Глава 12. Измерители высоты

Высота объекта над поверхностью (Земли) может измеряться радиовысотомером автономно с борта объекта либо с поверхности радиолокационным измерителем. В первом случае применяют частотный или импульсный радиодальномер с ДНА, ориентированной в направлении вертикали к поверхности Земли (или отклоненной от вертикали на известный угол). Во втором случае применяют специальный радиолокатор. При высоте подъема антенны этого радиолокатора над поверхностью Земли, расстоянии до цели и угле визирования цели в вертикальной плоскости истинная высота цели может быть определена, как показано в п. 5.1.2 и на рис. 5.11, из соотношения

где приведенная высота. Последнее слагаемое учитывает кривизну земной поверхности и рефракцию радиоволн в стандартной атмосфере с помощью введения эффективного радиуса Земли

Из этого соотношения следует, что задачей радиолокационного измерителя высоты является нахождение угла места цели Зная этот угол и измерив дальность соответствующим методом, можем по известным найти высоту цели Применяют и более простой метод непосредственного измерения: метод -образного луча.

Методы измерения угла места цели основаны на использовании остронаправленных в вертикальной плоскости антенн, формирующих как сканирующие, так и неподвижные ДНА. При сканирующей (качающейся) в вертикальной плоскости антенне можно измерить методом максимума. Если сканирование производится с помощью механического привода, то снижается темп поступления информации и вычисления что при большом числе быстро перемещающихся целей является существенным недостатком. Этот недостаток не проявляется в радиолокаторах с многолепестковой ДНА в вертикальной плоскости, т.е. с параллельным обзором по углу места и одновременным измерением высоты целей по каждому из лепестков ДНА. В таком радиолокаторе зондирующий сигнал излучается всеми, парциальными лепестками ДНА одновременно, а сумма лепестков образует широкую (формы При приеме отраженных сигналов каждый лепесток ДНА работает на отдельный приемный канал. Быстродействие такого радиолокатора достигается ценой усложнения системы обработки сигналов.

В обзорных радиолокаторах, предназначенных для определения трех координат целей, возможна комбинированная система измерения, при которой медленное механическое или электрическое вращение ДНА по азимуту сочетается с быстрым сканированием по углу места. В таком радиолокаторе для перемещения луча в вертикальной плоскости изменяют несущую частоту зондирующего сигнала (частотное сканирование), а в качестве антенны применяют ФАР. Зависимость фазового набега сигнала в волноводных линиях передачи от частоты приводит к отклонению луча ФАР. Частота может изменяться дискретно от импульса к импульсу или плавно. При фиксированной несущей для управления положением луча в вертикальной плоскости можно использовать лучеобразующую волноводную матрицу. Она состоит из системы отводов от волноводов, соединенных с излучателями ФАР. Линии, проведенные по точкам подключения отводов, наклонены к этим волноводам под углами, пропорциональными ожидаемым углам наклона фронта волны, падающей на ФАР. Выбирая соответствующую линию отвода, обеспечивают прием только того сигнала, который приходит с определенного направления (поворачивают ДНА), и находят таким образом угол а затем рассчитывают высоту цели

Принцип действия измерителя высоты, основанного на методе V-образного луча. Антенная система радиолокатора, расположенного в точке О (рис. 12.1), имеет два луча: вертикальный и наклонный Плоскость последнего составляет с плоскостью угол 45°. Ширину лучей в азимутальной плоскости (обычно несколько градусов) выбирают из требуемого разрешения целей по азимуту. Для ослабления зависимости мощности принимаемого сигнала от дальности обращенная в верхнюю полусферу часть ДНА обоих лучей по напряженности поля должна изменяться по закону где угол в плоскости луча, отсчитываемый от линии пересечения лучей.

Напомним, что подобная форма ДНА используется в радиолокаторах обзора земной поверхности с той только разницей, что по закону изменяется не верхняя, а нижняя часть ДНА. Оба луча неподвижны друг относительно друга и вместе вращаются

Рис. 12.1. Взаимное положение лучей при использовании метода -образного луча (а) и их проекция на вертикальную плоскость, перпендикулярную оси X и содержащую цель (б)

вокруг вертикальной оси с угловой скоростью сканирования для обзора воздушного пространства.

При вращении антенны луч проходит через цель, находящуюся в точке Положение этой точки характеризуется дальностью высотой и горизонтальной дальностью Обозначим проекцию точки на плоскость луча через Опуская перпендикуляр на линию пересечения лучей (ось получаем точку Четырехугольник квадрат, так как его диагональ наклонена к сторонам под углом 45°, равным углу между плоскостями лучей и

Из треугольников находим

где разность азимутов отметок цели при пересечении ее плоскостями лучей зависящая от

Решая совместно эти два уравнения, получаем

Отсюда следует, что, измерив можно определить приведенную высоту а следовательно, и истинную высоту И. Для таких измерений часто пользуются индикатором «дальность - азимут». Однако при малой из-за конечной ширины отметки цели, полученные по этим лучам, перекрываются и отсчет угла затрудняется. Устранить этот недостаток можно, развернув относительно на угол в горизонтальной плоскости. Тогда соотношение для определения примет вид

Точность определения высоты зависит от погрешности отсчета угла

где при пеленгации по наклонному и вертикальному лучам.

Так как

имеем

Вид РЛС с V-образным лучем показан на рис. 12.2.

(см. скан)

Контрольные вопросы

(см. скан)