ЧАСТЬ 2. РАДИО ЛОКАЦИОННЫЕ И РАДИО НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Основные принципы построения радиолокационных и радионавигационных систем

Физические основы радиолокационного обнаружения объектов

Дальность действия радиосистем

Точность радиотехнических методов местоопределения

Поиск сигналов в радиолокационных и радионавигационных системах

Выделение сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех

Фазовые и импульсно-фазовые радионавигационные системы

Спутниковые радионавигационные системы

Измерение времени запаздывания сигналов в радионавигационных системах

Частотные дальномерные системы

Радиотехнические системы измерения скорости

Методы и устройства измерения угловых координат

Оптическая локация

Радиотеплолокация

Системы радиопротиводействия. Защита от активных помех

Методы оценивания параметров движения объектов и комплексирование систем

ГЛАВА 7. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ И РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

§ 7.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Радиолокацией называют область науки и техники, объединяющую методы и средства обнаружения, измерения координат и параметров движения, а также определения свойств и характеристик различных объектов (радиолокационных целей), основанных на использовании радиоволн, излучаемых, ретранслируемых либо отражаемых (рассеиваемых) этими объектами. Процесс обнаружения объектов, измерения их координат и параметров движения называют радиолокационным наблюдением (иногда радиолокацией цели), а используемые для этого системы—радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами.

Радионавигация — область науки и техники, охватывающая радиотехнические методы и средства вождения кораблей, летательных и космических аппаратов, а также других движущихся объектов.

Таким образом, радиолокация и радионавигация тесно связаны общностью решаемой ими задачи — определения координат объекта. Во многих случаях РЛС применяют для решения чисто радионавигационных задач.

Радиоуправление — отрасль техники, включающая радиотехнические методы и средства автоматического управления объектами. Совокупность технических средств для такого управления называют системой радиоуправления. В радиоуправлении используют как радиолокационные, так и навигационные системы.

В зависимости от природы возникновения электромагнитных волн, достигающих антенны РЛС и доставляющих информацию об объекте радиолокационного наблюдения, различают активную, полуактивную, активную с активным ответом и пассивную радиолокацию.

При активной радиолокации сигнал, принимаемый приемником РЛС, создается в результате отражения (рассения объектом электромагнитных колебаний, излучаемых антенной РЛС и облучающих объект. Сигнал, излучаемый антенной РЛС, называют прямым или зондирующим, а принимаемый приемной антенной РЛС — отраженным или радиолокационным. Таким образом, при активной радиолокации применяют передатчик в составе РЛС и работают с отраженным (рассеянным) сигналом.

При полуактивной радиолокации носителем информации также является сигнал, отраженный объектом, но источник облучающих объект радиоволн вынесен относительно приемника РЛС и может действовать независимо от него. Передающее устройство, облучающее цель, может быть расположено, например, на земле или корабле, а приемное, использующее отраженный сигнал, - на ракете, направленной на цель.

Возможность обнаружения объектов, не являющихся источниками радиоизлучения, - достоинство активного и полуактивного методов радиолокации.

При активной радиолокации с активным ответом применяют сигнал, ретранслируемый (переизлучаемый) специальным приемопередатчиком (ответчиком), установленным на объекте. Приемник ответчика принимает сигнал РЛС, который вызывает генерирование и излучение ответного сигнала. Ответный сигнал может иметь мощность значительно большую, чем отраженный, поэтому применение активного ответа позволяет существенно повысить дальность действия и помехозащищенность системы. Кроме того, ответный сигнал может быть использован для передачи дополнительной информации с объекта (например, бортового номера самолета, его высоты и др.). С помощью ответчика решается и задача опознавания объекта, т. е. отличия «своих» самолетов или кораблей от «чужих». Принцип активного ответа широко применяется в радионавигации и радиоуправлении, например в радиосистемах ближней навигации (РСБН) и системах управления воздушным движением (УВД).

В пассивной радиолокации сигналом, принимаемым РЛС, является естественное излучение объектов в радиодиапазоне преимущественно теплового происхождения, поэтому пассивную радиолокацию называют также радио-теплолокацией. Таким образом, в этом случае, так же как и в активной радиолокации, для обнаружения объектов и определения их координат применяют радиосигнал.

Однако природа сигнала при этом иная — зондирование (облучение) объекта отсутствует, и поэтому одна РЛС может определить лишь направление (пеленг) на объект, т. е. осуществить радиопеленгование последнего. Поэтому пассивная радиолокация тесно связана с радиопеленгацией — отраслью радионавигации, основанной на использовании методов и средств определения направления на объекты, имеющие источники радиоизлучения.

Таким образом, основой радиолокационного обнаружения, определения координат и их производных, а возможно, и некоторых других характеристик (размеров, формы, физических свойств) объектов является радиосигнал, отраженный, переизлученный или, излученный объектами наблюдения. В активной радиолокации источник электромагнитных колебаний — передающее устройство РЛС. Но электромагнитные колебания зондирующего сигнала становятся носителем информации об объекте, т. е. радиолокационным сигналом, лишь после их отражения (рассеяния) объектом наблюдения. Однако от вида и параметров зондирующего сигнала (энергии, несущей частоты, длительности и ширины спектра) зависят основные характеристики РЛС: дальность действия, точность определения координат и скорости объектов, разрешающая способность, т. е. тот объем информации, который может быть получен при обработке радиолокационного сигнала. В общем случае напряжение модулированного сигнала можно записать в комплексной форме (см. § 1.3):

где , — законы амплитудной и угловой модуляции, которые можно объединить в одной функции времени — комплексной огибающей — центральная (несущая) частота; — начальная фаза. Под зондирующим обычно понимают сигнал, излучаемый антенной, поэтому его модуляция оказывается связанной также с параметрами антенной системы и ее движением. Так, при повороте оси диаграммы направленности антенны (ДНА) относительно направления на объект амплитуда сигнала изменяется, т. е. появляется дополнительная амплитудная модуляция, параметры которой зависят от ширины и формы ДНА, а также скорости ее поворота.

Антенная система определяет также поляризацию зондирующего сигнала. В современных РЛС применяют линейную и круговую поляризацию.

Если отражающий объект попадает в зону облучения РЛС (в пределы ширины ДНА), то создается отраженный сигнал, несущий информацию об объекте. Факт приема сигнала свидетельствует об обнаружении объекта, а амплитуда, фаза, частота, вид поляризации, время задержки относительно зондирующего сигнала и направление прихода сигнала к приемной антенне позволяют оценить координаты объекта, параметры его движения, а при наличии нескольких объектов — разделить их, выделить объект с требуемыми свойствами и т. д.