ПРЕЗЕНТАЦИИ для проведения зачета по дисциплине «ВОЕННО -ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА »
Технология Результат Способ Методы Объект Нормы Средства Цель Мотив Потребности Субъект Рефлексия Процесс Деятельность Формы Средства Предмет Механизм Методы Нормы Рис. 1.3. Схема рефлексивной симметрии деятельности
Внешняя среда: 1. Среда распространения 2.Мешающие отражения 3.Внешние мешающие излучения метод процесс средства предмет субъект деятельности способ цель результат мотив Силы и средства ПВО способ цель мотив предмет субъект деятельности результат метод процесс средства противник Рис.1.1. Взаимосвязь противника с силами и средствами ПВО
Рис.1.2. Система ПСО
Рис.1.3. Радиолокационная система
Диапазон волн Сантиметров.(3..10) Дециметров(10..100) Метровый(150..200) ППС борт ЗПС ППС борт ЗПС ППС борт ЗПС СРЭМ (УРС) 0,02.. ..0,03 0,07.. ..0,08 0,1..0,2 0,03.. ..0,07 0,3…0,8 0,2…0,5 0,7.. ..2,5 0,8.. ..0,9 0,5.. ..1,0 АЛКМ 0,1.. ..0,2 0,35.. ..0,4 0,2.. ..0,3 0,1.. ..1,0 0,4...1,8 0,2…0,4 1...2 1,8.. ..3,0 0,4.. ..4,8 В-1А (СА) 10..14 50 45 14..40 50...100 35..45 40...50 100 35..80 В-52 (СА) 75..80 63..70 120.. ..125 55..75 53..63 30...120 50..55 53..63 27..30 F В-111 (ТА) 8...8,5 10...11 7...7,5 8,5 9...11 7,5…8,5 8,5...9 9...13 8,5..15 В-4,-5 (ТА) 7...10 6...7 15..20 10..20 7...15 10..15 14..17 15..29 10..15 Эффективные поверхности рассеяния СВН, м 2
Возможные строи. сверхзвуковой полёт экономичные Режимы полёта полёты на малых высотах 500 1000 1500 2000 2500 км Н км 10 6 0,4 0,1 Основные боевые режимы полета СВН Одиночные самолёты
Уровень дальних боковых лепестков Θ 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 F(Θ ) Уровень ближних боковых лепестков Рис.1.10 Диаграмма направленности антенны и её аппроксимации.
Экранирующий эффект «гладкой» Земли (рис. 1.14) приводит к ограничению дальности прямой видимости «антенна РЛС – цель»:
Рис. 4. Искривление луча Мнимое положение цели Н МЦ Цель Н Ц grad n<0 РЛС R З
Н МЦ = Н Ц grad n = -4·10 -8 1 / м РЛС R З Рис.. «Спрямление» луча при нормальной рефракции R з Э =
При рефракция становится критической (рис. 5), луч огибает сферическую Землю grad n = 0 РЛС R з Рис 5.. Типы рефракции радиоволн в атмосфере Субрефракция (grad n>0) Стандартная рефракция grad n = -4·10 -8 1/м Сверхрефракция Критическая рефракция
Цель Н Ц h a R ЗЭ Рис.6. К расчету дальности прямой видимости Дальность прямой видимости Дальности радиогоризонта РЛС
Необходимые поправки при расчете r пр и Н ц вводится за счет использования эквивалентного радиуса Земли R зэ, что приводит к эффекту как бы «спрямления» лучей (Рис.1.6.). Обычно пользуются значением соответствующим усредненной типовой («стандартной») атмосфере при grad n = -4×10 -8 1/м. При отклонении grad n от указанного наминала необходимо изменять расчетное значение R зэ, однако на практике подразделения РТВ не располагают данными о высотных профилях температуры и влажности атмосферы. Косвенные данные о реальной рефракции на конкретной позиции можно получить по виду радиолокационной карты местности, т.е. энергетического «рельефа» наблюдаемых отражений.
Структурная схема АФС
Антенная система 1 – вертикальный ствол; 2 – привод вращения; 3 – делитель мощности; 4 – крестовина; 5 – стрела нижнего этажа; 6 – подкос; 7- стрела верхнего этажа; 8 – траверса; 9 – расчалки; 10 – амортизатор; 11- дополнительные секции; 12 – электоролебёдка ; 13 – опорная секция; 14 – домкраты; 15 – рама; 16 – ручная лебёдка.
Волновой канал-стрела: кабель питания активного излучателя; директоры волнового канала; вибраторы активного излучателя; рефлекторы(условно повёрнуты на 90 0 ; двухпроводная линия активного излучателя; узел крепления к подкосу.
А – Активный излучатель; Р – Рефлектор; Схема питания активного излучателя
Соотношение фаз в лепестках диаграммы направленности
Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости каждого этажа антенны и результирующая Суммарная ДнаНЭ ДнаВЭ
Рис. 2. Общий вид РЛС П-18 на позиции: 1,2 — силовые прицелы ПС-1, ПС-2; 3 — аппаратная машина; 4 — машина АМУ;5 — антенна запросчика
Коаксиальные и двукоаксиальные линии передачи Волноводы Высокочастотные фильтры Микрополосковые линии Ферритовые вентили Волноводные переключатели Фазовращатели Антенные переключатели Волноводно-коаксиальные переходы Токосъемники Радиопоглощающие элементы ВЧ энергии Элементы защиты
Выводы из уравнений Д. Максвела при граничных условиях Изменение электрического поля порождает изменение магнитного поля, и наоборот Оба поля существуют одновременно Вектор электрического Е поля перпендикулярен вектору магнитного поля Н Поток энергии электромагнитного поля прямо пропорционален плотности энергии Вектор скорости электромагнитной волны V перпендикулярен векторам E и Н V Е Н
6. Скорость распространения электромагнитной волны зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости среды 7. Электрическое поле охватывает линии переменного магнитного поля. Линии переменного электрического поля перпендикулярны поверхности проводника (начинают и заканчиваются на поверхности) 8. Магнитное поле охватывает ток или линии переменного электрического поля. Линии магнитного поля параллельны поверхности проводника (либо распространяются по поверхности проводника, либо не касаются последнего)
-коэффициент направленного действи -телесный угол .- Ширина луча в горизонтальной и вертикальной плоскостях
Рис. Волновой канал антенны (стрела)
Антенны дальномера и высотомера представляют собой плоские антенные решетки полуволновых вибраторов, параллельные отражателю (рис.5.6).
Представим уравнение радиолокации с учетом обзора РЛС зоны обнаружения произвольным способом: , ) где : - дальность обнаружения цели РЛС в направлении с условными координатами и ; - максимальная дальность обнаружения цели в зоне ; - нормированная дальность действия РЛС; - коэффициент усиления излучающей (передающей) антенны РЛС. – энергия, излучаемая антенной РЛС в направлении цели с угловыми координатами и ;
– коэффициент усиления излучающей (передающей) антенны РЛС; – эффективная площадь приемной антенны в направлении цели с угловыми координатами и ; – максимальное значение эффективной площади приемной антенны; – нормированная эффективная площадь приемной антенны ; – среднее значение эффективной поверхности рассеивания цели; – коэффициент различимости (отношение сигнал/(шум + помеха) на входе приемника, при котором обеспечиваются заданные показатели качества обнаружения); ;
– коэффициент потерь в реальном тракте обработки эхо-сигналов, ; – пороговое значение параметра обнаружения (отношение сигнал/(шум + помеха) на входе устройства сравнения с порогом обнаружения, при котором обеспечивается заданное качество обнаружения), ; - энергия принятого сигнала; , - соответственно спектральные плотности собственных шумов приемника и остатков компенсации помех, пересчитанные на вход детектора ,
Основные виды радиолокации
РЛС РТВ ВВС По целевому назначению По количеству измеряемых координат По степени мобильности РЛС боевого режима РЛС дежурного режима РЛС маловысотного поля РЛС специального назначения РЛС трехкоординатные РЛС двухкоординатные РЛС однокоординатные Стационарные РЛС Перевозимые РЛС Подвижные РЛС Классификация радиолокационных станций РТВ по тактическим признакам
РЛС РТВ ВВС По диапазону волн Метровый диапазон По методу радиолокации Пассивные сантиметровый диапазон Активные С активным ответом С пассивным ответом Дециметровый диапазон По числу каналов Одноканальные Многоканальные По виду излучаемого сигнала Импульсные Непрерывные С простым сигналом Со сложным сигналом С ФКМ сигналом С ЛЧМ сигналом С комбинированным сигналом Классификация радиолокационных станций РТВ по техническим признакам
. Для информационного обеспечения ЗРВ а для ИА , где: – удаление дальней границы зоны поражения ЗРК; – удаление от аэродрома вылета до рубежа ввода в бой перехватчика; – скорость полета целей; – время приведения средства в готовность к стрельбе или вылету; – время выполнения задачи (полета ракеты до дальней границы зоны поражения или перехватчика до рубежа ввода в бой).
Д РЛИ Vц Тпотр. Д ЗП Дальняя граница зоны поражения ЗРК Рубеж начала выдачи РЛИ Д РЛИ Vц Тпотр. Дрвб Рубеж ввода в бой перехватчиков Рубеж начала выдачи РЛИ а) б) Расстояние до требуемых рубежей выдачи радиолокационной информации.а )-ЗРВ б)-ИА
Идеальным» вариантом построения группировки является расположение подразделений по вершинам равносторонних треугольников (в узлах треугольной сетки). «Идеализация» состоит в предположении: 1) регулярности сети подразделений (равенства расстояний между позициями подразделений); 2) одинаковости размеров и форм зон информации всех подразделений. d
Расстояние между позициями подразделений (густота регулярной сети) определяется, главным образом, обеспечиваемой дальностью радиолокационного обнаружения целей на предельно малых высотах с учетом кривизны Земли. Для создания РЛП с требуемым значением необходимо , а количество подразделений n для создания поля над территорией, площадью , определяется , где – радиус зоны ответственности подразделения на высоте нижней кромки поля . .
Схема взаимного расположения радиотехнических подразделений при двухъярусном построении радиолокационного поля: а) роты располагаются в центрах треугольников; б) роты располагаются на серединах сторон треугольников Сеть подразделений, формирующих верхний ярус поля (на БСВ) целесообразно строить по аналогии с маловысотной сетью, то есть подразделения ( рлу ) размещать в узлах равносторонних треугольников. Расстояние между рлу - выбирается из условия перекрытия «мертвых воронок» зон информации соседними подразделениями.
Параметрами зоны обнаружения РЛС (и зоны информации подразделения) являются минимальный ( И максимальн ый ) углы места, максимальная высота и дальность обнаружения цели. Значение стремятся снизить до нуля и даже отрицательных значений, где это позволяет позиция. Для РЛС метрового и верхний части дециметрового диапазона, минимальный угол места выбирают из условия , где - длина волны, – высота электрической оси антенны. Такой выбор обусловлен влиянием подстилающей поверхности земли на формирование диаграммы направленности антенны.
Форма зоны обнаружения дальномеров в горизонтальной плоскости должна быть круговой (рис. 2.7, а), а в вертикальной плоскости – такой, чтобы для нижних углов места обеспечивалась заданная дальность обнаружения, а для углов места - заданная высота
0 R МВ Н ε 0 Д Изовысотный участок Изодальностный участок Рис. Сечение зоны обнаружения радиолокационной станции в угломестной плоскости А В С
Для изодальностного участка зоны обнаружения дальность обнаружения цели с заданной ЭПР при . Из треугольника ОАВ найдем дальность обнаружения цени в пределах изовысотного участка . Из треугольника ОВС находим . Отсюда для некоторого фиксированного угла в пределах изовысотного участка зоны обнаружения .
Радиус мертвой воронки характеризует область зоны обнаружения, где цели под углами места не обнаруживается РЛС. Параметры зоны обнаружения выбираются с учетом тактических требований и технических возможностей их реализации. В сантиметровом диапазоне выбирают . В метровом и нижней части дециметрового диапазона волн зона обнаружения формируется с учетом влияния Земли и значение для ровного участка поверхности практически однозначно определяется отношением длины к высоте подъема фазового центра антенны . В настоящее время считается целесообразным выбор значений порядка 35….45 град. в см.диапазоне и 20…30 град.-в метровом. . При этом радиус мертвой воронки равный составляет (1…1,5) и (2…4,5) соответственно.
Максимальная дальность обнаружения целей-Дмакс летящих на максимальной высоте желательнополучить равной дальности прямой видимости Представим уравнение радиолокации с учетом обзора РЛС . Верхняя граница зоны обнаружения должна быть не меньше потолка полёта состоящих на вооружении и перспективных СВН противника. Для современным РЛС .
δβ δε Д δ Д Рис.1.12. Импульсный объем РЛС На рис.1.12 показан разрешаемый объем РЛС, обладающий разрешающими способностями по дальности δ Д, азимуту δβ и углу места δε. Величина импульсного объема при малых значения δβ и δε определяется соотношением: , в котором величины δβ и δε выражены в радианах.
Разрешающей способностью по угловой координате (азимуту, углу места) называют минимальный угол между направлениями на две цели, находящиеся на одинаковой дальности, при котором еще возможно раздельное наблюдение целей по соответствующей координате. Разрешающая способность РЛС по угловой координате обычно принимается равной ширине диаграммы направленности антенны по уровню половинной мощности в плоскости отсчета угловой координаты, то есть = 0,5, = 0,5 где 0,5 и 0,5 - ширина диаграммы направленности антенны по половинной мощности соответственно по азимуту и углу места.
Разрешающие способности по дальности и угловым координатам ограничивают область пространства, в пределах которой цели не разрешаются. Объем этой области является мерой пространственной разрешающей способности РЛС и носит название разрешающего объема: Количество таких объемов при обзоре пространства ограниченного параметрами по дальности ( r min = r max ), азимуту ( β min = β max ) и углу места ( ε min = ε max )), а также областью изменения скорости.
Точность измерения координат является важнейшим показателем РЛС. Она характеризует ошибки измерения, представляющие собой разность между истинным и измеренным значениями координат. Поскольку эта разность является случайной величиной, для количественной оценки точности используют чаще всего среднеквадратическую ошибку измерения, а иногда - максимальную ошибку или ошибку 80 % измерений. , , где, - параметр обнаружения.
рлр ртб Модель отображения воздушной обстановки Первичная обработка РЛИ Вторичная обработка РЛИ Первичная обработка РЛИ Отождествл. п ервичной РЛИ от разл.источн Вторичная обработка РЛИ Отождествление РЛИ от различных источников Третичная обработка РЛИ Вторичная обработка РЛИ От других рлр От других ртб КП ртбр ( ртп ) Последовательность выполнения операций обработки РЛИ
параллельный обзор(число антенных лучей равно числу элементов разрешения по угловым координатам, (рис. а, б);
Рис. Виды обзора : а) - последовательный по углу места и по азимуту; б) – смешанный обзор: параллельный по углу места и последовательный по азимуту.
Способы обзора пространства
Рис. 4.6 Способ обзора зоны обнаружения с парциальными диаграммами направленности антенны Ω
Разновидностью второй программы обзора служит вариант, когда ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости равна угловому размеру зоны обнаружения в этой плоскости,а развертывающее движение (вращение) в азимутальной плоскости совершают в пределах 360 0. Чаще всего этот способ используют в радиолокационных дальномерах метрового и дециметрового диапазона волн. Ω
По траектории движения луча различают следующие программы обзора: винтовой строчный спиральный циклоидальный
. Обзор пространства и измерение координат в радиовысотомерах.Как производится расчёт высоты? Высотомер представляет собой импульсную РЛС. Его основная антенна формирует однолепестковую диаграмму направленности, ширина которой в вертикальной плоскости существенно уже, чем в горизонтальной. Рис. К расчету высоты цели По теореме косинусов имеем: . : . При Вынося из под корня, имеем: . Учитывая, что при малых значениях x ,
Здесь - эквивалентный радиус Земли. Таким образом, определение высоты цели сводится к измерению ее наклонной дальности - , угла места и расчету высоты по формуле. Дальность цели в высотомерах, также как и в дальномерах, измеряется импульсным методом.
Рис. Траектория развертки луча на индикаторе высоты
Рис. 12. а) 0,5 б) r Н r г Н Поскольку, как это будет показано в дальнейшем, дальность действия радиолокатора и коэффициент усиления антенны связаны зависимостью то G( ) в этом случае будет выражаться косеканс-квадратным законом G ( ) = G 0 cosec 2 ,
. На рисунке представлены графики импульсов запуска РЛС, зондирующих импульсов и эхо-сигналов, отраженных от цели. Рис. Импульсный метод измерения дальности
Дц Упрощенная структурная схема РЛС
Ц Д ИМП. ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗ ТИ Т СТ R & & БЗУ Рис. Структурная схема устройства измерения дальности
Тд
Н Д Огибающая пачки импульсов на выходе линейного приемника. Ипор
t 1 t 2 t Н b К b 2 t b D Н b К b b 1 t Рис. 3. При нцип оценки азимутального положения цели Текущий азимут антенны
Д Рис.4.Иллюстрации метода парциальных диаграмм 1 2 3 … N
о Н инф. К устр. Приемн. N обнар. и измер. Д, ... Устр. пороговое 1 Устройство измерения и индикации высоты Приемн. 2 Приемн. 1 Устр. пороговое Устр. пороговое Рис.2.22. Структурная схема приемного устройства РЛС с парциальными диаграммами направленности
Рис. 6. Оценка угла места цели с помощью метода парциальных лучей
При отсчете по номеру приемного канала за оценку угла места цели принимается направление максимума луча того канала, на выходе приемника которого в устройстве измерения высоты обнаружен сигнал. При этом возникает ошибка дискретности отсчета. Очевидно, максимальное значение ошибка дискретности примет в том случае, когда цель будет находиться на равносигнальном направлении (а за оценку будет принято положение максимума одного из соседних лучей): , где: - положение максимумов двух соседних ( и - угловое смещение максимумов соседних лучей (оно выбирается равным ширине одного луча ) ). лучей антенны; (2)
ОП + Код Код зоны Устрой- ство вы- бора двух со- седних каналов Дешиф - ратор ДС Сум- матор SM 1 Сум- матор SM 2 Устрой- ство оп- ределе- ния поправ- ки Рис.7. Структурная схема определения угла места цели
Устр. порог 1 Устр. опроса кана- лов на ИКО “Уст.0” (имп.зап.) Устр. порог Устр. порог Тг Тг Тг Тг Тг Дет. Узк. ф-р 1 Дет. Дет. Узк. ф-р 2 Узк. ф-р N ДФ УПЧ СМ УВЧ Гет. Рис.8. Структурная схема приемного тракта РЛС с частотным сканированием Нц
а) б) в) г) Рис.9. К принципу обработки сигналов в РЛС с частотным сканированием луча
Ä Отметки от целей e b Д b Линии азимута Вид разверток на экране индикатора высоты
А С В В Рис. 10. Формирование ДНА при участии земли
Рис.11.ДНА РЛС метрового диапозона
Рис. Вид ДНА ФАР трехкоординатной РЛС метрового диапазона волн
РЛС-55ж6
Для формирования беспровальной зоны обнаружения в РЛС метрового диапазона применяют два метода: а) использование разнесенных по высоте антенн; б) подъем электрической оси антенны над горизонтом. Формирование зон обнаружения с помощью двух разнесенных по высоте антенн применяется в РЛС дежурного режима с невысоким энергетическим потенциалом (П-12М, П-18), где используются антенны типа «волновой канал» с небольшими вертикальными размерами. Электрические оси этих антенн ориентируются вдоль горизонта. Высоты верхней и нижней антенн подбираются так, чтобы провалы в диаграмме направленности одной антенны были закрыты лепестками диаграммы направленности другой антенны (рис. 2.31). Рис.13.ДНА РЛС П- 18 В вертик-й плоскости.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Lsin (ε) L=(n-1)d а) Усилитель Анализат. спектра U P (t) τ 0 φ P (t) ω 0 t б) в) г) Рис.14. К принципу измерения угла места цели
. Так как частота сигнала есть производная фазы, то можно записать . Таким образом, набег фазы результирующего сигнала сопровождается изменением частоты. Поэтому отраженные сигналы, принятые ФАР под разными углами места на выходе усилителя будут иметь разную частоту. Максимальная разность частот между отраженными сигналами будет равна .
1 Д ц Д г
Выведем необходимые расчетные соотношения, полагая, что положение цели в процессе измерения высоты практически не меняется. На рис. 1 введены обозначения: - наклонная дальность до цели, - горизонтальная дальность до цели. Из треугольника ОМВ имеем: . Откуда находим зависимость угла от высоты цели . (1) (2)
Чтобы получить зависимость от угла места воспользуемся соотношением , (2.24) подставляя которое в (1) получим . Отсчет может быть произведён по индикатору кругового обзора либо по индикатору высоты, на котором в увеличенном масштабе выделен участок просматриваемого пространства в координатах азимут-дальность. Перевод значения в значение Н происходит с помощью специального график- шаблона. , (3) (4)
Одиночный РАДИОИМПУЛЬС и его АЧС
Последовательность прямоугольных радиоимпульсов, имеющих период повторения T, имеет вид t и T Т x ( t ) 0 Если начальная фаза радиоимпульсов φ к в последовательности постоянная или изменяется по известному закону, то такая последовательность когерентная. Рис.Пачка радиоимпульсов
АЧС типовых простых сигналов. f прямоугольного радиоимпульса ġ ( f ) f 0 1/МТ 1/Т ġ ( f ) пачки радиоимпульса f 0 f
ЛЧМ сигнал и его АЧС
ФКМ сигнал и его АЧС
-нормированная АКФ Функцию, зависящую от рассогласования истинных и измеряемых параметров сигнала, называют функцией рассогласования или автокорреляционной функцией (АКФ) сигнала. Математически сказанное можно описать следующим образом: , - автокорреляционная функция; – комплексная амплитуда принятого сигнала; – комплексная амплитуда ожидаемого сигнала. где: «2»
Изображение двумерной автокорреляционной функции сигнала
1 Из (2.) следует, что сечение вертикальной плоскостью - описывается выражением , т.е. является преобразованием Фурье от квадрата амплитудно-частотного спектра. При ограниченной ширине спектра сигнала П это сечение имеет вид импульса шириной- которую называют мерой разрешающей способности по времени запаздывания (по дальности) Рис. Сечение АКФ плоскостью, параллельной оси -
Спектры сигнала и помехи с гребенчатой периодической структурой.
Рис. Вид сигнала на выходе оптимального фильтра ЛЧМ сигнала U(t) τ СЖ t 2 τ и Недостатком широкополосных сигналов является сложность устройств генерирования и оптимальной обработки, а также наличие побочных максимумов сигнала на выходе оптимального фильтра амплитуда которых может достигать 25% от амплитуды основного максимума. Побочные максимумы могут вызывать неверное определение состава цели, а так же снижают защищенность РЛС от пассивных помех по сравнению с РЛС, в которой используется простой сигнал с такой же шириной спектра
По природе возникновения По регулярности повторения По регулярности повторения По временной структуре По способу формирования Радиоэлектронные помехи активные пассивные импульсные непрерывные По другим признакам умышленные непреднамеренные несинхронные синхронные синхронные несинхронные По результату возд. на систему ПОИ имитирующие маскирующие По использованию зондир. сигнала ответные неответные По количеству импульсов в Тп однократные многократные По результату возд. на аппарат. сопров. уводящие По дальности По скорости По направлению
Рис.1. Классификация умышленных помех
Рис.2. Классификация естественных помех
В режиме самоприкрытия дальность обнаружения i -го постановщика (дальность самоприкрытия определяется расстоянием до него , Если пренебречь внутренним шумом, то получим ) Из анализа уравнения (7) следует, что для обеспечения требуемой помехозащищенности РЛС от АШП можно использовать: метод "силовой" борьбы, предусматривающий увеличение плотности потока энергии, излучаемой РЛС в зону обнаружения, либо в сектор зоны, маскируемый активной помехой; метод частотной селекции, предусматривающий создание условий, снижающих эффективность или затрудняющих применение противником прицельных по частоте помех;
Рис. Пояснение принципа когерентного накопления пачки
СУММАТОР T П Усилитель ОС U ВХ U ВЫХ Рис. Структурная схема рециркулятора Некогерентное накопление пачки применяется в РЛС с эквивалентной когерентностью. Некогерентное накопление пачки реализуется на экране ИКО с послесвечением или с помощью рециркуляторов, схем логической обработки пачки и т.д.
Основная антенна Вспомогательная антенна Помеховые колебания, принятые основной антенной по боковым лепесткам и вспомогательной антенной, коррелированны, но отличаются друг от друга по интенсивности (рис. 2) и имеют сдвиг по фазе , обусловленный разностью хода Где : - расстояние между фазовыми центрами основной и вспомогательной антенн; – направление максимума основной антенны; – азимут помехоносителя. Помеха Рис. 2. Диаграммы направленности основной и вспомогательной антенн
а) б) . Многоканальная система обработки сигналов: а - обобщенная; б - на базе автокомпенсаторов
Х ∫ Х Φ 90° Х ∫ Х ∑ Рис. 4 а. Одноканальный квадратурный автокомпенсатор Δφ U ДК U ОК - U ОК U 0 ДК - U С ДК Рис. 4 б. Векторная диаграмма автокомпенсатора
Параметры эллипса поляризации ЭМВ (а) и упрощенная структурная схема поляризационного селектора (б)
Вид поля волны ТЕ 11 в поперечном сечении разделителя (а) и упрощенная структурная схема поляризационного селектора на основе автокомпенсатора (б) а) б)
Σ X Усил. ОС Основной канал Дополн. канал Ќ ∫ X Рис. 7. Поляризационный автокомпенсатор помех U вых
Рис.8а. Амплитудные характеристики линейного приемника и приемника с ЛАХ
Логарифмический усилитель с последовательным детектированием
УПЧ СФ АД УПТ ШАРУ Рис. 8б. Структурная схема ШАРУ УПТ – усилитель постоянного тока, СФ – согласованный фильтр, АД – амплитудный детектор
В широкополосном тракте для сжатия динамического диапазона помехи до динамического диапазона согласованного фильтра и последующих элементов приемника иногда применяют ограничение. Примером реализации метода сжатия динамического диапазона помехи является схема с ограничителем перед согласованным фильтром в РЛС со сложномодулированным сигналом (рис. 9). Рис.9. Схема с ограничителем перед согласованным фильтром УПЧ Ограничитель Согласованный фильтр f шупч = (50...100) f узк.
. Классификация активных помех.
Дифферинци-рующая цепь С R УПЧ Амплитудный детектор Uвх Uвых Рис. Дифференцирующая цепь в видеотракте приемника Рис. Обработка эхосигнала на фоне узкополосной импульсной помех в ДЦ. R с Для исключения существенного ослабления полезного сигнала постоянная времени дифференцирующей цепи выбирается, примерно равной - .
Поэтому цепь БАРУ должна воздействовать лишь на один, максимум два каскада УПЧ. Требуемый диапазон регулировок обеспечивается за счет охвата отдельными цепями БАРУ нескольких каскадов УПЧ. Подводя итог, следует отметить, что рассмотренные устройства не подавляют полностью длинноимпульсную помеху, а лишь укорачивают ее до длительности полезного сигнала, уменьшая тем самым ее мешающее действие. R C Интегр. цепь Uвх Цепь БАРУ Каскад УПЧ Усилитель постоян. тока Детектор Uвых Uвх Uвых t t Рис. 3. Структурная схема и принцип работы усилителя с БАРУ
Рис. 4. Схема ШОУ Широкополосный УПЧ Ограничитель Узкополосный УПЧ
Схема выделения НИП - УПЧ АД ОГР Схема вычит. Схема вычит. 2 3 1 4 5 Т П Рис. 6. Схема селекции по частоте следования п ц U вх U вых Имп-запуска
УПЧ АД ОГР Σ Т П К ПУ 1 2 3 4 Рис. 7. Схема подавления НИП на базе рециркулятора б) аналоговые некогерентные накопители (рециркуляторы) (рис. 3.17.) Уровень порога
Рис. 8. Схема селекции по амплитуде Канал формирования бланка УПЧ АД Видеоуси-литель Бланкирующий каскад УПЧ АД Устройство пороговое Формирователь бланка
Приемник ОК Линия задержки Схема вычит. Схема расшир. Приемник ДК Порог. устр. Рис. 9. Структурная схема ПБО и принцип подавления ОИП ОК ДК U з U 2 U 1 U 3 п ц 2 3 п ц ико ц п
Вопрс№3. Методы защиты от уводящих помех.
Смещение изображения цели при помехе, уводящей по дальности
фильтр накопления искаженного при прохождении через фильтр подавления помехи сигнала с частотной характеристикой Фильтр подавления помехи Фильтр накопления сигнала Рис. 2. Структурная схема оптимального фильтра при выделении сигнала на фоне пассивных помех
Гет. 1 Ус. Умн. частот. СМ Гет. 2 Ус. АП Ус. СМ Ус. ФД Форм. Синхрон. На цифровые доплеровские фильтры К антенной системе Радиопередающее устройство ФД 90 0 Ф Ф АЦП АЦП Квадратурный канал Синфазный канал На внешние системы Рис. 3. Когерентно импульсная аппаратура РЛС с истинной когерентностью; Генератор Генер. На Нч-высокостаб из
Рис. 3. б. Когерентно импульсная аппаратура РЛС с истинной когерентностью; ФК манип. – фазокодовый манипулятор; УР – устройство развязки В АППАРАТУРУ ЦИФРОВОЙобработки ОБРАБОТКИ Умн. на n УМ УР СИНХРОНИЗАТОР 90º ФД ФД ФД ФД УПЧ АЦП АМПЛИТУДН. КАНАЛ АЦП КАГЕРЕНТН. КАНАЛ ОТ АППАРАТУРЫ ОБРАБОТКИ ƒпр (φ=0º) ФКМ - копия ƒг ƒоп ƒпр ƒн ФК манип. СМ ƒн МШУ Строб τ u ● ● ● КГ Умн. на m СМ ƒпр (φ=90º) ƒ г Строб τ g Гет10 Гет.1 Коммутатор
(от передающего устр-ва) Антенна-АП-АФС-УВЧ-УПЧ п с е в д о к о г е р е н т н о й Р Л С Защита от ПП в
СИСТЕМЫ СДЦ По типу используемой элементной базы По способу обеспечения когерентности импульсов в пачке эхо- сигналов Внутренняя Истинная Эквивалентная Внешняя По виду обработки эхо- сигналов в приемном устройстве Фильтровая Корреляционно-фильтровые По возможности адаптации к парам. ПП Адаптивные Неадаптивные По частоте обработки сигналов На видео частоте На радио частоте По количеству ступеней компенсации 1 -го порядка n -го порядка аналоговые цифровые комбинированные (по другим признакам) Рис. 4. Классификация систем СДЦ
б) a) + _ + _ + _ Рис. 5. Эквивалентные схемы устройств ЧПК: а) с однократным вычитанием и б) с двукратным вычитанием. Амплитудно-частотные характеристики этих устройств ЧПК определяются соответственно соотношениями : ; .
Рис.6. Зависимость нормированного коэффициента передачи принимаемого сигнала от доплеровской поправки частоты ЧПК I ЧПК II УПЧ ГФП АД Некогерентный накопитель а ) УПЧ ГФН ГФН ГФН Устройство нормировки Устройство нормировки Устройство нормировки АД АД АД Схем отбора по максимуму б) Рис.7 Система обработки с цифровой СДЦ: а) - при некогерентном накоплении; б) - при когерентном накоплении АЧХ ) ( УПЧ ГФП АД Некогерентный накопитель а ) УПЧ ГФН ГФН ГФН Устройство нормировки Устройство нормировки Устройство нормировки АД АД АД Схем отбора по максимуму б) Рис.7 Система обработки с цифровой СДЦ: а) - при некогерентном накоплении; б) - при когерентном накоплении
вход СУММАТОР выход а) вход Фильтр 1- Фильтр 2- Фильтр Q выход Рис.8 Гребенчатый фильтр накопления: а) - на линии задержки с отводами; б) - на узкополосных фильтрах. б) ∑
1-ый канал дальности УПЧ Ключ 1 Фильтр F Д 1 Детек-тор Устр. норми-ровки Фильтр F Д 2 Детек-тор Устр. норми-ровки Фильтр F Д М Детек-тор Устр. норми-ровки Схема отбора по макси-муму Ключ 1 Ключ 2 2-ой канал дальности Ключ 2 Ключ N N - ый канал дальности Ключ N Индикатор Генератор импульсов строба Импульсы запуска Рис.9. Обобщенная структурная схема корреляционно-фильтровой системы СДЦ.
а) б) Рис. 2. Суммарный спектр пассивной помехи и внутреннего шума а ) и АЧХ фильтра подавления б ) F П .
Разбиение области Y определения величины y на Y 1 и Y 0 осуществим введением некоторого порогового значения y 0 (рис. 1). y Yo Y 0 Y 1 Рис. 1. Задача при этом сводится к принятию оптимальным образом одного из возможных решений =1 или Примером такого обнаружения может быть обнаружение сигнала по показанию стрелочного прибора (рис.2). =0 по измеренному значению y.
отсутствии P п ( y ) (A=0) и наличии P сп ( y ) (A=1) цели будут иметь вид, показанный на рис.3: P c п ( y )= P п ( y - x ). При y Рис. 3. 0 P п ( y ) y 0 x y y 0 P сп ( y) График плотности распределения y при наличии полезного сигнала P( y /A1) =P сп ( y ) сдвинут относительно графика P( y /A0) =P п ( y ) на величину полезного сигнала x, что позволяет записать: P сп ( y ) = P п ( y - x ).
Решение задачи обнаружения может быть описано решающей функцией ( y ) (рис.3): В этом случае можно записать ( 4 )
Если на входе есть и сигнал, и шум, то получаем распределение со средним Кривая Р сп ( z ) =Р п (z-Э) представляет собой сдвинутую на величину Э кривую Р п ( z ). Показатели качества обнаружения РЛ сигнала определяются следующими выражениями: ( 5 ) 0 Э Р сп ( z н ) Р z 0 Р п ( z ) z 1-F D 1-D F
y(t) Z 0 (порог) x(t, α ) Х ∫ ПУ Генератор ожидаемого сигнала Рис.4. z На практике наиболее широко используется вариант корреляционной обработки со стабилизацией вероятности ложной тревоги F за счет введения схемы автоматической регулировки усиления приемника обнаружителя по уровню шума (ШАРУ). Формально эта операция обеспечивается переходом к нормированному значению корреляционного интеграла где - среднеквадратическое отклонение шума на выходе корреляционного обнаружителя. Соответственно нормированным будет и порог z 0н =z 0 /υ 0. Структурная схема такого обнаружителя (рис. 5) аналогична схеме рассмотренного выше обнаружителя
Рис. 5. z н y(t) z 0 н Х ∫ ПУ Действительно, порог z 0н для заданного значения F не изменяется. При возрастании амплитуды ожидаемого сигнала в какое-то число раз, в то же число раз уменьшается стоящий перед интегралом множитель . Условная вероятность F в этой схеме не зависит от спектральной плотности мощности помехи N 0. Мгновенные значения помехи возрастают пропорционально , во столько же раз уменьшится множитель перед интегралом.
Рассмотрим физические процессы, происходящие в корреляционном обнаружителе. Для этого воспользуемся рисунками, иллюстрирующими корреляционную обработку для 2-х случаев: приема только помехи y ( t ) =n ( t ) и смеси сигнала с помехой y ( t ) =x (t, α )+ n ( t ). На рисунке 6 отражены результаты перемножения функций y ( t ), x ( t ) и интегрирования за время существования опорного сигнала (для различных реализаций y ( t )). Считается, что помеха имеет полосу, существенно большую, чем сигнал. t x(t) 0 t x(t) y(t)=x(t) 2 +x(t) n(t) 0 t y(t)=x(t)+ пп n(t) t z 0 Э z Рис.6. t y(t). x(t)=n(t) x(t) и t y(t)=n ( t) (( (t) 0 t z z 0 Э t x ( t )
Наличие двух каналов позволяет исключить потери за счет случайности начальной фазы, так как |Z| не зависит от фазы. Это видно из рис.8, где величины Z 1, Z 2 представляют корреляционные интегралы каналов. y ( t ) z 0 Х 1 (t)=x(t) cos [ω 0 t+φ(t)] x 2 (t)=x(t)sin[ω 0 t+φ(t)] ПУ Х ∫ КВ детектор Рис. 7 Х ∫ КВ детектор z 2 z 1 z 2 ″ z 1 ′ β 1 β 2 z 1 ″ z 2 ′ Рис. 8. Формально в этом можно убедиться следующим образом. Представим сигналы квадратурных составляющих x 1 ( t ) и x 2 ( t ) в комплексной форме: Тогда и не зависит от случайной начальной фазы β. В частности при β =0 z 1 =Э, z 2 =0 и сигнал выделяется верхним каналом. При β = π /2 z 1 =0, z 2 =Э и выделять сигнал будет уже нижний канал, а верхний канал не будет участвовать в этом процессе.
x(t) y(t) x(t-t з ) Х УПФ Х Рис. 9. УПФ Х Во втором случае все дальности просматриваются одновременно, но необходимо N r каналов (рис.10). … x(t-t з Nr ) x(t-t з 1 ) x(t) y(t) Х ∫ Рис.10 Х ∫
Аналогично следует поступать и в случае неизвестной доплеровской добавки F д частоты. Необходимо или последовательно изменить частоту опорного сигнала (рис.10), или иметь набор фильтров, каждый из которых настроен на своё значение F д (рис.11). y(t) z f опV ar Х УПФ Рис. 10 F д NF F д1 х ( t - t з ) УПФ 1 y(t) Х УПФ NF Рис. 11. Методы последовательно обзора требуют большего времени для обработки сигналов, поэтому применяют многоканальные корреляционные обнаружители, структурная схема которых приведена на рис. 12:
y(t) Рис. 1 2. Â 1, к Канал 1, к х ( t з1, F дк ) Канал 1, к Канал 1, к Â 1,1 Канал 1, к х ( t з1, F д1 ) Канал 1, к Канал 1, 1 Канал 1, к х ( t з n, F д n ) Канал 1, к Канал n, к Канал 1, к х ( t з n, F д1 ) Канал 1, к Канал n, 1 Схема опроса каналов Каждый канал такого обнаружителя имеет одинаковую структуру, например с квадратурной обработкой. Ожидаемые сигналы x ( t зi, F дj ) отличаются между собой временным сдвигом t зi и частотой F дj. Временной сдвиг ожидаемых сигналов в соседних каналах дальности не превышает разрешающей способности РЛС по времени запаздывания δτ. Соседние каналы скорости имеют отличия несущих частот ожидаемых сигналов, не превышающие разрешающей способности РЛС по частоте Доплера .
t x(t) ξ t 0 и k согл (t) Рис. 14. ξ t 0 /2 и x t 0 x(t) x(t 0 -t)= k согл (t) k t 0 - и t 0 < и t 0 > и x(t ) t 0 =0 Рис. 15. Таким образом, импульсная характеристика согласованного фильтра является зеркальным отображением ожидаемого сигнала х ( t ) (рис.15). Величина задержки фильтра t 0 ≥ τ и. Это необходимо для физической реализуемости фильтра, заключающейся в том, что импульсная реакция фильтра не может опережать «породившее» её воздействие δ-функции (рис. 14).
Величина С выбирается из условия обеспечения требуемого уровня сигнала на выходе фильтра. При выборе С необходимо соответствующим образом корректировать и порог обнаружения. qδ =1 q вых =К(f). 1=k(f) Ф δ(t) k(t) Рис. 1 6. б). Частотная характеристика фильтра. Частотную характеристику определяют как отношение комплексных амплитуд гармонических напряжений на выходе и входе фильтра для каждой частоты f. При воздействии на вход фильтра напряжения y ( t ) со значением спектральной плотности q y ( f ) выходное напряжение фильтра имеет вид Для δ-функции g y ( f )=1, тогда импульсная и частотная характеристика связаны парой Фурье – преобразований (рис. 16), т.е.
| k согл (f)| |g(f)| Рис. 16. F 0 R f g(f) Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) согласованного фильтра пропорциональна АЧС ожидаемого сигнала и в общем случае неравномерна (рис. 16). . Лучше воспроизводятся наиболее интенсивные спектральные составляющие. Вместе со слабыми составляющими сигнала значительно уменьшаются интенсивные составляющие помехи (например, при N( f )=N 0 в полосе частот сигнала). Одним из основных требований к согласованному фильтру в частотной области, поэтому является следующее: он должен быть настроен на частоту принимаемого сигнала.
W(t) y(t) СФ ПУ W 0 =cz 0 Рис. 18. W 2 (t)=W 1┴ (t) y(t) 90 0 ПУ W 0 =cz 0 W 1 (t) СФ СФ Структурные схемы фильтровых обнаружителей Для сигнала с полностью известными параметрами оптимальный обнаружитель представляет собой СФ и пороговое устройство, т.к.W (t 0 +t з ) =cz ( t з ) (рис.18). Для сигналов со случайными параметрами обнаружитель может быть построен двумя способами. Первый способ основан на традиционной методике вычисления модуля корреляционного интеграла.
δ(t) W(t)=k согл (t) ? Таким устройством может быть фильтр со схемой, представленной на рис.4: δ(t) t t τ и Σ L C W(t) x(t) τ з = τ и = nT 0 -1 Рис. 4. Она включает высокодобротный контур, линию задержки с τ з = τ и, сумматор и фазовый инвертор. Время задержки τ з составляет целое число периодов T 0 колебаний высокой частоты. При подаче на вход δ-импульса в колебательном контуре возбуждаются медленно затухающие колебания. Через время t =τ з =τ и они будут сорваны задержанным δ-импульсом. Таким образом, импульсная характеристика схемы имеет вид:
где t - момент времени воздействия δ-импульса.То есть k согл ( t ) = сx (t 0 -t), t 0 = τ и. x 2 (t) W(t) x 1 (t) x(t) t t t t τ и τ и τ и Рис. 5. При подаче на вход фильтра прямоугольного радиоимпульса на выходе образуется ромбовидный радиоимпульс длительностью 2τ и (рис. 5). В контуре высокой добротности происходит линейное нарастание амплитуды напряжения в течение длительности импульса τ и и медленное затухание колебаний после его окончания. В результате вычитания двух переходных процессов, возникших в контуре от не задержанной и задержанного инвертированного радиоимпульса, на выходе получается ромбовидный радиоимпульс длительностью 2τ и.
t Т τ и x(t) Т Рис. 7. Согласованные фильтры для когерентных пачек радиоимпульсов Когерентные пачки импульсов представляют последовательности однотипных радиоимпульсов, жестко связанных по фазе где М - количество импульсов в пачке; φ k ( t ) - известные законы изменения фазы; β - постоянная начальная фаза (примем β =0). Рассмотрим пачку простых прямоугольных радиоимпульсов (рис. 7) и воспользуемся методом синтеза по импульсной характеристике.
τ и Т k согл (t) t Т Рис. 8. Полагаем, что импульсы в пачке следуют с периодом Т. Аналогичную пачку представляет собой и импульсная характеристика фильтра (она зеркальна x ( t ) (рис. 8)). Ее можно получить, если к выходу согласованного фильтра одиночного радиоимпульса (СФОИ) подключить линию задержки с М отводами и сумматором (рис. 9). Рис. 9. СФОИ Сумматор Т W 0 (t) W(t) ...... х(t)
W 1 (t-Т) W 1 (t-2Т) 0 t t 0 t х(t) W 1 (t) 0 W(t) 0 t 0 t Рис. 10
f 0 + 1/ Т f 0 +1/τ и f 0 - 1/ Т f 0 - 1/τ и К согл ( f) f 0 1/ M Т f Рис. 11. Анализ рисунка показывает, что АЧХ СФ имеет гребенчатую структуру и соответствует АЧС рассматриваемого сигнала. В полосе частот импульсов П и =1/ τ и она содержит ряд гребней на частотах f 0 ±k/T шириной 1/МТ. Гребенчатую частотную характеристику даёт накопитель k н ( f ). Такая структура фильтра позволяет подавить шум вне спектра сигнала и лучшие выделить сам сигнал. Поскольку k СФОИ ( f ). k н ( f ) =k н ( f ). k СФОИ ( f ), то элементы СФ (СФОИ и накопитель) можно менять местами. Таким образом, СФ когерентных пачек радиоимпульсов, как и СФ одиночных радиоимпульсов могут быть синтезированы по импульсной или частотной характеристикам. Основной отличительной особенностью СФ пачек радиоимпульсов является наличие в их составе когерентного накопления импульсов пачки.
Рис.16. Устройство вычитающего потенциалоскопа Вычитающий потенциалоскоп
Рис.4.59. Иллюстрация принципа частотного разделения каналов
Лампа бегущей волны (а); группирование электронов (б). . Схема движения электронов и поля в лампе бегущей волны.
Пролетный клистрон Клистроны
Типовая структурная схема однокаскадного передатчика.
Гет. 1 Ус. Умн. частот. СМ Гет. 2 Ус. АП Ус. СМ Ус. ФД Форм. Синхрон. На цифровые доплеровские фильтры К антенной системе Радиопередающее устройство ФД 90 0 Ф Ф АЦП АЦП Квадратурный канал Синфазный канал На внешние системы ; Генератор Генер. На Нч-высокостаб из Структурная схема современной РЛС РТВ
Гетеродин Гетеродин усилитель РИ U пит Смеситель U ( f пч ) Гетеродин усилитель усилитель усилитель усилитель усилитель U пит
Модулятор усилитель Из ВИ РИ U пит Высоковольтный выпрямитель Смеситель U ( f пч ) Гетеродин усилитель усилитель усилитель усилитель
Структурная схема передающего устройства РЛС 19Ж6
Структурная схема передающего устройства
Эпюры, поясняющие работу модулятора. Тп и
Рис.3.19. ЛЧМ сигнал и формирование сигналов с частотной модуляцией по V-образному закону.
Формирование ЛЧМ импульсов возможно активным и пассивным методами. Активный метод формирования ЛЧМ сигнала. Наибольшее распространение нашел активный способ формирования ЛЧМ сигнала - электронный способ, основанный на применении автогенератора с электронной перестройкой частоты. Упрощенная схема возбудителя, реализующего такой способ, приведена на рис.3.20. Рис.3.20. Упрощенная схема возбудителя, реализующего активный метод формирования ЛЧМ сигнала.
Рис.3.27. Активный (а), (б) способ формирования ФКМ сигнала.
Рис.3.27. Пассивный способ (в) формирования ФКМ сигнала.
Рис.3.25. Сечение нормированной двумерной АКФ плоскостью Рис.3.26. Огибающие отраженных радиоимпульсов от двух близких по дальности целей Соответственно мерой разрешающей способности по дальности называют . где - расстояние между вторичными излучателями.
Разрешение целей по скорости возможно при использовании когерентной пачки отраженных сигналов, так как она имеет дискретный спектр (подробней эта задача будет рассмотрена ниже). Разрешающая способность по скорости – это разрешающая способность по частоте , где - число импульсов в пачке, - период следования импульсов. Разрешающая способность по скорости (по частоте) тем выше, чем больше длительность пачки импульсов .
ВЦ УРЧ УНЧ СМ Гет. УПЧ Д
АРУ
ВАРУ
Логарифмическая амплитудная характеристика УПЧ
Логарифмический усилитель с последовательным детектированием
Структурная схема ШАРУ Рис.8.
УПЧ СФ АД УПТ Рис. Структурная схема ШАРУ УПТ – усилитель постоянного тока, СФ – согласованный фильтр, АД – амплитудный детектор
Рис.6.8. Обобщенная структурная схема индикатора
Рис.6.12. Функциональная схема ИКО с вращающимися отклоняющими системами
Рис.6.16. Функциональная схема типового ИКО, использующего неподвижные отклоняющие системы для создания РКР
