25.3. НАБЛЮДЕНИЕ И ПОИСК

25.3.1. Наземные системы

Наземные сверхвысокочастотные радиолокационные установки для наблюдения и поиска весьма широко применяются для обнаружения самолетов и наблюдения за их полетом. Обычно такие системы работают в импульсном режиме, причем для дальности действия порядка частота повторения должна быть около 400 гц. При длительности импульса порядка 1—5 мксек получается хороший компромисс с точки зрения средней передаваемой мощности, отражений от облаков и земли и разрешающей способности по

дальности. Для обеспечения одинаковой чувствительности на всех рабочих дальностях и высотах диаграмма направленности антенны по углу места может иметь специальную форму (по закону с резким спадом при углах ниже горизонта для ослабления сигналов, отраженных от земли. Для получения хорошей разрешающей способности по азимуту применяются антенны с апертурами, имеющими большие горизонтальные размеры. Исходя из обычного требования, чтобы за каждый цикл обзора на цель падало около 15 импульсов, скорость вращения получается около

Рис. 25. 9. Зона обзора в вертикальной плоскости наземного радиолокатора с частотой Заданная зона показана пунктирной линией, а реализуемая зона — сплошной линией. (См. [107].)

Обычно используется индикатор кругового обзора, на котором фиксируется дальность и азимут цели. Так как определение высоты самолета по наклонной дальности и углу места не обеспечивает необходимой точности, то в состав станции наблюдения включают также радиолокационные высотомеры.

Выбор рабочей частоты зависит нескрльких факторов [482]. Рабочий сектор радиолокационной системы зависит от высоты подъема антенны над земной поверхностью и от рельефа окружающей местности. В низкочастотной области сверхвысокочастотного диапазона влияние местоположения и проводимости почвы на положение нулей диаграммы направленности затрудняет определение рабочего сектора в большей степени, нежели на более высоких частотах. На рис. 25.9 пунктирной линией показана рабочая зона, обычно требуемая от радиолокаторов гражданского назначения, а сплошной линией показано, как эта рабочая зона обеспечивается современной радиолокационной системой на частоте Отношение интенсивности сигнала цели к интенсивности сигналов,

отраженных от участка земной поверхности, который предполагается большим площади, освещаемой одним импульсом, равно [164]

где размер антенны. В общем случае является сложной функцией параметров радиолокационной системы, диаграммы направленности антенны и типа помех от местных предметов, однако если постоянно, то из уравнения (25.11) видно, что возрастает с увеличением частоты.

Рис. 25. 10. Наземные радиолокаторы для обзора и измерения высоты: а — антенны для обзора и измерения высоты, установленные на общей платформе; б - радиолокатор с -обзорным лучом.

На более высоких частотах резкий спад нижнего края диаграммы направленности антенны достигается довольно легко, но уже на частотах и ниже для подавления помех от местных предметов обычно требуются специальные устройства [323, 499]. На частотах около помехи, обусловленные отражениями от моря и дождя, подавляются [133] с помощью логарифмического приемника при круговой поляризации в антенне; однако эти меры неэффективны на частотах, например, В связи с этим для наземных станций наблюдения обычно выбирается рабочий диапазон около причем для работы на малых дальностях используются более высокие частоты; более низкие частоты используются в районах, где часто бывают сильные дожди, при наличии больших площадей со сплошными отражениями или при необходимости обнаруживать цели на больших дальностях.

Радиолокационные станции наблюдения используются в военных целях [156, 227] как средство дальнего обнаружения. Типичная станция показана на рис. 25.10, а. Антенна с апертурой в имеет

на частоте ширину луча по азимуту около 1°. Самолет средних размеров может быть обнаружен в секторе от линии горизонта до высоты на дальностях до Луч высотомера, работающего в режиме непрерывного излучения, быстро качается по углу места и одновременно вращается по азимуту на той же опоре, где размещена аппаратура поиска; диаграмма направленности антенны высотомера имеет ширину 1° по углу места и 4° по азимуту., Отраженные от цели сигналы наблюдаются на индикаторе, на котором в прямоугольных координатах откладываются высота и дальность; точное значение высоты находится путем интерполирования траектории отраженного сигнала.

Поиск и определение высоты осуществляются также радиолокатором с -образным лучом, изображенным на рис. 25.10, б, в котором используются два веерообразных луча, один из них расположен в вертикальной плоскости, а другой наклонен под углом 45°. Направление вращения антенны выбрано таким, чтобы при каждом обороте самолет пересекался сначала вертикальным веерообразным лучом, а затем наклонным. Угол места цели можно определить по разности азимутов, при которых происходит пересечение цели, а ее азимут — по пересечению вертикальным лучом. Экспериментальная система с -образным лучом [324], работающая на частоте вращалась со скоростью об/мин. Очень большие дальности обнаружения были получены с помощью радиолокационнной системы [126] с рабочей частотой и пиковой мощностью передатчика при скважности до 0,08. Вращающаяся антенна имела цилиндрический отражатель шириной и высотой что обеспечивало луч 5° полукоробчатый облучатель антенны имел раскрыв в высоту и 45 см в ширину.

Существуют разнообразные [298, 390, 396] радиолокаторы наблюдения для целей управления в гражданских аэропортах [34, 107, 448]. Типичный образец [133], работающий на частоте имеет передатчик мощностью длительность импульса 0,5 мксек при частоте повторения около 1 000 гц. Система с помощью диаграммы направленности «косеканс-квадрат» обеспечивает обнаружение на высотах до и на дальностях до 25—45 км, а с помощью всенаправленной диаграммы направленности — на дальностях до 7 км. В другой системе [106], работавшей на частоте использовались импульсы длительностью 2—4 мксек со скважностью 0,002; ширина луча по азимуту равнялась 4°, а боковые лепестки имели уровень — 24 дб.

На рис. 25.11 показана схема когерентного радиолокатора, в котором частоты передатчика, местного и когерентного гетеродинов на промежуточной частоте получаются посредством преобразования колебаний кварцевого гетеродина с частотой Для индикации движущихся целей сигнал смешивается в фазовом детекторе с напряжением когерентного гетеродина с частотой в результате чего на выхвде получается сигнал, зависящий как от фазы, так и от амплитуды отраженного сигнала цели. Этим

сигналом модулируется несущая частота которая затем подается на линию задержки. После задержки сигнал усиливается, детектируется и затем складывается в противофазе с незадержанным сигналом, который после фазового детектора проходит через отдельный усилитель и детектор. Далеё для индикации скомпенсированные сигналы выпрямляются двухполупериодным выпрямителем и подвергаются компенсации; в результате уровень отраженных сигналов от сплошных помех оказывается уменьшенным на 35 дб.

Рис. 25. 11. Радиолокатор, обеспечивающий подавление отражений от неподвижных предметов. Для иллюстрации показан индикатор до подавления и после него. (См. [106].)

В качестве нового средства повышения отношения сигнал/шум в радиолокаторе применяется разнос по частоте [176, 403], в результате чего происходит заполнение нулей диаграммы направленности антенны и диаграммы рассеяния цели. Например, три комплекта передатчиков-приемников с несколько отличающимися частотами работают на общую антенну и общий видеотракт. Такое оборудование [203] на частоте имеет разнос частот в его нормальный цикл состоит из импульсов длительностью 2 мксек, излучаемых передатчиками через интервалы в 1 мксек. Отраженные сигналы с помощью быстродействующих переключателей направляются в соответствующий приемник, преобразуются в видеосигналы, которые затем комбинируются так, чтобы исключить начальную разницу по времени при передаче.

Для реализации преимущества повышенной средней мощности, подводимой к нескольким передатчикам, видеосигналы могут складываться различными способами. Обработка может производиться по следующим схемам: а) простое сложение б) попарное сложение и перемножение частичных сумм и в) попарное перемножение с последующим сложением В результате найдено, что провалы на выходе

детектора практически исключаются, а в зоне наблюдения с вероятностью обнаружения 90% максимальная дальность возрастает на одну треть по сравнению со случаем одного передатчика, имеющего такие же характеристики.

Повышение скорости и других характеристик воздушных целей привело к разработке [480] радиолокационных систем, выдающих непрерывно информацию о трех пространственных координатах цели. Такие системы можно разделить натри следующие категории, которые перечислены в порядке повышения темпа получения информации: а) сканирование одиночным лучом; б) сканирование системой лучей; в) система неподвижных лучей. Требующееся быстрое сканирование осуществляется с помощью электронных устройств, описанных в разд. 14.5. В одной из описанных сканирующих антенн [484] каждый элемент плоской антенной решетки имел свой передатчик и приемник. Использование большого числа небольших передатчиков дает возможность излучать весьма большие мощности, причем путем фазирования на низком уровне мощности можно создавать различные апертурные распределения, позволяющие облучать широкий угловой сектор, или получать несколько независимых качающихся лучей. При приеме путем фазирования на промежуточной частоте можно, не уменьшая чувствительности, формировать систему лучей. Возможно одновременное объемное сканирование и слежение за многими целями, а выбор числа элементов и вида апертурного распределения позволяет управлять усилением, угловой разрешающей способностью и уровнем боковых лепестков.

В полуактивных системах для облучения сектора наблюдения и приема сигналов, отраженных от цели, используются различные антенные схемы. Было предложено высотно-обзорное устройство [125] на частоте имеющее систему раздельных парциальных приемных лучей, узких в азимутальной и угломестной плоскостях и расположенных в одной вертикальной плоскости один над другим. Антенна смонтирована на трех плоскостях высотою и на каждой плоскости размещено по 1000 рупоров, что позволяет путем последовательного электронного переключения обеспечить по азимуту круговой обзор. Эффективное число лучей равно 132, по углу места перекрывается сектор от 0,5 до 40°. Сложность такой системы, которая содержит около волноводов, должна с избытком окупаться простотой ее обслуживания, поскольку в ней отсутствуют подвижные части. Существенным источником ошибок в определении высоты такими радиолокаторами с парциальными диаграммами являются шумы [110].

Радиолокационные системы тактического управления средствами ПВО обеспечивают быструю непрерывную и точную информацию о трех координатах положения выбранных целей. Например [399], в наземной установке тактического управления используется многолучевая антенная система, вращающаяся со скоростью 10 об/мин. Для передачи используется диаграмма направленности,

широкая в вертикальной плоскости, а прием производится одиннадцатью парциальными лучами, что позволяет измерять угол места, азимут и дальность целей. Затем эта информация поступает в радиолокатор точного наведения, управляющий средствами перехвата. В корабельной сверхвысокочастотной системе [408], антенна которой имеет систему острых лучей, одновременно выполняются функции дальнего обнаружения и управления. Один из лучей, который используется для дальнего обнаружения, при вращении антенны имеет постоянный угол места. Другие лучи помимо вращения вместе с антенной по отдельности непрерывно и синхронно сканируют в заданном секторе угла места. С помощью этих сканирующих лучей получается точная информация о положении целей. Каждому лучу соответствует свой передатчик и приемник, но фокусирование производится одной линзовой антенной с апертурой