Определение дальности до цели в импульсных РЛС

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 26Следующая ⇒

РПДУ излучает зондирующий импульс (probing pulse, pilot pulse)длительностью периодически через тактовый интервал (timingperiod) . При скорости распространения радиоволны, равной скорости света с, время запаздывания (delaytime) пропорционально удвоенному значению дальности (distance, range) D (рис. 2.4).

Рис. 2.4 — К пояснению принципа определения дальности импульсной РЛС

Предельные возможности импульснойРЛС определяются длительностью импульса и величиной тактового интервала T_tp:

Минимальная дальность D_minопределяется длительностью импульса:

;

Максимальная дальность D_max ограничивается тактовым интервалом:

Примеры.

1. Оценить длительность импульса РЛС для контроля причаливания морских судов.

Пусть D_min = 30 м. За 1 нс свет пролетает 0,3 м (Академик!). Значит, 30 м свет пролетит за 100 нс, а в обе стороны — за 200 нс. Следовательно, должен быть не более 0,2мкс.

2. Макс. дальность обнаружения РЛ прицела Fantom4C равна 150 км, МИГ-21 — 90 км(6-ти дневная война израильтян с арабами в 1967 году).

Какая должна быть тактовая частота? 2D_max = 300 км, свет пролетает за 10^-3 с, следовательно, тактовая частота равна 1 кГц.

Определение дальности до цели в моноимпульсных РЛС

В моноимпульсных РЛС применяют шумоподобные сигналы: модуляцию несущей ПСП —псевдослучайной последовательностью (PseudoRandomSequence — PRSили PRN — …number): сочетания нулей и единиц не повторяются в течение тактового интервала. Длительность каждого импульсаможет быть малой. Обработка: путем накопления принятой последовательности и оценки её запаздывания относительно переданной. Энергия накопленного сигнала во много раз больше энергии отдельного импульса. Недостаток: решение принимается с запаздыванием (рис. 2.4а).

Рис. 2.5 — К пояснению принципа определения дальности в моноимпульсной РЛС

Определение углового положения цели

В отличие от РТС ПИ ДН антенны играет принципиальную роль.

Пример 1: судовая РЛС. Определить направление на судно, находящееся на поверхности моря.

Рис. 2.6 — Вид ДН судовой РЛС кругового обзора

Лк 4

Какую формудолжна иметь антенна судовойРЛС?

Рассмотрим прямоугольную апертуру с относительными (в длинах волн) размерами axb, большими единицы (т. е. с линейными размерами больше длины волны).

Пусть апертура возбуждается электрическими или магнитными токами
J(x,y).

Примечание. Магнитных токов в природе не существует. Вводятся по аналогии с электрическими. Плотность поверхностного электрического токаJ_эравна напряженности магнитного поля H вблизи поверхности металла (закон ЭМ индукции Фарадея, рис. 2.6а). Напряженностьэлектрического поля может быть только перпендикулярна поверхности металла. Если в ней есть разрыв, то в нем может быть ненулевая напряженностьэлектрического поляE: она численно равна искусственно вводимой плотности магнитного токаJ_м (рис. 2.6б).

Рис. 2.7 — К пояснению ЭМ индукции и введению магнитных токов

Размерность [H] = A/м, плотность электрическогоповерхностного тока J_э формально имеет такую же размерность. Физический смысл: т. к. ток течет только по поверхности, по полоске шириной 1 м течёт ток силой, численно равной J_э ампер. Размерность [Е] = [J_м] = В/м,полное напряжение U = Еd = J_мd, где d — величина зазора.

Форма ДН плоской апертуры определяется преобразованием Фурье от распределения токов

Чаще всего распределение токов можно рассматривать по осям xи yнезависимо, тогда независимо определяются и ДН

Для синфазного, равноамплитудного распределения (рис. 2.7 а) ДН имеют вид функции типа (рис. 2.7 б). Максимальный УБЛ составляет –13,6 дБ.

Любое изменение распределения амплитуд токов приводит к расширению главного лепестка ДН

Для уменьшения УБЛ нужно снижать уровень токов к краям апертуры.При увеличении уровня токов у краёв возрастает УБЛ.

При нарушении синфазности становится невозможным такое сложение фаз излучения диполей Герца, при котором обеспечиваются нули излучения.

Нарушение синфазности распределения токов приводит к «заплыванию» нулей ДН

Рис. 2.8 — Прямоугольная синфазная апертура (а) и её ДН
в азимутальной (б) и угломестной (в) плоскостях

Пример 2:РЛС обнаружения воздушных целей. Варианты:

а) единая антенна с «игольчатой ДН» (недостаток: малый сектор обзора, т.е. трудность наведения);

б) две антенны с «веерообразной» ДН — работа по азимуту и углу места раздельно (сектор обзора значительно шире);

в) комбинированная антенная система: две с «веерообразной» ДН и одна — с игольчатой (повышенная точность сопровождения цели).

Лк 5

Определение скорости цели

Обычно используется эффект Доплера.

Если источник волн (акустических или радио) движется относительно наблюдателя, то расстояние между гребнями волн (длина волны λ) зависит от скорости взаимного перемещения vи направления движения

Верхний знак соответствует сближению, а нижний — удалению.

Это соответствует изменению несущей частоты : теперь частота будет равна

где — частота Доплера.

Пример.Скорость звукаv≈300 м/с(M =1200 км/ч): относительное изменениечастоты .

ИСЗ v≈ 3 км/с,относительное изменение3/300000 = .

Вывод: для использования эффекта Доплера требуется очень высокая стабильностьчастоты.

Радионавигационные системы

РНС решают две основные задачи:

1) ПС находится в месте определения координат.

2) ПС удален от места определения.

В настоящее время основными видами РНС являются спутниковые ГНС.

Для решения первой задачи используютсяGPS (GlobalPositioningSystem) и ГЛОНАСС(ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система).

Первые ИСЗ GPSзапущены в 1974 году, полная группировка 24 ИСЗ закончена в 1993 г.Сейчас — 31 ИСЗ (часть не используется). Круговые орбиты с высотой 20 200 км, 6 плоскостей по 4 ИСЗ. Наклонение 55°: охват приполярных областей плохой.

ГЛОНАСС: первые ИСЗ в 1983 году, 24 получено к 2011 году. Круговые орбиты с высотой 19 400 км, 3 плоскости по 8 ИСЗ. Наклонение 64,8° — больше, чем у GPS, поэтому охват приполярных областей хороший.

Рис. 2.9 — Структурная схема ГНСС

Бортовые комплексы ИСЗ (БК ИСЗ) излучают идентифицирующую информацию и высокостабильные радиосигналы, синхронизированные по сигналам точного времени, которые излучает наземный комплекс точного времени (НК ТВ). Модуляция ПСП. Если на объекте принимаются сигналы от трех ИСЗ, то эти сигналы позволяют определить расстояния от каждого ИСЗ до объекта. Методом триангуляции решающее устройство определяет местоположение объекта на поверхности Земли. Если объект находится на некоторой высоте над землёй, то трех ИСЗ для определения высоты недостаточно: нужно 4 ИСЗ.

Рис. 2.10 — Триангуляция в спутниковой ГНС

Вывод: в ГНС определение местоположения объекта для ПС, находящегося на самом объекте, происходит одновременно при пространственном разнесении источников опорных сигналов.

Решение второй задачи.

В случае аварии на морском или воздушном судне, либо если человек потерялся в труднодоступной местности, требуется определить местоположения объекта для удаленного получателя (нах. на Земле) с помощью ИСЗ.

Источник опорного сигнала должен находиться в определяемом месте, а сигнал фиксироваться либо несколькими ИСЗ (пространственный разнос), либо одним ИСЗ, но в несколько моментов времени.

Второй метод реализован в системе КОСПАС-SARSAT(Космическая Система Поиска Аварийных Судов — SearchAndRescueSatelliteAidedTracking).

В месте поиска должно находиться одно из следующих устройств:

—аварийныйрадиобуйАРБилиEPIRB (EmergencyPositionIndicatingRadioBeacon) — дляморских судов;

—персональныйрадиобуйПР или PLB (PersonalLocatorBeacon) — длялюдей;

— аварийныйпередатчикместоуказания АПМ или ELT (EmergencyLocatorTransmitter) — длявоздушных судов.

На сегодняшний день в состав системы входят:

— космический сегмент из четырёх низкоорбитальных (от 800 км до 1000 км) и трёх геостационарных спутников;

— местные пользовательские терминалы — МПТ (LocalUserTerminals — LUT), которые имеют право создавать государства на своей территории;

— центр управления системой (MissionControlCentre — MCC) — единственный.

Связь с низколетящими спутниками обеспечивают LEOLUT — LowEarthOrbitLUT, с геостационарными — GEOLUT — GeostationaryEarthOrbitLUT.

Принцип действия основан на эффекте Доплера.

В ПЗУ аварийного передатчика при регистрации закладывается идентифицирующая информация (ИИ): индивидуальный номер пользователя и серийный номер буя.РПД излучает ИИ, затем высокостабильный сигнал на частоте ок. 406 МГц в течение 5 с. Передачи повторяются примерно через 50 с. Этот интервалотличается для разных буёв, чтобы в случае одновремнной активации их различить.

Первый сеанс (в момент t₀) используется для подстройки частоты РПУ ИСЗ.

После приема второй посылки (в момент t₁) в системе возникает состояние тревоги: известно, кто терпит бедствие, но нет координат. Нужно принять еще 3 посылки для их определения (рис. 2.11).

Рис. 2.11 — Структурная схема спутниковой системы КОСПАС-SARSAT

В системе измеряется не сама частота ДоплераF_д, и её изменение от посылки к посылке ΔF_д(рис. 2.12).

Рис. 2.12 — Временная диаграмма обработки сигнала на ИСЗ

Рис. 2.13 — Оценка местоположения объекта по двум известным
расстояниям до ИСЗ

Устранение неоднозначности вып. путем учета вращения Земли: за 100 с угол поворота составит:

Недостаток низкоорбитальных ИСЗ: при малом числе может возникнуть задержкадоставки сообщения на Землю до 1,5 часов.

Геостац. ИСЗ не могут определять место. Они применяются 2 путями:

— для обычных АРБ — предварительное уведомление об аварии (можно уточнить район бедствия через инф. сети);

— для АРБ со встроенными приёмниками GPS — приём и ретрансляция данных о месте, получых самим АРБ.

Сочетание достоинств низколетящих и геостационарных СЗ: использованиепромежуточных орбитMEO — MediumEarthOrbit: планируется в ближайшие годы.

Лк 6

Сигналы, применяемые в РТС

Осн. хар-ки: поведение во времени и по амплитуде (табл. 2.2).

Таблица 2.2 — Классификация сигналов по характеру изменения во времени и по амплитуде

Характер изменения		Название	Получение
во времени	по амплитуде	Название	Получение
Непрерывное	Непрерывное	Аналоговые	Естественная форма
Дискретное	Непрерывное	Импульсные	Дискретизация по теореме Котельникова
Непрерывное	Дискретное	Квантованные	Квантование при заданном уровне искажений
Дискретное	Дискретное	Цифровые	Аналого-цифровое преобразование (АЦП) с кодированием в удобную форму

Аналоговые: естественная форма, т.е. просто реализуются. Недостаток: любые искажения снижают достоверность переносимой информации.

Импульсные: в интервалах между импульсами можно разместить другую информацию: многоканальныесистемы связи с ВРК (TDM). Недостатки: также подвержены искажениям, расширенный спектр.

Цифровые: можно реализовать с пом. двоичной системы счисления и для передачи «0» и «1» использовать максимально различимую пару элементарных сигналов. При правильном решении о передаваемом символе никаких дополнительных искажений информации не возникает (наибольшая помехозащищенность). Ключевой режим работы ПП приборов: малое потребление энергии, высокая надежность. Недостаток: широкий спектр импульсных сигналов. Для преодоления необходимо специальное кодирование.

Выводы.

1. Наиболее перспективны для передачи и обработки информации цифровые сигналы. Недостатки преодолеваются путем применения эффективных способов кодирования и использования высокопроизводительных сигнал-процессоров.

2. Смесь радиосигнала с помехами на входе приёмной части РТС — аналоговый сигнал по природе, поэтому качество работы всей РТС зависит от энергии принимаемого сигнала и способа его обработки.

3. Применение импульсных и цифровых сигналов требует синхронизации во времени, а часто — выполнения жесткихтребований к стабильности частоты и фазы ВЧ сигналов.

По степени предсказуемости сигналы делят на детерминированные и случайные.

Детерминированные: полностью известны форма и все параметры. Для синусоидальных это амплитуда,частота, начальнаяфаза

Примечание. Считается, что синусоидальный сигнал продолжается бесконечное время, значит, начальную фазу определить невозможно. На практике определяют фазу относительнонекоторого момента времени или как сдвиг фаз между 2 сигналами, один з которых считается опорным.

Вопрос: могут ли передавать информацию детерминированные сигналы? Нет. Пример Врунгеля (часы).

Значит ли, что случайные сигналы должны быть полностью непредсказуемые?

Нет, только инф. параметр (рис. 2.11)!

Рис. 2.14 — Включение ВЧ сигнала (а), фиксация длительности (б) и пример использования для передачи текста (в)

Лк 7

А помехи? Сама форма сигн м. б. непредсказуемой.

Помехи делят на:

— естественные (природные);

— промышленные;

— преднамеренные.

Естественные:

— тепловые шумы Земли;

— шумы Солнца;

— косм. шумы;

— эл разряды в атмосфере;

— тепловые шумы ПП приборов.

«Шум» — колеб. непредсказуемой формы во всем спектре радиочастот.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1303; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!