квазинепрерывный сигнал что это

Частотный метод измерения дальности в РЛС непрерывного и квазинепрерывного излучения.

Измерение дальности в радиолокации производится путем фиксации моментов излучения зондирующего сигнала и приема отраженного сигнала. Временной интервал между этими моментами называется временем запаздывания отраженного сигнала

(2.1)

где Д – расстояние между РЛС и целью;

– скорость распространения радиоволн.

Метод фиксации моментов излучения и приема, а, следовательно, метод измерения времени запаздывания, определяется видом излучаемых колебаний. При непрерывном и квазинепрерывном излучении радиоволн для измерения времени запаздывания, а следовательно, дальности до цели, применяют частотную модуляцию зондирующего сигнала и соответственно этому – частотный метод измерения дальности.

Частотный метод измерения дальности основан на измерении приращения (степени изменения) несущей частоты, генерируемой передающим устройством РЛС, за время распространения сигнала до цели и обратно. Расстояние до цели при этом пропорционально разности частот отраженного и прямого сигналов.

В РЛС непрерывного (квазинепрерывного) генерирования находят применение три вида частотной модуляции несущей частоты: несимметричная пилообразная, симметричная пилообразная и синусоидальная (рис. 2.1), характеризующихся девиацией частоты и периодом модуляции Т_м, при этом величина девиации составляет десятые доли процента от несущей частоты, т.е. единицы мегагерц.

Рассмотрим принцип измерения дальности до неподвижной цели частотным методом на примере излучения непрерывных колебаний при несимметричной частотной модуляции (рис. 2.2). По этому закону частотный модулятор управляет несущей частотой, генерируемой передатчиком РЛС.

За время запаздывания t₃ частота передатчика f_пер изменяется и отличается от частоты отраженного сигнала f_с. Разностная частота

является функцией скорости изменения несущей частоты передатчика и времени запаздывания , т.е.

Так как , где F_м – частота модуляции, то

(2.2)

Таким образом, измерение дальности до цели сводится к измерению разностной частоты F_р. Разностная частота образуется в смесителе, куда поступает ослабленный сигнал из передатчика и отраженный сигнал из антенны, и выделяется усилителем. Разностная частота, являющаяся функцией дальности до неподвижной цели, называется дальностной или дальномерной частотой. Измерение этой частоты выполняется путем последовательного или параллельного спектрального анализа.

Последовательный частотный анализатор представляет собой узкополосный фильтр, перестраиваемый по частоте в пределах от до . В процессе перестройки он в течение некоторого небольшого интервала времени будет настроен на разностную частоту F_р и на его выходе появится сигнал, который позволит произвести отсчет величины F_р, а следовательно, измерение дальности до цели. Недостатками последовательного анализатора являются неполное использование энергии отраженного сигнала, большое время обзора контролируемой области пространства и невозможность одновременного измерения дальности до нескольких целей.

Параллельный частотный анализатор представляет собой совокупность (набор) достаточно большого числа узкополосных фильтров, амплитудно-частотные характеристики которых перекрывают весь диапазон измеряемых частот – . Появление сигнала на выходе того или иного фильтра позволяет судить о дальности до цели. При этом можно одновременно измерять дальность до нескольких целей. Точность измерения дальности и разрешающая способность по дальности определяется шириной полосы пропускания фильтра.

Вместе с тем, чем меньше ширина полосы, тем больше должна быть длительность сигнала на входе фильтра, т.е. тем большим должно быть время облучения цели. В общем случае число фильтров оказывается достаточно большим, что вызывает сложность анализатора.

При непрерывном излучении радиоволн в составе РЛС должно быть две антенны – передающая и приемная, что существенно ограничивает возможность размещения таких станций на объектах. Для обеспечения возможности использования одной антенны, как на передачу, так и на прием, применяют квазинепрерывный режим излучения. На время излучения приемное устройство запирается, а прием отраженных сигналов осуществляется во время пауз.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Принцип измерения дальности импульсным методом.

Измерение дальности импульсным методом возможно в РЛС, использующих одну антенну на приём и передачу и сводится к фиксации моментов излучения зондирующего сигнала, приема отраженного сигнала и измерению временного интервала между этими моментами.

Импульсный передатчик (рис. 2.4) генерирует радиоимпульс длительностью τ_и, который через антенный переключатель попадает в антенну и излучается. На время излучения приемник отключается от антенны. В паузах между зондирующими импульсами отраженные сигналы, воспринимаемые антенной, через тот же антенный переключатель поступают в приемник. Время запаздывания t₃ отраженного сигнала относительно прямого измеряется с помощью оконечного устройства, в качестве которого используются визуальные индикаторы на электронно-лучевых трубках или цифровые схемы.

Рассмотрим принцип измерения времени запаздывания с помощью индикатора с линейной разверткой.

Момент начала развертки соответствует моменту излучения зондирующего импульса, а период следования импульсов выбирается с учетом обратного хода развертки, т.е. несколько больше двойного времени прохождения импульса от РЛС до максимальной дальности, соответствующей установленному масштабу (шкале). Следовательно, минимальное значение периода следования импульсов должно быть выбрано из условия 2Д_шк

(2.4)

Таким образом, каждой точке развертки соответствует определенное время запаздывания отраженного импульса, а следовательно, определенная дальность до цели.

Периодическая развертка луча представляет собой линейную шкалу времени, которая градуируется в единицах дальности. Такая развертка именуется временной или разверткой дальности. Расстояние вдоль линии развертки измеряется с помощью специального механического или электронного визира (маркера), совмещаемого с передним фронтом отраженного импульса. В зоне обнаружения РЛС может находиться несколько целей и каждая из них будет создавать свою отметку в точке развертки, соответствующей удалению цели от РЛС.

В каждой РЛС, как правило, предусматривается возможность работы при различных масштабах дальности. Так, в РЛС ОБНО в различных условиях функционирования могут быть использованы, например, шкалы дальности 1,2,4,8,16,32, и 64 морских мили, а в РЛС ОВЦ 16,32,64,128,256 и 512 км. При использовании одной и той же ЭЛТ уменьшение шкалы (укрупнение масштаба) достигается соответствующим увеличением скорости изменения развертывающего напряжения U_р (повышением крутизны «пилы»), вызывающим увеличение скорости развертки светового пятна. Укрупнение масштаба дальности (уменьшение шкалы) создает более благоприятные условия наблюдения близкорасположенных целей и создает принципиальную возможность увеличения частоты следования импульсов, а следовательно, увеличение числа отраженных импульсов в течение времени облучения цели, что повышает энергетические возможности РЛС. Такая возможность может быть реализована лишь в случаях, когда передающее устройство допускает уменьшение скважности или при соответствующем уменьшении длительности импульса, обеспечивающем неизменность скважности.

ТРЕТИЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Условия однозначности измерения дальности.

Очевидно, что дальность измеряется однозначно лишь в тех случаях, когда максимальное время запаздывания сигнала, отраженного от цели, находящейся на дальности Д = Д_шк, меньше периода следования импульсов. Таким образом условие однозначности измерения дальности имеет вид:

. (2.5)

Если же это неравенство не выполняется, то отраженные импульсы всех целей, характеризующихся временем запаздывания

,

Дата добавления: 2016-01-07 ; просмотров: 3623 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Радиолокационная станция с квазинепрерывным шумовым сигналом

Владельцы патента RU 2677853:

Изобретение относится к системам для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости в условиях повышенной скрытности и помехозащищенности, основанных на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Техническим результатом изобретения является исключение нулевой отметки путем кардинального увеличения развязки между приемным и передающим трактами. Указанный результат достигается за счет применения сигнала, представляющего собой пачку модулированных шумом импульсов случайной длительности, прием которых ведется только в моменты отсутствия их передачи. Ввиду шумового характера сигнала обнаружение работы РЛС затруднено и может быть выполнено только по среднему уровню шума в заданной полосе частот. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к системам для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости в условиях повышенной скрытности и помехозащищенности, основанных на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.

Из существующего уровня техники известны импульсные радиолокационные станции (РЛС) использующие псевдослучайные сигналы, дающие высокую амплитуду отклика на выходе согласованного фильтра. Подобные РЛС используются на средней и большой дальности.

К недостаткам можно отнести необходимость иметь короткий зондирующий импульс, содержащий длинную фазоманипулированную последовательность, что усложняет обработку. Еще одним недостатком является наличие слепой зоны, определяемой длительностью зондирующего импульса.

Известны гомодинные РЛС с квазинепрерывным сигналом, в том числе и шумовым. Недостатками являются сложная структурная схема при использовании шумового сигнала, требование к высокой развязке между приемным и передающим трактом при одновременной работе на прием и передачу.

Прототипом является устройство радиолокатора с непрерывным сигналом, модулированным шумом [патент RU 2589036, МПК G01S 13/42], содержащее последовательно соединенные генератор сигнала, модулированного шумом, усилитель мощности и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, малошумящий усилитель, аттенюатор, смеситель, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные блок корреляторов и процессор.

Представленный прототип реализует принцип компенсации межантенной связи. Это сделано для того чтобы избавиться от ложной отметки на «нулевой» дальности. Реализуемое решение говорит о недостаточном уровне развязки между приемной и передающей антеннами.

При разработке подобной РЛС, существует проблема ложной цели на нулевой отметке по дальности. Сигнал ложной цели имеет большую амплитуду и препятствует различению цели в ближней зоне.

Данный технический результат достигается за счет того, что радиолокационная станция с квазинепрерывным шумовым сигналом, содержащая антенное устройство, соединенное с коммутирующим устройством, приемный и передающий тракты, центральное процессорное устройство (ЦПУ), соединенное с индикаторным устройством, при этом передающий тракт содержит последовательно соединенные первый смеситель, первый фильтр нижних частот, усилитель мощности, коммутирующее устройство, приемный тракт содержит последовательно соединенные приемное устройство, второй смеситель, второй фильтр нижних частот, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом вход приемного устройства соединен с выходом коммутирующего устройства, причем дополнительно введено устройство управления, передающий тракт дополнительно содержит генератор шума, блок широтно-импульсной модуляции, генератор несущей частоты и перемножитель сигналов, приемное устройство дополнительно содержит блок памяти и второй АЦП, при этом выходы генератора шума и блока широтно-импульсной модуляции соединены с входами перемножителя сигналов, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, выход которого также соединен с вторым входом второго смесителя, управляющий вход усилителя мощности соединен с первым выходом устройства управления, вход которого соединен с выходом блока широтно-импульсной модуляции, второй выход устройства управления соединен с входом коммутирующего устройства, вход второго АЦП соединен с выходом перемножителя сигналов, выходы первого и второго АЦП соединены с первым и вторым входами блока памяти, выход блока памяти соединен с входом ЦПУ, которое управляет работой блока широтно-импульсной модуляции, блока памяти и устройства управления, при этом работа радиолокационной станции основана на попеременном подключении приемного и передающего трактов к одной антенне посредством коммутирующего устройства в соответствии с широтно-импульсной модуляцией в сигнале, представляющем собой пачку шумовых импульсов случайной длительности, прием которых ведется только в моменты отсутствия их передачи.

На фигуре 1 изображена структура радиолокационной станции с квазинепрерывным шумовым сигналом.

На фигуре 2 изображен результат моделирования детектирования одиночной цели.

Как видно из фигуры 2, происходит надежное детектирование одиночной цели отметки под номером 256, когда к полезному сигналу был примешан шум с такой же амплитудой.

Таким образом, в предложенной радиолокационной станции размер «слепой зоны» определяется временем срабатывания коммутирующего устройства, а ведение приема только в те моменты времени, когда усилитель мощности заперт и отключен от антенны, убирает отметку на нулевой дальности. Проблема, которая ставилась при разработке данного изобретения, решена.

РЛС такого типа позволяет разрабатывать РЛС ближней и средней дальности, которые можно одновременно использовать близко друг от друга, не принимая сложных мер для обеспечения электромагнитной совместимости, а также увеличивает энергетический потенциал РЛС.

Кроме того, ввиду шумового характера сигнала, обнаружение работы подобных РЛС затруднено и может быть выполнено только по среднему уровню шума в заданной полосе частот.

Радиолокационная станция с квазинепрерывным шумовым сигналом, содержащая антенное устройство, соединенное с коммутирующим устройством, приемный и передающий тракты, центральное процессорное устройство (ЦПУ), соединенное с индикаторным устройством, при этом передающий тракт содержит последовательно соединенные первый смеситель, первый фильтр нижних частот, усилитель мощности, коммутирующее устройство, приемный тракт содержит последовательно соединенные приемное устройство, второй смеситель, второй фильтр нижних частот, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом вход приемного устройства соединен с выходом коммутирующего устройства, отличающаяся тем, что дополнительно введено устройство управления, передающий тракт дополнительно содержит генератор шума, блок широтно-импульсной модуляции, генератор несущей частоты и перемножитель сигналов, приемное устройство дополнительно содержит блок памяти и второй АЦП, при этом выходы генератора шума и блока широтно-импульсной модуляции соединены с входами перемножителя сигналов, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, выход которого также соединен со вторым входом второго смесителя, управляющий вход усилителя мощности соединен с первым выходом устройства управления, вход которого соединен с выходом блока широтно-импульсной модуляции, второй выход устройства управления соединен с входом коммутирующего устройства, вход второго АЦП соединен с выходом перемножителя сигналов, выходы первого и второго АЦП соединены с первым и вторым входами блока памяти, выход блока памяти соединен с входом ЦПУ, которое управляет работой блока широтно-импульсной модуляции, блока памяти и устройства управления, при этом работа радиолокационной станции основана на попеременном подключении приемного и передающего трактов к одной антенне посредством коммутирующего устройства в соответствии с широтно-импульсной модуляцией в сигнале, представляющем собой пачку шумовых импульсов случайной длительности, прием которых ведется только в моменты отсутствия их передачи.

Источник

Фоновая радиолокация

Основные технические характеристики станций радиолокационной разведки

Основные показатели РЛС находятся в зависимости от ее технических характеристик. К ним относятся: вид и параметры зондирующих радиосигналов; способы обработки сигналов и отображения обнаруженных целей и их координат; длина волны излучаемых колебаний; мощность излучения; форма и ширина диаграммы направленности антенны, а также значения эффективной площади антенны или ее коэффициента направленного действия; способ управления диаграммой направленности и закон ее перемещения в пространстве; время облучения точечной цели; чувствительность приемного устройства.

Тип зондирующего сигнала радиолокационной системы определяет ее разрешающую способность по дальности и радиальной скорости, а также возможности обнаружения цели на фоне пассивных помех. РЛС делятся на системы с импульсным, непрерывным и квазинепрерывным излучением. Использование различных видов модуляции и форм сигналов позволяет варьировать разрешающей способностью РЛС по дальности, для обеспечения заданной точности определения координат цели и скорости ее движения, детализации рельефа местности, обеспечивать либо скрытность, либо помехозащищенность и устойчивость к средствам подавления и т.п.

У импульсных РЛС отношение периода Т_п следования импульсов к их длительности t_и, называемое скважностью Q, составляет сотни или тысячи. К их достоинствам следует отнести простоту измерения расстояний до целей и их разрешения по дальности, особенно при наличии многих целей в зоне обзора, а также практически полную временную развязку между излучаемыми и принимаемыми сигналами. Последнее обстоятельство позволяет применять одну и туже антенну для передачи и приема. Главным недостатком импульсных РЛС является необходимость использования большой пиковой мощности излучаемых колебаний, что, кстати, является основным демаскирующим признаком для средств РРТР противника. По форме сигналы импульсных РЛС могут быть некогерентными (начальные фазы сигналов изменяются от импульса к импульсу случайным образом), когерентными (начальная фаза постоянная), без внутриимпульсной модуляции и с внутриимпульсной частотной модуляцией или фазовой манипуляцией.

Радиолокационные станции с квазинепрерывными сигналами, т.е. с импульсными сигналами малой скважности (Q»5…10), занимают промежуточное положение между импульсными РЛС и РЛС с непрерывным излучением. Квазинепрерывные сигналы обычно являются когерентными.

Обработка информации может осуществляться в несколько этапов. На первичной стадии цели могут, например, отображаться на экране ЭЛТ на посту слежения в режиме текущего времени.

Расстояние до цели будет пропорционально удалению от центра экрана ЭЛТ (при круговом обзоре) светового пятна. Пропорция обеспечивается исходя из известной скорости распространения радиоволн (соответственно отраженных сигналов), частоты развертки луча на экране ЭЛТ, соответствующей градуировкой экрана.

В этом случае по углу поворота следящего луча на экране ЭЛТ, который соответствует углу поворота (направлению излучения) антенной системы, определяется азимут g _аз цели, по месту расположения светового пятна от центра луча определяется расстояние r_х до цели, угол места g _у.м в каждый момент времени считается заданным соответствующим направлению излучающей антенны. Таким образом, имеются все необходимые параметры позволяющие определить положение цели в пространстве относительно поста слежения.

Далее может осуществляться вторичная обработка, с использованием средств ЭВТ, когда информация анализируется за несколько периодов обзора. При этом сглаживаются ошибки слежения, повышается надежность обнаружения и точность определения заданных параметров.

На следующем этапе возможна совместная обработка данных получаемых несколькими РЛС. На данной стадии приобретаются качественно новые возможности получения информации, не присущие отдельно взятым станциям. Сказанное можно пояснить на примере борьбы системы РЛС с искусственно создаваемыми с самолетов шумовыми помехами. На рисунке показаны две обзорные РЛС1 и РЛС2 и два самолета С1 и С2, которые являются поставщиками помех.

Если станции работают независимо друг от друга, то каждый поставщик помех закрывает от наблюдения отдельной РЛС сектор шириной γ_nij. Достаточно объединить отметки целей этих двух РЛС на одном индикаторе для того, чтобы закрытые помехами от наблюдения области пространства сократились до размеров заштрихованных четырехугольников.

В радиолокации основное применение находят дециметровые и сантиметровые волны. Объясняется это главным образом возможностью получить остронаправленное излучение и прием при относительно небольших размерах антенн, а также малым уровнем естественных шумов на входе приемника. Выбор более коротких волн ограничивается сильным поглощением энергии в атмосфере Земли, особенно при наличии гидрометеоров (града, снега, дождя, тумана и т.д.). Короткие волны, которые хорошо отражаются от поверхности земли и не испытывают существенного поглощения при распространении в атмосфере, используются в загоризонтальной локации.

Мощность излучения зондирующих сигналов РЛС зависит от требуемой дальности действия и может изменяться от долей ватта до десятков киловатт в режиме непрерывных колебаний и до десятков мегаватт в импульсном режиме. Применительно к импульсным сигналам говорят об импульсной мощности Р_и, понимая под ней пиковое значение мощности в импульсе, и о средней мощности Р_ср за период Т_п следования импульсов:

где τ_и – длительность импульсов на нулевом уровне; α – коэффициент, зависящий от формы импульсов (для импульсов прямоугольной формы α = 1, для одного полпериода синусоиды α = 0,5, для импульсов треугольной формы α = 0,33).

В РЛС используются антенны направленного действия. Различают диаграммы направленности F (γ_аз. и γ_у.м.) игольчатые, ширина основного лепестка которых (или, как говорят, ширина луча РЛС) приблизительно одинакова в азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной) плоскостях, и веерные (плоские), характеризующиеся существенным различием угловых размеров в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Ширина луча в соответствующей плоскости определяет потенциальную разрешающую способность РЛС по угловой координате. Для диаграмм направленности имеющих осевую или плоскую симметрию, ширина их основного лепестка в градусах по уровню половинной мощности оценивается соотношением:

где α – линейный размер раскрыва антенны в соответствующей плоскости; β – коэффициент, значения которого могут лежать в пределах приблизительно от 50 до 100 в зависимости от распределения поля в раскрыве антенны при работе на излучение.

Если Θ˚_{0,5 аз}. и Θ˚_{0,5 у.м.} – значения ширины луча в градусах в горизонтальной и вертикальной плоскостях, то максимальное значение коэффициента направленного действия антенны приблизительно равно:

.

Коэффициент усиления антенны G связан с ее коэффициентом направленного действия D_а и к.п.д. антенны ηформулой G = η D_а. При согласовании приемной антенны с нагрузкой,

Обзор пространства бываетодновременным, последовательным и смешанным.

Одновременный обзор осуществляется несколькими неподвижными лучами, перекрывающими требуемый телесный угол зоны обзора Г. Если телесный угол i-го луча равен Г_i, то:

Достоинство одновременного обзора состоит в том, что он позволяет свести к минимуму время, требующееся для обзора заданной зоны. Его недостатком является сложность и громоздкость аппаратуры.

Последовательный обзор производится одним лучом, перемещающимся в пределах зоны обзора либо по наперед заданной программе, либо по программе, изменяемой в зависимости от полученных данных о целях. При использовании плоского луча применяются круговой обзор (луч поворачивается вокруг вертикальной оси на360°) и секторный (луч поворачивается в пределах сектораФ_аз). Наиболее употребительными видами последовательного обзора при использовании игольчатого луча являются винтовой, спиральный и строчный.

На рисункахY_ш.л. = (0,5¸0,8) θ_0,5 – угловой шаг луча при переходе с одного участка траектории на другой.

Реализация метода фоновой локации возможна, когда за областью лоцируемого объекта образуется и как бы проецируется на поверхность естественного фона (для наземных объектов, например, лес) так называемая теневая область перераспределенной энергии, получаемой за счет излучения, поглощения и отражения радиоволн, что и определяет возможность обнаружения малозаметных (слабоотражающих) объектов. Выделение полезного сигнала основывается на обработке энергии усредненного по времени когерентного сигнала от подстилающего фона, ограниченного площадью облучения диаграммой напрвленности антенны и промодулированного отраженным сигналом от движущегося объекта с небольшими линейными размерами в элементе разрешения по сравнению с размерами фоновой площадки. Такой метод позволяет в значительной степени упростить процесс обработки при приеме слабого сигнала, отраженного от объекта, при наличии более мощного фонового отражения и обнаруживать слабоизлучающие и медленно движущиеся объекты на фоне помех.

В основе теории фоновой локации лежит теория радиолокации с разнесенным приемом, поэтому здесь основная роль отводится физике образования эффективной площади рассеяния (ЭПР) при многопозиционном расположении приемников РЛС и обнаруживаемых объектов. Из теории электромагнитного поля известно, что если на пути распространения волн поместить абсолютно черное тело (поглощающее всю падающую на него энергию), размеры которого больше длины волны, то позади тела появится поле рассеяния (теневое поле). При этом амплитудные характеристики поля рассеяния не зависят от формы тела и определяются только его поперечным сечением.

Эффективная поверхность рассеяния такого тела при рассеянии в направлении распространения волны (вперед) определяется следующим уравнением:

где S_об – площадь поперечного сечения объекта; λ – длина волны излучения РЛС.

Следует отметить, что «теневую» ЭПР нельзя уменьшить путем применения радиопоглощающих покрытий и других специальных мер, которые эффективно снижают ЭПР объекта со стороны облучения.

Отсутствие за объектом подстилающей поверхности приводит к существенному уменьшению уровня принимаемого сигнала и возможности обнаружения движущегося объекта.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник