Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Радіолокація



План:


Введення


Радіолокація - область науки і техніки, яка об'єднує методи і засоби виявлення, вимірювання координат, а також визначення властивостей і характеристик різних об'єктів, заснованих на використанні радіохвиль. Близьким і частково перекриваються терміном є радіонавігація, проте в радіонавігації більш активну роль грає об'єкт, координати якого вимірюються, найчастіше це визначення власних координат. Основне технічне пристосування радіолокації - радіолокаційна станція (англ. Radar).

Розрізняють активну, полуактивную, активну з пасивним відповіддю і пасивну РЛ. Поділяються по використовуваному діапазону радіохвиль, по виду зондуючого сигналу, числу вживаних каналів, числу і виду вимірюваних координат, місця установки РЛС.


1. Класифікація

Виділяють два види радіолокації:

  • Пасивна радіолокація заснована на прийомі власного випромінювання об'єкта
  • При активній радіолокації радар випромінює свій власний зондує імпульс і приймає його відбитим від мети. В залежності від параметрів прийнятого сигналу визначаються характеристики мети.

Активна радіолокація буває двох видів:

Активна радіолокація з пасивним відповіддю
  • З активним відповіддю - на об'єкті передбачається наявність радіопередавача (відповідача), який випромінює радіохвилі у відповідь на прийнятий сигнал. Активний відповідь застосовується для впізнання об'єктів ( свій-чужий), дистанційного управління, а також для отримання від них додаткової інформації (наприклад, кількість палива, тип об'єкту і т. д.).
  • З пасивним відповіддю - Запитальний сигнал відбивається від об'єкта і сприймається в пункті прийому як відповідь.

Для перегляду навколишнього простору РЛС використовує різні способи огляду за рахунок переміщення спрямованого променя антени РЛС:

Відповідно до виду випромінювання РЛС діляться на

  • РЛС безперервного випромінювання
  • Імпульсні РЛС

2. Принцип дії

Радіолокація заснована на наступних фізичних явищах:

  • Радіохвилі розсіюються на які зустрілися на шляху їх поширення електричних неоднорідностях (об'єктами з іншими електричними властивостями, відмінними від властивостей середовища розповсюдження). При цьому відбита хвиля, також, як і власне, випромінювання цілі, дозволяє виявити мету.
  • На великих відстанях від джерела випромінювання можна вважати, що радіохвилі поширюються прямолінійно і з постійною швидкістю, завдяки чому є можливість вимірювати дальність і кутові координати цілі (Відхилення від цих правил, справедливих тільки в першому наближенні, вивчає спеціальна галузь радіотехніки - Поширення радіохвиль. У радіолокації ці відхилення призводять до помилок вимірювання).
  • Частота прийнятого сигналу відрізняється від частоти випромінюваних коливань при взаємному переміщенні точок прийому і випромінювання ( ефект Доплера), що дозволяє вимірювати радіальні швидкості руху мети щодо РЛС.
  • Пасивна радіолокація використовує випромінювання електромагнітних хвиль спостерігаються об'єктами, це може бути теплове випромінювання, властиве всім об'єктам, активне випромінювання, створюване технічними засобами об'єкта, або побічне випромінювання, створюване будь-якими об'єктами з працюючими електричними пристроями.

3. Імпульсний метод радіолокації

При імпульсному методі радіолокації передавачі генерують коливання у вигляді короткочасних імпульсів, за якими слідують порівняно тривалі паузи. Причому тривалість паузи вибирається виходячи з дальності дії РЛС D max.

T> {2 D_ {max} \ over c}

Суть методу полягає в наступному:

Передавальний пристрій РЛС випромінює енергію не безперервно, а короткочасно, строго періодично повторюваними імпульсами, в паузах між якими відбувається прийом відбитих імпульсів прийомним пристроєм тієї ж РЛС. Таким чином, імпульсна робота РЛС дає можливість розділити в часі потужний зондує імпульс, випромінюваний передавачем і значно менш потужний луна-сигнал. Вимірювання дальності до цілі зводиться до вимірювання відрізка часу між моментом випромінювання імпульсу і моментом прийому, тобто часом руху імпульсу до цілі і назад.



4. Дальність дії РЛС

Див Основне рівняння радіолокації.

Максимальна дальність дії РЛС залежить від ряду параметрів і характеристик як антенної системи станції, так і генератора, і приймача системи. У загальному випадку без урахування втрат потужності в атмосфері, перешкод і шумів дальність дії системи можна визначити наступним чином:

D_ {max} = \ sqrt [4] {\ frac {P_nD_aS_a \ sigma} {\ left (4 \ pi \ right) ^ 2P_ {n.min}}} ,

де:

\; P_n - Потужність генератора;
\; D_a - коефіцієнт спрямованої дії антени;
\; S_a - ефективна площа антени
\; \ Sigma - ефективна площа розсіювання цілі
\; P_ {n.min} - Мінімальна чутливість приймача.

При наявності шумів і перешкод дальність дії РЛС зменшується.


4.1. Вплив перешкод

4.2. Вплив шумів

4.3. Вплив атмосфери

Атмосферні втрати особливо великі в сантиметровому і міліметровому діапазонах і викликаються дощем, снігом і туманом, а в міліметровому діапазоні також киснем і парами води. Наявність атмосфери призводить до викривлення траєкторії поширення радіохвиль (явище рефракції). Характер рефракції залежить від зміни коефіцієнта заломлення атмосфери при зміні висоти. Через це траєкторія розповсюдження радіохвиль викривляється в сторону поверхні землі.

5. РЛС безперервного випромінювання

Використовуються в основному для визначення радіальної швидкості рухається, (використовує ефект Допплера). Перевагою РЛС такого типу є дешевизна і простота використання, проте в таких РЛС сильно утруднено вимір відстані до об'єкта.

Приклад: найпростіший радар для визначення швидкості автомобіля.

6. Основні ідеї та етапи розвитку

Як відомо, ефект відображення радіохвиль відкрив А.С.Попов в 1897 році. Але технічно використовувати дивовижний ефект для "далекого бачення" нікому не вдавалося: хвилі розсіювалися, і на об'єкт локації їх потрапляло менше однієї мільярдної частини. Практичні роботи в області радіолокації почалися в 30-х роках. Роботи велися практично паралельно в СРСР, Німеччини, Англії та Франції. Природно, що розробки трималися в секреті. Основною метою було виявлення атак авіації.

У Радянському Союзі усвідомлення необхідності засобів виявлення авіації, вільних від недоліків звукового та оптичного спостереження, привела до розгортання досліджень в області радіолокації. Ідея, запропонована молодим артилеристом Павлом Ощепкова отримала схвалення вищого командування: наркома оборони СРСР К. Є. Ворошилова та його заступника - М. Н. Тухачевського.

3 січня 1934 в СРСР був успішно проведений експеримент з виявлення літака радіолокаційним методом. Літак, що летить на висоті 150 метрів був виявлений на дальності 600 метрів від радарної установки. Експеримент був організований представниками Ленінградського Інституту Електротехніки та Центральної радіолабораторії. В 1934 маршал Тухачевський в листі уряду СРСР написав: "Досліди з виявлення літаків за допомогою електромагнітного променя підтвердили правильність покладеного в основу принципу". Перша досвідчена установка "Рапід" була випробувана в тому ж році [1] [2], в 1936 році радянська сантиметрова радіолокаційна станція "Буря" засікала літак з відстані 10 кілометрів [1] [3]. Роботи по радіолокації були розпочаті і в УФТІ в Харкові. Перші РЛС в СРСР, прийняті на озброєння РККА і випускалися серійно були: РУС-1 - з 1939 року і РУС-2 - з 1940 року.

У 1946 році американські фахівці - Реймонд і Хачертон, колишній співробітник посольства США в Москві, написали: "Радянські вчені успішно розробили теорію радара за кілька років до того, як радар був винайдений в Англії". [4]

Основним чинником, що обмежує технічні характеристики локаторів, є мала потужність прийнятого сигналу. При цьому потужність сигналу зменшується як четвертий ступінь дальності, тобто, щоб збільшити дальність дії локатора в 10 разів потрібно збільшити потужність передавача в 10000 разів! Природно на цьому шляху швидко прийшли до меж, подолати які було далеко не просто. Уже на самому початку розвитку був усвідомлений той факт, що має значення не сама потужність сигналу, а його помітність на тлі шумів приймача. Зниження шумів приймача також було обмежено природними шумами елементів приймача, наприклад тепловими. Даний тупик був подоланий на шляху ускладнення методів обробки прийнятого сигналу і пов'язаного з цим ускладнення форми застосовуваних сигналів. Розвиток радіолокації як наукової галузі знань йшло одночасно з розвитком кібернетики і зараз потрібні спеціальні дослідження, щоб вирішити, де саме були отримані перші результати. Слід відзначити появу поняття сигналу, який дозволив відволіктися від конкретних фізичних процесів в приймачі, таких як напруга і струм, і дозволив вирішувати стоять проблеми як задачку про пошук найкращих функціональних перетвореннях функцій часу.

Однією з перших робіт у цій області була робота Котельникова В. А. про оптимальний прийомі сигналу, тобто найкращому в умові шумів методі обробки сигналу. В результаті було доведено, що якість прийому залежить не від потужності сигналу, а від його енергії, тобто твори потужності на час, таким чином, з'явилася доведена можливість збільшення дальності дії за рахунок збільшення тривалості сигналів, в межі до безперервного випромінювання. Значним кроком вперед стало виразне застосування в техніці методів статистичної теорії рішень (критерій Неймана-Пірсона) та прийняття того факту, що справний пристрій може працювати з певною часткою ймовірності. Для того, щоб радіолокаційний сигнал при великій тривалості дозволяв вимірювати дальність і швидкість з високою точністю, потрібні були складні сигнали, на відміну від простих радіолокаційних імпульсів, що змінюють будь характеристики в процесі генерації. Так. сигнали з лінійної частотною модуляцією змінюють частоту коливань протягом одного імпульсу, сигнали з фазової маніпуляцією стрибкоподібно змінюють фазу сигналу, зазвичай на 180 градусів. При створенні складних сигналів було сформульовано поняття функції невизначеності сигналу, що показує зв'язок точності вимірювань дальності і швидкості. Необхідність підвищення точності вимірювання параметрів стимулювало розвиток різних методів фільтрації результатів вимірювань, наприклад, методів оптимальної нелінійної фільтрації, які з'явилися узагальненням фільтра Калмана на нелінійні задачі. В результаті всіх цих розробок теоретична радіолокація оформилася як самостійна сильно математизированная галузь знань, в якій значну роль мають формалізовані методи синтезу, тобто проектування ведеться певною мірою "на кінчику пера".

Основними моментами в протистоянні з авіацією були:

  • Застосування для приховування літаків і вертольотів пасивних маскуючих перешкод у вигляді розпилюються в повітрі шматочків фольги, що відбиває радіохвилі. Відповіддю на це було впровадження в радіолокаторах систем селекції рухомих цілей, яка на основі доплерівського ефекту відрізняє рухомі літаки від порівняно нерухомої фольги.
  • Розвиток технологій побудови літаків і кораблів, що зменшують потужність відбитого назад до радіолокатори сигналів, які отримали назву Стелс. Для цього служать і спеціальні поглинають покриття, і спеціальна форма, що відображає падаючу радіохвилю не назад, а в іншому напрямку.

Примітки

  1. 1 2 Поляков В. Т. "Посвята в радіоелектроніку", М., рис, ISBN 5-256-00077-2
  2. передавач був встановлений на даху будинку 14 по Красноказарменной вулиці, Москва, приймач - в районі селища Новогиреево; були присутні М. Н. Тухачевський, Н.Н.Нагорний, М. В. Шулейкин. Апаратуру демонстрував П. К. Ощепков.
  3. Випробування в Євпаторії, група Б. К. Шембель
  4. Науково-освітній сайт "Наука Молода" - "Експеріментус круціс" професора Ощепкова - www.young-science.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=215&Itemid=66

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru