25.4.2. Панорамные радиолокаторы и другие автономные радиолокационные системы

Амплитуда отраженных от земли сигналов, наблюдаемых на самолетном радиолокаторе, сильно изменяется в зависимости от характеристик отражающей земной поверхности. Закон этих отражений близок к зеркальному, и в частности отражения от водных поверхностей относительно слабы, отражения от открытых участков суши более интенсивны, а отражения от застроенных участков очень сильны и хорошо выражены. Такое различие отражений позволяет получать радиолокационную карту местности с основными чертами рельефа, при помощи которой можно определить местонахождение самолета. Первоначально такие навигационные средства были разработаны для точного бомбометания [62]. При этом использовалась ориентированная в сторону земли диаграмма направленности антенны, узкая в азимутальном сечении и имеющая форму «косеканс квадрат» по углу места, которая сканирует или вращается вокруг вертикальной оси. Поскольку на индикаторе кругового обзора регистрируется наклонная дальность для получения истиной карты в радиоизображение необходимо вводить коррекцию, учитывающую высоту самолета. Для получения высококачественной карты радиолокатор должен обладать хорошим разрешением, что достигается выбором рабочей частоты в диапазоне использованием узких антенных, лучей и коротких импульсов. При типичных значениях гц, мксек, ; такие навигационные средства дают удовлетворительную радиокарту местности под самолетом на дальностях до

Лучшее разрешение имеет [513] самолетный радиолокатор с боковым обзором, предназначенный для картографирования местности [477]. В нем в качестве антенны используется линейная решетка диполей, формирующая веерообразную диаграмму направленности, узкую в азимутальной плоскости. Последовательно

приходящие отраженные сигналы запоминаются с сохранением информации о дальности и фазе. Особенность заключается в специальной обработке данных, с помощью которой благодаря поступательному движению самолета создается эффект антенны очень большой длины, пропорциональной радиолокационной дальности. Считая, что таким образом синтезируется антенна, длина которой равна поперечному размеру луча радиолокатора на заданной дальности, можно показать, что разрешаемый линейный размер в азимутальном направлении не зависит от дальности и частоты и не превосходит размера реальной апертуры антенны. Частота передатчика стабилизируется с помощью резонатора, а когерентный гетеродин, стабилизированный кварцем, работает на промежуточной частоте.

Высоту и ее изменение, а также скорость подъема или снижения можно определить с помощью радиоальтиметра. В этих приборах используется сигнал, отраженный от земной поверхности под самолетом. Конструкция антенны определяется характером движения самолета; например, ширина диаграммы направленности в поперечном направлении должна быть по крайней мере вдвое больше максимального угла крена при виражах, во время которых должна обеспечиваться надежная работа. Существенно, чтобы не возникало путаницы из-за ложных отраженных сигналов, приходящих от атмосферных неоднородностей, которые могут находиться на малых дальностях. Исходя из типичных значений эффективной отражающей площади неоднородностей и земной поверхности можно построить [248] кривые максимальных частот для различных рабочих высот. Из этих расчетов вытекает, что следует предпочесть работу в сверхвысокочастотном диапазоне, и на практике радиоальтиметры работают в диапазонах 0,8; Для военных применений обычно предназначаются радиоальтиметры, обеспечивающие работу на высотах до или более [61], а для гражданских применений — на высотах, соответствующих процедуре приземления.

Импульсные радиоальтиметры [48, 143, 156] приспособлены для измерения высот в пределах 300 — 25 000 м. Применяемая аппаратура состоит из обычных радиолокационных блоков, причем для получения точной информации о высоте могут использоваться короткие импульсы длительностью до 0,1 мксек [248]. Так как рассеяние на атмосферных осадках можно устранить с помощью круговой поляризации, то имеется возможность использовать диапазон СВЧ. Передаваемый и отраженный сигналы индицируются на осцилло-графической трубке так, чтобы линейное или угловое расстояние между импульсами было прямо пропорционально высоте. Эта величина может непосредственно считываться с помощью накладываемой шкалы или более точно с помощью временных калибрационных отметок, получаемых от стабилизированных гетеродинов. Типичный образец [60] имеет передатчик мощностью на частоте и оборудован двумя невыступающими антеннами диаметром 45 см. Полная ошибка в отсчете высоты на превосходит

Найдено [488, 510], что радиоальтиметры, работающие над толстыми слоями льда или снега, часто показывают неправильные данные, так как верхняя граница слоя дает более слабое отражение, нежели нижняя. На частоте наблюдалась ошибка около а на более высокой частоте ошибка составляла лишь

В диапазоне высот от 0 до в основном применяются радиоальтиметры с частотной модуляцией. Основные принципы построения такие же, как и у радиолокатора с непрерывным излучением; эти принципы применялись в ранних конструкциях [11, 230, 380, 386] на частоте с частотной модуляцией несущей, что позволяло определять высоту по разности частот согласно уравнению (15.7). В дальнейших разработках частота несущей повышалась, что позволило использовать более широкую полосу девиации частоты и уменьшить относительную ширину полосы. Были достигнуты успехи в области устранения таких источников ошибок, как нелинейность закона девиации частоты, разрывы в точках поворота и наличие амплитудной модуляции, в результате чего современная техника позволяет перекрывать интервал высот с отношением максимума к минимуму до При полете самолета над ровной земной поверхностью, например над взлетно-посадочной дорожкой, показания высоты изменяются ступенями, поскольку между гетеродинированным отраженным сигналом и напряжением, управляющим девиацией частоты, фазовая когерентность существует лишь ограниченное время. В так называемых неквантованных [1941 радиоальтиметрах этот эффект исключается путем введения модулированного изменения фазы напряжения, вводимого из передатчика в приемник. Было разработано несколько радиоальтиметров с частотной модуляцией [82, 154, 156, 300, 301]. В образце, работающем на частоте была достигнута высокая чувствительность благодаря использованию супергетеродинного приемника с балансным смесителем, имевшим промежуточную частоту Для уменьшения шума приемника регулируется скорость девиации частоты, в результате чего ограничивается частота биений, и, следовательно, уменьшается необходимая полоса до для высот больше Раздельные антенны располагаются таким образом, чтобы непосредственная связь между ними была минимальной.

Точное определение вертикальной скорости производится с помощью измерителя скорости подъема [219], в котором используется допплеровский радиолокатор с непрерывным излучением, работающий на частоте с мощностью порядка Как видно из рис. 25.16, а, половина генерируемой мощности отводится для образования в плечах второго гибридного волноводного тройника напряжений, которые имеют равные амплитуды, но сдвинуты по фазе на 90°. Принимаемый сигнал делится между двумя смесителями и представлен на рис. 25.16, б вектором V, который вращается относительно векторов Е и Н, представляющих напряжения

в плечах. При этом очевидно, что, например, для снижающегося самолета V имеет более высокую частоту, нежели и вращается против часовой стрелки. Результирующий вектор пересекает окружность, на которой имеются временные отметки. Сигналы с выходов смесителей усиливаются, ограничиваются, стробируются, и, наконец, поступают в измерительный прибор.

Для предупреждения сближения самолета на расстояние, например, с другим самолетом, летящим на той же высоте, могут использоваться системы предупреждения столкновений.

Рис. 25. 16. Допплеровский измеритель скорости подъема: а — схема; б - разность фаз между входными сигналами в смесителях (См. [219].

Был предложен ряд систем пассивной или активной радиолокации [38, 217], но ни одна из них не оказалась экономичной и успешной [353]. Все же вспомогательные обзорные системы оказались полезными [178, 227, 316] для обнаружения возвышений земной поверхности и опасной облачности. Интенсивность отраженных сигналов от областей сильного дождя увеличивается с возрастанием частоты [261], но при этом также возрастает затухание [304] при прохождении радиоволн через дождевую область. На частоте необходимые размеры антенн радиолокатора еще практически приемлемы, хотя разрешающая способность невысока; с другой стороны, на частоте затухание волн при прохождении через дождевую область с эквивалентом 300 мм-км/час уже достаточно большое. Поэтому оптимальная частота, применяемая для обнаружения штормов, должна находиться [177, 382] около

Метеорологические радиолокационные установки имеются на многих высокоскоростных лайнерах [4, 318, 347, 504]. Антеннм этих установок имеют диаграмму направленности с шириной около 7° и частотой сканирования около данные могут фиксироваться на индикаторе кругового обзора (360°), либо на индикаторе секторного обзора (80°). Типичный передатчик имеет мощность в импульсе длительностью 1,8 мксек при частоте повторения

при этом обеспечивается рабочая высота при дальностях Между резко очерченными краями отраженных сигналов и штормовыми турбулентными облаками существует корреляционная связь [347], на которой базируется принцип индикации равных отраженных сигналов (изо-эхо); при такой индикации наносятся два контура, один из которых соответствует минимальному различимому сигналу, а другой — сигналам с заданным превышением амплитуды сигналов первого контура. В другом методе [200] на индикаторе вдоль одной координатной оси откладывается информация об амплитуде сигнала после стробирования и усреднения, а по другой — азимут; в этом случае на индикаторе получается профиль усредненной отражающей способности.