяется интервалом времени между запросными импульсами P1 и P3, например, в режиме запроса А (mode A) интервал времени между запросными импульсами станции P1 и P3 равен 8 микросекундам и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свой номер борта.
В режиме запроса C (mode C) интервал времени между запросными импульсами станции равен 21 микросекунде и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свою высоту. Также РЛС может посылать запрос в смешанном режиме, например Режим А, Режим С, Режим А, Режим С. Азимут воздушного судна определяется углом поворота антенны, который в свою очередь определяется путём подсчёта малых азимутальных меток .
Дальность определяется по задержке пришедшего ответа. Если воздушное судно находится в зоне действия боковых лепестков, а не основного луча, или находится сзади антенны, то ответчик воздушного судна при получении запроса от РЛС получит на своём входе условие, что импульсы P1,P3 Принятый от ответчика сигнал обрабатывается приёмником РЛС, затем поступает на сигнальный процессор, который проводит обработку сигналов и выдачу информации конечному потребителю и (или) на контрольный индикатор. Плюсы вторичной РЛС: Радиоволны, посланные в пространство, распространяются в нём со скоростью света. Но как только они встречают на своём пути какой-нибудь объект, например, самолёт или корабль, они отражаются от него и возвращаются обратно. Следовательно, с их помощью можно обнаруживать различные удалённые объекты, наблюдать за ними и определять их координаты и параметры. Обнаружение местоположения объектов с помощью радиоволн называют радиолокацией
. Александр Степанович Попов
В 1897 г. во время опытных сеансов радиосвязи между морским транспортом «Европа» и крейсером «Африка», проводимых русским физиком Александром Степановичем Поповым , обнаружили интересное явление. Оказалось, что правильность распространения электромагнитной волны искажали все металлические предметы – мачты, трубы, снасти как на корабле, с которого сигнал отправлялся, так и на корабле, где его принимали. Когда же между этими кораблями появился крейсер «Лейтенант Ильин», радиосвязь между ними нарушилась. Так было открыто явление отражения радиоволн от корпуса корабля. Но если радиоволны способны отражаться от корабля, то с их помощью корабли можно и обнаруживать. А заодно и другие цели. И уже в 1904 г. немецкий изобретатель Кристиан Хюльсмайер подал заявку на первый радиолокатор, а в 1905 г. получил патент на использование эффекта отражения радиоволн для поиска кораблей. А ещё через год, в 1906 г., он предложил использовать этот эффект, чтобы определять расстояние до объекта, отражающего радиоволны. Кристиан Хюльсмайер
В 1934 г. шотландский физик Роберт Александр Уотсон-Уотт получил патент на изобретение системы для обнаружения воздушных объектов и уже в следующем году продемонстрировал одно из первых таких устройств. Роберт Александр Уотсон-Уотт
Определение местонахождения чего-либо называют локацией
. Для этого в технике применяют устройство, называемое локатором
. Локатор излучает какой-либо вид энергии, например, звук или оптический сигнал, в сторону предполагаемого объекта, а затем принимает отражённый от него сигнал. Радиолокатор
использует для этой цели радиоволны. На самом деле радиолокатор, или радиолокационная станция (РЛС), - сложная система. Конструкции различных радиолокаторов могут различаться, но принцип их работы одинаков. Радиопередатчик посылает в пространство радиоволны. Достигнув цели, они отражаются от неё, как от зеркала, и возвращаются назад. Такая радиолокация называется активной. Основные узлы радиолокатора (РЛС) – передатчик, антенна, антенный переключатель, приёмник, индикатор. По способу излучения радиоволн РЛС делятся на импульсные и непрерывного действия. Как работает импульсная радиолокационная станция? Передатчик радиоволн включается на короткое время, поэтому радиоволны излучаются импульсами. Они поступают в антенну, которая располагается в фокусе зеркала параболоидной формы. Это нужно для того, чтобы радиоволны распространялись в определённом направлении. Работа радиолокатора похожа на работу светового прожектора, лучи которого подобным образом направляются в небо и, освещая его, ищут нужный объект. Но работа прожектора этим и ограничивается. А радиолокатор не только посылает радиоволны, но и принимает сигнал, отражённый от найденного объекта (радиоэхо). Эту функцию выполняет приёмник. Антенна импульсного радиолокатора работает то на передачу, то на приём. Для этого в ней есть переключатель. Как только радиосигнал послан, отключается передатчик и включается приёмник. Наступает пауза, во время которой радиолокатор как бы «слушает» эфир и ждёт радиоэхо. И как только антенна улавливает отражённый сигнал, тут же отключается приёмник и включается передатчик. И так далее. Причём время паузы может во много раз превышать длительность импульса. Таким образом излучаемый и принимаемый сигнал разделяются во времени. Принятый радиосигнал усиливается и обрабатывается. На индикаторе, который в простейшем случае представляет собой дисплей, отображается обработанная информация, например, размеры объекта или расстояние до него, или сама цель и окружающая её обстановка. Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью света. Поэтому, зная время t
от излучения импульса радиосигнала до его возвращения, можно определить расстояние до объекта. R =
cˑ
t/2
, где с
– скорость света. Радиолокатор непрерывного действия
высокочастотные радиоволны излучает непрерывно. Поэтому антенной улавливается также непрерывный отражённый сигнал. В своей работе такие РЛС используют эффект Доплера . Суть этого эффекта в том, что частота сигнала, отражённого от объекта, движущегося по направлению к радиолокатору, выше частоты сигнала, отражённого от объекта, удаляющегося от него, несмотря на то, что частота излучаемого сигнала постоянна. Поэтому такие РЛС используют для определения параметров движущегося объекта. Пример радиолокатора, в основе работы которого лежит эффект Доплера – радар, используемый сотрудниками ГИБДД для определения скорости движущегося автомобиля. В поисках объекта направленный луч антенны РЛС сканирует пространство, описывая полный круг, либо выбирая определённый сектор. Он может быть направлен по винтовой линии, по спирали. Обзор также может быть коническим или линейным. Всё зависит от задачи, которую он должен выполнить. Если необходимо постоянно следить за выбранной движущейся целью, антенна радиолокатора всё время направлена на неё и поворачивается вслед за ней с помощью специальных следящих систем. Впервые радиолокационные станции начали применяться во время Второй мировой войны для обнаружения военных самолётов, кораблей и подводных лодок. Так в конце декабря 1943 г. радиолокаторы, установленные на английских кораблях, помогли обнаружить фашистский линкор, вышедший ночью из порта Альтенфиорд в Норвегии, чтобы перехватить военные суда. Огонь по линкору вёлся очень точно, и вскоре он пошёл ко дну. Первые РЛС были не очень совершенными, в отличие от современных, надёжно защищающих воздушное пространство от воздушных налётов и ракетного нападения, распознающих практически любые военные объекты на суше и на море. Радиолокационное наведение применяется в самонаводящихся ракетах для распознавания местности. РЛС осуществляют слежение за полётами межконтинентальных ракет. РЛС нашли своё применение и в мирной жизни. Без них не могут обходиться лоцманы, проводящие корабли через узкие проливы, диспетчеры в аэропортах, руководящие полётами гражданских самолётов. Они незаменимы при плавании в условиях ограниченной видимости – ночью или при плохой погоде. С их помощью определяют рельеф дна морей и океанов, исследуют загрязнения их поверхностей. Их используют метеорологи для определения грозовых фронтов, измерения скорости ветра и облаков. На рыболовных судах радиолокаторы помогают обнаруживать косяки рыбы. Очень часто радиолокаторы, или радиолокационные станции (РЛС), называют радарами
. И хоть сейчас это слово стало самостоятельным, на самом деле это аббревиатура, возникшая из английских слов «radio
detection
and
ranging
»
, что означает «радиообнаружение и дальнометрия» и отражает суть радиолокации. РЛС состоит из следующих основных элементов: Передающее устройство; Приемное устройство; Антенный коммутатор и антенное устройство; Оконечное устройство; Синхронизатор. Структурная схема РЛС показана на рис.5.2. Рис.5.2 Структурная схема радиолокационной станции. Передающее устройство
РЛС предназначено для формирования зондирующего сигнала и передачи его в антенну. Приемное устройство
РЛС предназначено для предварительной обработки отраженного сигнала, принятого антенной. Оно осуществляет выделение полезного сигнала из смеси сигнала и помех, преобразование радиосигнала в видеосигнал и передачу его в оконечное устройство. Антенный коммутатор
предназначен для подключения передатчика к антенне при излучении зондирующего сигнала и подключения приемника к антенне при приеме отраженного сигнала. Оконечное устройство
для анализа полезного сигнала. Тип оконечного устройства зависит от вида сигнала (аналоговый или цифровой), получателя радиолокационной информации (оператор, устройство автоматического определения координат, ЭВМ и т.д.) и типа радиолокационной информации. Синхронизатор
обеспечивает заданную последовательность работы элементов РЛС. Так, например, в наиболее распространенных РЛС с импульсным режимом работы синхронизатор выполняет следующие функции: Согласование момента формирования зондирующего импульса с моментом запуска временной развертки индикатора или нулевым отсчетом вычислительного устройства; Согласование положения диаграммы направленности антенны в пространстве с разверткой индикатора или нулевым отсчетом вычислительного устройства; Определение момента открытия приемника и интервала его работы. При этом принципиально возможны следующие способы синхронизации: 1. Синхронизация от передатчика к оконечному устройству. В таких РЛС момент формирования зондирующего импульса определяет момент запуска временной развертки индикатора или момент обнуления вычислительного устройства. Достоинство такого способа синхронизации состоит в том, что нестабильность частоты следования зондирующих импульсов передатчика не влияет на точность радиолокационных измерений. Однако таким РЛС свойственна нестабильность запуска оконечного устройства, которую полностью устранить трудно. 2. Синхронизация от оконечного устройства к передатчику. В этом случае работой оконечного и передающего устройства управляет высокостабильный генератор, входящий в состав оконечного устройства. Благодаря этому достигается высокая точность радиолокационных измерений. Однако возникают проблемы при изменении частоты следования зондирующих импульсов. 3. Синхронизация с помощью отдельного высокостабильного кварцевого генератора, не входящего в состав передающего или оконечного устройства. Такой способ синхронизации применяют в большинстве современных РЛС, которые обычно предусматривают возможность изменения частоты следования зондирующих импульсов в процессе работы станции. Это необходимо для обеспечения помехозащищенности РЛС при работе в условиях пассивных или активных радиолокационных помех. Структурная схема РЛС в основном зависит от ее назначения, типа зондирующего сигнала (импульсный или непрерывный) и модулируемого параметра радиосигнала. Однако в общем случае процедура обработки радиосигнала в РЛС должна быть согласована не только с типом зондирующего сигнала, но и с видом помех. Поэтому структурная схема РЛС должна учитывать источники активных и пассивных радиоэлектронных помех. Эта задача усложняет работу любой РЛС, т.к. помехи вызывают искажение отраженного от цели сигнала и ведут к потере полезной радиолокационной информации. Поэтому в процессе обработки отраженного сигнала стремятся подавить помехи, что достигается введением в состав структурной схемы РЛС устройств защиты от радиоэлектронных помех.См. также
Литература
Статьи
Ссылки
Примечания
Советские и российские радиолокационные станции
РЛС Радиотехнических войск
«РУС-1 »
«РУС-2 »
«П-3 »
«П-8 «Волга»»
«П-10 «Волга-А» »
«П-14»
«П-18 «Терек»»
«П-20»
«П-30»
«П-35 «Дренаж»»
«П-37»
«П-40»
«П-70 «Лена-М»»
«Резонанс-Н(Э)»
«Кольцо»
«Каста»
«5Н59,19Ж6,35Д6/36Д6 »
«Каста-2Е»
«Гамма-С1Е »
«Гамма-ДЕ »
«Оборона-14 »
«5Н87»
«Десна-М»
«Противник-ГЕ »
Радиовысотомеры
«ПРВ-9»
«ПРВ-10»
«ПРВ-11»
«ПРВ-13 »
«ПРВ-16 »
«ПРВ-17»
Специальные РЛС ЗРК
П-15 П-19 1Л117М Десна-М 76Н6 96Л6Е
Станции дальней радиолокации
Днепр Днестр-М Дарьял Крона Дунай Дон-2Н Дуга 1 Волга Воронеж-М/ДМ Витим
Авиационные РЛС
Гнейс-2 Гнейс-5 РП-5 Изумруд-5 Лиана Вега-М Шмель Э-801 Око Н007 Заслон Н010 Жук (8-II / 27 / М(С)(Э) / (М)Ф(Э) / А(Э)
) Н011 Барс (М / 29
) Н035 Ирбис Н050
Корабельные РЛС
Редут-К Гюйс-1 Гюйс-2 Нептун Фут-Н Риф Дон П-500 Фрегат Подберёзовик Фуркэ Монумент-А Пал-Н 3Р41 3Р95 Флаг Подкат
Контрбатарейные и прочие РЛС
Зоопарк Аистёнок Фара Кредо
Береговые РЛС
Как появилась радиолокация
Как работает радиолокатор
Применение радиолокаторов
Загрузка...
