Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ №№ занятий Наименование занятий Время (час ) 1 2 3 4 5 6 Задачи курса и общие сведения о радиолокации. Дальность действия радиолокационной станции в свободном пространстве. Импульсный метод радиолокации. Когерентно – импульсный метод радиолокации. Методы обзора пространства, определение угловых координат и высоты. Основные тактико – технические характеристики импульсных РЛС и требования, предъявляемые к ним. 2 2 2 2 2 2 р Слайд № 1
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ Занятие 1. ЗАДАЧИ КУРСА И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОЛОКАЦИИ Вопросы занятия. Задачи курса и основные определения радиолокации. Краткая история развития отечественной радиолокации. Основные принципы радиолокации. Виды радиолокации, классификация РЛС, области применения радиолокации. Слайд № 2
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИИ РАДИОЛОКАЦИЯ – область радиотехники, задачей которой является обнаружение и распознавание различных объектов в пространстве и определение их координат и параметров движения с помощью радиоволн. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ЦЕЛЬ – объект радиолокации, т.е. материальный объект, сведения о котором представляют практический интерес: - аэродинамические цели; - баллистические или космические; - наземные и надводные. Слайд № 3
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ИНФОРМАЦИЯ (РЛИ) – совокупность сведений о целях, полученных средствами радиолокации. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ (РЛС) – совокупность технических средств, используемых для получения радиолокационной информации. РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС (РЛК) – совокупность функционально связанных технических, устройств, отдельных станций, обеспечивающих получение полного состава радиолокационной информации заданного качества. Слайд № 4
Определение местоположения летательного аппарата ε РЛС β С Ю D H H = D • sin ε Слайд № 5
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАДИОЛОКАЦИИ ПЕРВЫЙ ПРИНЦИП РАДИОЛОКАЦИИ заключается в том, что электромагнитные волны способны отражаться от неоднородностей, встречающихся на пути их распространения («вторичное излучение»). ВТОРОЙ ПРИНЦИП РАДИОЛОКАЦИИ заключается в том, что электромагнитные волны с помощью антенн РЛС можно сконцентрировать в узкий луч. ТРЕТИЙ ПРИНЦИП РАДИОЛОКАЦИИ заключается в том, что электромагнитные волны распространяются в пространстве прямолинейно и с постоянной скоростью (3*10 8 м\с). Слайд № 6
ОТРАЖЕНИЕ РАДИОВОЛН ά β А) Зеркальное Б) Рассеянное l отр » РЛС l отр РЛС Слайд № 7
Вторичное излучение от цели Слайд № 8
неоднородность Явление дифракции l отр « РЛС Слайд № 9
С Ю H max έ min έ max H D H D С Ю Вертикальная плоскость Горизонтальная плоскость Θº 0,5р φ º 0,5р φ º 0,5р Дальномер Высотомер Диаграммы направленности РЛС Слайд № 10
Дц Индикатор дальности Индикатор кругового обзора 270 ° Дц β ц 90 ° 180 ° РЛС Цель Север β ц ε ц Дц К определению координат целей С = 3* 10 8 м/с 2 Слайд № 1 Слайд № 11
t з 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1000 μ с 2000 μ с U зонд. U отр. К определению дальности цели Слайд № 12
Цель Индикатор Передатчик Приемник РЛС А А Активная радиолокация Слайд № 13
РЛС Приемник Передатчик Индикатор А А Цель Приемник Передатчик f 1 f 2 Активная радиолокация с активным ответом Слайд № 14
РЛС Передатчик Приемник Ракета Полуактивная радиолокация Слайд № 15
Приемник РЛС А Индикатор Пассивная радиолокация Слайд № 16
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ Занятие 2. ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ Вопросы занятия. Уравнение максимальной дальности действия РЛС в свободном пространстве. Предельная дальность прямой радиовидимости. Влияние Земли и атмосферы на дальность действия РЛС. Слайд № 17
К определению максимальной дальности действий РЛС Д О О 1 Цель РЛС Слайд № 18
Слайд № 19
R з » ha и H ц В Д пр А С Цель 2 Цель 1 Н ц R з h a О ПРЕДЕЛЬНАЯ ДАЛЬНОСТЬ ПРЯМОЙ ВИДИМОСТИ Нц (км) 0,5 1 2 3 4 5 10 Дпр (км) 77 110 155 190 220 246 348 Предельная дальность для разных высот полета цели Слайд № 20
Н А1 Прямой луч Луч, отраженный от земли h ц А έ ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛИ НА МАКСИМАЛЬНУЮ ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ Слайд № 21
Цель 1 Ц е л ь 2 Д пр (с рефракцией) Д пр (без рефракции) ВЛИЯНИЕ РЕФРАКЦИИ НА МАКСИМАЛЬНУЮ ДАЛЬНОСТЬ Без учета рефракции Когда H ц » ha R з R экв = 8500 км С учетом рефракции Слайд № 22
1 2 3 4 5 1- Без рефракции 2- Отрицательная рефракция 3 – Нормальная рефракция 4 – Повышенная рефракция 5 – Сверх рефракция Различные случаи рефракции Слайд № 23
Кривые зависимости коэффициента ослабления радиоволны от λ для кислорода и паров воды Н 2 О О 2 λ см 10 1 0,1 0,01 0,001 0,1 0,2 0,4 0,6 1 1,5 4 10 Слайд № 24
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ Занятие 3. ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД РАДИОЛОКАЦИИ Вопросы занятия. Сущность импульсного метода радиолокации и _ структурная схема импульсной РЛС. Основные показатели импульсного метода. Метод непрерывного излучения. Слайд № 25
ω А U вых U гсвч U мод ССП ПЕРЕДАТЧИК МОДУЛЯТОР ГЕНЕРАТОР СВЧ СИНХРО- НИЗАТОР ПО ЗАПУСКУ ДЭС и СУЗиК АП ИНДИКА- ТОРНОЕ УСТРОЙСТВО АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ ОТ ПОМЕХ ПРИЁМНИК СИСТЕМА СИНХРОНИЗА- ЦИИ ВРАЩЕНИЯ АНТЕННА УПРОЩЁННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОЙ РЛС ССП Слайд № 26
t t t t t t U мод U ГСВЧ U эхо U зап U вых пр U разв Т п τ и t з1 (Д1) t з2 (Д2) Тр Ц1 Ц2 Д1 Д2 Развертка ИД Развертка ИКО ω р = ω ант К принципу работы импульсной РЛС Слайд № 27
0 0 ц 270 0 180 0 90 0 Дц Нц С ц ц РЛС Цель ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ И АЗИМУТА ЦЕЛИ Слайд № 28
В Ы В О Д Ы Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к измерению времени запаздывания ( t з) отраженного сигнала относительно зондирующего импульса. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отсчета времени распространения радиоволн. 2. Достоинства импульсных РЛС: - удобство визуального наблюдения одновременно вех целей, облучаемых антенной в виде отметок на экране индикаторов; - поочередная работа передатчика и приемника позво- ляет использовать одну общую антенну для передачи и приема. Слайд № 29
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА: однозначно определяемая максимальная дальность Д разрешающая способность по дальности Д минимально определяемая дальность Дмин Слайд № 30
ОДНОЗНАЧНО ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ МАКСИМАЛЬНАЯ ДАЛЬНОСТЬ Тп(150км) 200км 50км Ц1 Ц2 Ц2 Ц1 50км 100км 150км Д max РЛС = 300км Тп = 1000мкс Д ц1 = 100км Д ц2 = 200км Слайд № 31
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО ДАЛЬНОСТИ РЛС Ц2 Ц3 Ц4 Д1 Д2 и Д1 Д2 Д2 ( t з2 ) Д1 ( t з1 ) Ц1 Д2 Д1 Д ц Д Д2 Д1 Ц2 Ц1 ИКО ИД Слайд № 32
РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ ПО ДАЛЬНОСТИ НАЗЫВАЕТСЯ ТО МИНИМАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ДВУМЯ ЦЕЛЯМИ, НАХОДЯЩИМИСЯ НА ОДНОМ АЗИМУТЕ И УГЛЕ МЕСТА, ПРИ КОТОРОМ ОТРАЖЕННЫЕ ОТ НИХ СИГНАЛЫ НАБЛЮДАЮТСЯ НА ЭКРАНЕ ИНДИКАТОРА ЕЩЕ РАЗДЕЛЬНО. t › и; 0,5Р и t – интервал времени между моментами приема сигналов от целей и – длительность зондирующего импульса Д – разрешающая способность по дальности Д и – разрешающая способность индикатора - разрешающая способность РЛС по азимуту 0,5Р – ширина диаграммы направленности по половинной мощности в горизонтальной плоскости и – разрешающая способность по азимуту индикаторной аппаратуры Слайд № 33
МИНИМАЛЬНАЯ ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ ДАЛЬНОСТЬ – ЭТО НАИМЕНЬШЕЕ РАССТОЯНИЕ, НА КОТОРОМ СТАНЦИЯ ЕЩЕ МОЖЕТ ОБНАРУЖИВАТЬ ЦЕЛЬ (МЕРТВАЯ ЗОНА) и - длительность зондирующего импульса РЛС t в - время включения приемника после окончания зондирующего импульса передатчика (единицы мкс) Например: При и = 10 мкс Дмин = 1500м При и = 1 мкс Дмин = 150м Слайд № 34
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ Занятие 4. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ РЛС. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ Вопросы занятия. Импульсно-частотный метод радиолокации. Двухчастотный метод радиолокации. Эффект Доплера и принцип измерения радиальной скорости. Методы определения угловых координат. Слайд № 35
УВЕЛИЧЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ РЛС - Энергетический потенциал P 1 – предельная чувствительность приемника Слайд № 36
Передающее устройство Синхронизатор Индикаторное устройство Антенный переключатель Приемник Сжимающий фильтр Детектор Упрощенная структурная схема РЛС с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией Слайд № 37
U m t t 0 0 U f f max f min и ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (девиация частоты) Слайд № 38
0 Сжимающий фильтр вход выход t 0 U вых t 0 U вх 0 t а – формы радиоимпульсов на входе и выходе сжимающего фильтра б – закон изменения частоты радиоимпульса в – зависимость времени задержки фильтра от частоты ПРИНЦИП СЖАТИЯ ИМПУЛЬСА Слайд № 39
ПРИНЦИП СЖАТИЯ ИМПУЛЬСА и – длительность импульса на входе фильтра; и2 – длительность импульса на выходе фильтра; k – коэффициент сжатия; ВЫВОД: Мощность импульса на выходе фильтра возрастает в k раз. Слайд № 40
СИНХРО- НИЗАТОР ПЕРЕДАТЧИК f 1 ПЕРЕДАТЧИК f 2 АНТЕННЫЙ ПЕРЕКЛЮ- ЧАТЕЛЬ I ПРИЕМНИК f 1 +Fg 1 II ПРИЕМНИК f 2 +Fg 2 СУММАТОР СИГНАЛОВ ИНДИКАТОР Л.З. УСТР-ВО ЗАДЕРЖКИ Упрощённая структурная схема двухчастотной импульсной РЛС одновременного излучения Слайд № 41
f 1 U1 и f 2 U2 U = U1 + U2 U1 = U2 f 1 f 2 Tn f 1 + Fg 1 f 2 + Fg 2 f 1 + Fg 1 f 2 + Fg 2 U 1 U 2 U вых = U 1 + U 2 U2 t 0 t t t t t t 0 0 0 0 0 0 U зонд U вх II приемн. U вх дет I. U вых дет I. после задержки U вых дет II. U вых после сумматора Слайд № 42
Um з –амплитуда колебаний зондирующего сигнала 0 – рабочая частота РЛС – начальная фаза Umc – амплитуда отраженного сигнала t з – время запаздывания отраженного сигнала относительно начала излучения Д 0 – начальная дальность обнаружения V r – радиальная скорость цели относительно РЛС постоянный фазовый сдвиг, определяемый дальностью до цели ЭФФЕКТ ДОППЛЕРА Слайд № 43
V r V V 1 РЛС Выводы: при отражении сигналов от подвижных целей частота принимаемых сигналов отличается от частоты излученных сигналов на величину допплеровской частоты; величина допплеровской добавки частоты отраженного сигнала зависит от радиальной скорости цели и от длины волны передатчика Слайд № 44
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЛС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ЦЕЛИ ИНДИКАТОР (ЧАСТОТОМЕР) ФИЛЬТР ДОППЛЕРОВСК. ЧАСТОТ ( Fg ) ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО АТТЕНЮАТОР (ОСЛАБИТЕЛЬ) ПРИЁМНОЕ УСТРОЙСТВО f r f 2 = f r ± Fg Слайд № 45
ВЫВОДЫ: Допплеровская частота обусловлена радиальной скоростью цели Для неподвижных объектов ( v r =0) частота отраженного сигнала равна частоте излучаемых колебаний При приближении цели частота отраженного сигнала повышается ( f эс = f r +2 f), при удалении уменьшается ( f эс = f r - 2 f). Эффект Допплера позволяет выделить отраженные сигналы от подвижных целей на фоне отражений от неподвижных местных предметов или медленно перемещающихся объектов Слайд № 46
Метод пеленгации по максимуму отраженного сигнала РЛС С Ю Д.Н.А. Е 0 0,5 0,5р ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА: простота определения угловых координат; пеленгация осуществляется при наиболее благоприятном отношении сигнал/шум, поскольку пеленг отсчитывается в момент максимума сигнала; малая точность определения координат, так как вблизи максимума ДНА небольшие отклонения цели от оси антенны мало сказываются на амплитуде отраженного сигнала. Слайд № 47
РЛС 1 Индикатор - Д 1 Метод пеленгации по минимуму ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА: высокая точность пеленгации, так как амплитуда отраженного сигнала в области нулевого приема изменяется более резко с изменением положения антенны; сокращение дальности действия станции в момент отсчета пеленга. Слайд № 48
РЛС РАВНОСИГНАЛЬНЫЙ МЕТОД I II II I ИД ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА: высокая точность определения координат без значительного уменьшения дальности действия станции; меньшая дальность действия более сложное антенное устройство. Слайд № 49
ВЫВОДЫ: Метод сжатия импульсов позволяет повысить энергию в импульсе и тем самым увеличить дальность действия РЛС; Эффект Допплера, обусловленный движением цели, позволяет выделить отраженные сигналы от подвижных целей на фоне отражений от неподвижных местных предметов. Слайд № 50
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ Занятие 5. МЕТОДЫ ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ПОЛЁТА ЦЕЛЕЙ. Вопросы занятия. Методы обзора пространства. Принцип определения высоты полёта целей. Структурная схема радиовысотомера. Слайд № 51
Перемещение направленного электромагнитного луча антенны для последовательного облучения окружающего пространства называется радиолокационным обзором ВИДЫ ОБЗОРА: круговой; секторный; винтовой; спиральный; конический; пилообразный; строчный. Слайд № 52
РЛС Круговой обзор ДОСТОИНСТВА МЕТОДА: Простота Минимальное время обзора пространства Почти непрерывное отображение воздушной обстановки в заданной зоне обзора Слайд № 53
Винтовой обзор Слайд № 54
РЛС 0 Спиральный обзор Слайд № 55
РЛС А Конический обзор Слайд № 56
Пилообразный обзор РЛС 0 ДНА Слайд № 57
0 H 1 Цель Д н Высота полета цели для горизонтальной поверхности H 1 = Д н * sin о Слайд № 58
Принцип определения высоты полета цели Р B Цель Поверхность земли Линия горизонта R з R з Д н H ц Слайд № 59
H Д 1 2 3 Принцип измерения высоты Слайд № 60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 H Д Парциальная диаграмма направленности Слайд № 61
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ Занятие 6. ОСНОВНЫЕ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНЫХ РЛС И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ. Вопросы занятия. Классификация РЛС и области применения радиолокации. Тактические и технические характеристики импульсных РЛС. Требования, предъявляемые к тактико-техническим характеристикам РЛС. Слайд № 12 Слайд № 62
Основные тактические характеристики Максимальная дальность обнаружения. Зона обнаружения и её параметры. Состав радиолокационной и её качественные показатели. Темп выдачи радиолокационной информации. Помехозащищенность. Мобильность и эксплуатационная надежность. Слайд № 63
МАКСИМАЛЬНАЯ ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ Слайд № 64
ЗОНА ОБНАРУЖЕНИЯ РЛС В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ Е min Д (км) 100 200 300 400 1 0 3 0 5 0 9 0 14 0 18 0 Е max 0 H max Hn Н (км) Слайд № 65
ЗОНА ОБНАРУЖЕНИЯ РЛС В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0 210 0 240 0 270 0 300 0 330 0 10 20 30 40 50 60 70 местные предметы радиотень радиотень Слайд № 66
СОСТАВ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ КООРДИНАТЫ ОБНАРУЖИВАЕМЫХ ЦЕЛЕЙ; СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ; СОСТАВ ЦЕЛИ (КОЛИЧЕСТВО САМОЛЁТОВ); ГОСУДАРСТВЕННУЮ ПРИНАДЛЕЖНОСТЬ ЦЕЛИ; ИНТЕНСИВНОСТЬ И ВИД ПРИМЕНЯЕМЫХ ПОМЕХ; ДЕЙСТВИЯ, СОВЕРШАЕМЫЕ ЦЕЛЬЮ ПРИ ЕЁ СОПРОВОЖДЕНИИ, И ДР. РЛС МОЖЕТ ВЫДАВАТЬ СЛЕДУЮЩУЮ ИНФОРМАЦИЮ: Слайд № 67
Информационная способность РЛС Под информационной способностью РЛС понимают количество одновременно сопровождаемых станцией целей, по которым выдается информация с заданной дискретностью Слайд № 68
Под помехозащищенностью РЛС понимают ее способность выполнять свои функции при воздействии внешних помех Помехозащищенность РЛС Слайд № 69
Эксплуатационная надежность Эксплуатационная надежность – способность РЛС выполнять свои тактические функции и сохранять значения параметров при заданных условиях эксплуатации Слайд № 70
Мобильность определяется возможностями РЛС к передислокации на новую позицию, условиями транспортировки, сроками развертывания (свертывания) и готовностью к боевой работе Мобильность Слайд № 71
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Мощность излучения (импульсная Р И и средняя Р СР ); Длительность импульса ; Рабочая длина волны или несущая частота колебаний; Частота повторения импульсов; Чувствительность Р ПР.МИН и полоса пропускания приёмного устройства; Слайд № 72
6. Углы раствора луча антенны (ДНА) в горизонтальной и вертикальной плоскостях, коэффициент направленного действия (усиления) антенны; 7. Метод обзора пространства; 8. Способы измерения дальности и угловых координат; 9. Тип оконечного устройства (индикатора); Слайд № 73
Передающее устройство а) импульсная мощность зондирующего сигнала Р и – это средняя в течение импульса мощность,отдаваемая передатчиком в антенну средняя мощность излучаемого сигнала Р ср – это усредненная мощность передатчика за период повторения Т п Р ср = Р и * и / Т п в) длительность зондирующего сигнала и – это время, в течение которого передатчик вырабатывает энергию СВЧ г) частота повторения зондирующего сигнала F п – это величина, показывающая, какое количество импульсных посылок энергии СВЧ вырабатывается передатчиком в единицу времени Р и Р Р ср 0 и Т п t Слайд № 74
Антенное устройство φ º 0,5р H max έ min έ max H D º 0,5р Косекансная ДН º 0,5р Лопаточная ДН Игольчатая ДН Слайд № 75
Чувствительность Рпр.мин. – это такая минимальная мощность или напряжение на входе приемника, при которой на его выходе обеспечивается обнаружение сигнала с заданным превышением над собственными шумами. Коэффициент шума Кш – это величина, показывающая, во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе при- емника больше этого же отношения на его выходе: Приемное устройство Слайд № 76
Коэффициент усиления (К) показывает во сколько раз сигнал на выходе приемника больше, чем на его входе. Полоса пропускания 2 F характеризует избирательные свойства приемника и определяет одновременно пропускаемую приемником область частот. Динамический диапазон определяет способность приемника работать без перегрузки при воздействии сильных помех. Слайд № 77
