РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ РЛС ПО ДАЛЬНОСТИ,

НАПРАВЛЕНИЮ И СКОРОСТИ

Разрешающая способность – одна из важнейших характеристик радиолокационных систем, определяющая способность раздельного наблюдения целей, имеющих малое различие в дальности, угловых координатах и скорости.

Реальная разрешающая способность РЛС по какой-либо координате может быть представлена в виде

, (54)

где δ (α )_пот – потенциальная разрешающая способность, определяемая, формой сигнала и отношением энергии сигналов и шума; δ (α )_i – ухудшение разрешающей способности в i-м узле устройства обработки сигнала; n – количество узлов устройства обработки сигнала.

Обычно наибольшие ухудшения вносит выходное устройство, поэтому можно принять

. (55)

При использовании в выходных устройствах электронно-лучевых трубок наибольшее ухудшение разрешающей способности вносится за счет конечных размеров пятна на экране (мишени).

При автоматическом съеме координат в устройстве, сопрягающем РЛС с цифровой вычислительной машиной, реальная разрешающая способность определяется ценой интервала эталонных (счетных) импульсов.

Разрешающая способность по дальности – минимальное расстояние между двумя целями, имеющими относительно РЛС одинаковые угловые координаты, при котором еще возможно раздельное наблюдение этих целей.

Разрешающая способность по дальности складывается из двух составляющих: а) δ (D)_пот – потенциальная, т. е. максимально достижимая для данной РЛС разрешающая способность; б) δ (D)_инд – индикаторная разрешающая способность, обусловленная характеристикой индикатора.

Потенциальная разрешающая способность по дальности δ (D)_пот определяется длительностью зондирующего сигнала и его формой.

Величина потенциальной разрешающей способности по дальности для прямоугольного сигнала определяется формулой

. (56)

Величина потенциальной разрешающей способности по дальности для гауссовского сигнала определяется формулой

. (57)

Величина потенциальной разрешающей способности по дальности для сигнала в виде импульса гауссовой формы с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией равна

(58)

где – девиация частоты, – коэффициент сжатия по длительности.

Индикаторная разрешающая способность по дальности δ (D)_инд зависит от размера электронного пятна на индикаторе. Чем меньше размер электронного пятна, тем лучше разрешающая способность. Для индикатора кругового обзора индикаторная разрешающая способность определяется следующим образом:

, (59)

где ; d_п – диаметр рисующего пятна; d_экр –диаметр экрана; D_мах – максимальная дальность действия РЛС.

Диаметр рисующего пятна в свою очередь может быть найден как , где Q – качество фокусировки электронно-лучевой трубки.

Таким образом, реальная разрешающая способность по дальности определяется следующим образом:

. (60)

 

Разрешающая способность по угловым координатам (азимуту и углу места) – это минимальный угол между двумя целями, находящимися на одной дальности относительно РЛС, при которой еще возможно их раздельное наблюдение.

Аналогично разрешающей способности по дальности, разрешающая способность по угловым координатам складывается из двух составляющих: а) δ (a)_пот, δ (b)_пот – потенциальной разрешающей способности по азимуту и углу места соответственно и б) δ (a)_инд, δ (b)_инд – индикаторной разрешающей способности по азимуту и углу места соответственно.

Потенциальная разрешающая способность по угловым координатам для обзорной РЛС при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой равна

δ (a)_пот=1, 3Q_{0, 5} , (61)

а при прямоугольной аппроксимации

δ (a)_пот=Q_{0, 5}, (62)

где θ _{0, 5} – ширина диаграммы направленности антенны в плоскости разрешения на уровне 0, 5.

Индикаторная разрешающая способность по угловым координатам δ (a)_инд, δ (b)_инд зависит от дальности цели от начала развертки.

, [град] (63)

где D_шк – отображаемая дальность шкалы индикатора; D_ц – дальность до цели; D_з – расстояние, соответствующее задержке начала развертки индикатора по дальности. Для уменьшения индикаторной составляющей разрешающей способности может применяться так называемый открытый центр развертки индикатора (D_з< 0). В некоторый случаях, например, при нахождении цели на значительной дальности, используется закрытый центр развертки(D_з> 0), ухудшающий разрешающую способность (см. рис. 13).

t

Dз> 0

Dз< 0

t

t

 

Рис. 13. Формирование открытого и закрытого центров развертки

 

Таким образом, реальная разрешающая способность по угловым координатам определяется следующим образом:

. (64)

Разрешающая способность по скорости – минимальное различие в скоростях двух целей, находящихся на одной дальности и угловых координатах относительно РЛС, при котором еще возможно раздельное наблюдение этих целей.

Разрешающая способность по скорости зависит от ширины спектра сигнала. Чем уже спектр зондирующего сигнала, тем выше разрешающая способность по скорости. В свою очередь ширина спектра сигнала зависит от его длительности.

Если для измерения скорости используется одиночный импульсный сигнал, то потенциальная разрешающая способность по скорости определяется следующим образом:

для сигнала прямоугольной формы

, (65)

для сигнала в виде импульса гауссовой формы

. (66)

Для сигнала в виде пачки из N_C когерентных импульсов разрешающая способность по дальности определяется по формулам для одиночного импульса, а разрешающая способность по скорости

, (67)

где N_C – количество импульсов в пачке, Т_п – период повторения зондирующих импульсов.

Потенциальную разрешающую способность ухудшают выходные устройства, в качестве которых часто используется либо линейка фильтров Допплера, либо следящий фильтр. В обоих случаях разрешающая способность δ (v_р)_дф, определяемая выходным устройством, определяется шириной полосы пропускания фильтров.

Таким образом, реальная разрешающая способность по скорости определяется следующим образом:

. (68)

 

Задачи

4.1. Необходимо обеспечить потенциальную разрешающую способность РЛС по дальности не хуже 60 м. Какова должна быть длительность немодулированного зондирующего импульса с прямоугольной и гауссовой огибающей?

4.2. РЛС излучает зондирующие импульсы длительностью 3 мкс. Для обнаружения целей используется индикатор кругового обзора с рабочим диаметром экрана 150 мм. Диаметр электронного пятна на ИКО составляет 0, 4 мм. Можно ли раздельно наблюдать отметки от двух целей, летящих одна за другой в направлении РЛС на расстоянии 600 м друг от друга, если наблюдение ведется на шкалах 15 км и 150 км?

4.3. РЛС с индикатором кругового обзора имеет следующие характеристики: длительность зондирующих импульсов 1 мкс, диаметр пятна на ИКО 0, 5 мм, диаметр экрана ИКО 200 мм. Определить пределы шкалы дальности для обеспечения разрешения целей, летящих в направлении РЛС на расстоянии 400 м.

4.4. Определить разрешающую способность РЛС по дальности, если известно, что передатчик генерирует радиоимпульсы прямоугольной формы, средняя мощность, потребляемая передатчиком от источника питания, составляет 100 Вт. Мощность радиоимпульса 1000 кВт, средний КПД при преобразовании энергии источника питания в энергию высокочастотных колебаний 0, 52. В РЛС применен индикатор кругового обзора с диаметром экрана 300 мм, диаметром электронного пятна 0, 5 мм. Максимальная дальность обнаружения целей составляет 400 км.

4.5. Проектируемая радиолокационная станция должна иметь минимальную дальность действия 160 м и разрешающую способность по дальности не хуже 140 м. Определить необходимую длительность импульса, если время восстановления разрядника, применяемого в качестве антенного переключателя, равно 0, 2 мкс.

4.6. Определить возможно наиболее высокую разрешающую способность РЛС по дальности, если длительность прямоугольных импульсов составляет 2 мкс, диаметр экрана индикатора кругового обзора 300 мм, диаметр электронного пятна 0, 5 мм. В станции применяется ИКО со шкалами 30, 150 и 300 км.

4.7. Определить разрешающую способность радиолокационной станции по дальности, если уровень средней мощности передатчика по отношению к одному мВт составляет 50 дБ, мощность в импульсе 80 кВт, частота повторения зондирующих импульсов 1200 Гц.

4.8. Требуется обеспечить потенциальную разрешающую способность по дальности не хуже 5 м, причем с точки зрения нужной дальности обнаружения длительность сигналов должна быть не менее 10 мкс. Удовлетворяются ли одновременно этим требованиям при применении немодулированных импульсов? Если нет, то сигнал какого вида следует выбрать для удовлетворения этих требований?

4.9. Будут ли две цели наблюдаться на индикаторе кругового обзора раздельно, если они находятся под углом 4, 5° по азимуту относительно друг друга на дальности 50 км. Ширина ДНА РЛС составляет 3°. Дальность, определяемая на индикаторе кругового обзора, составляет 200 км. Какую задержку запуска развертки по дальности необходимо ввести, чтобы обеспечивалось разрешение цели по азимуту.

4.10. На поверхности реки для имитации наличия моста расположили уголковые отражатели с расстоянием между ними 500 м. Разведывательный самолет пролетел сначала под углом 30° по азимуту по отношению к реке, затем поперек нее. Будет ли введен в заблуждение оператор РЛС самолета, если РЛС излучает зондирующие импульсы длительностью 2 мкс? Характеристики ИКО: диаметр экрана индикатора кругового обзора 120 мм, диаметр электронного пятна 0, 3 мм. В станции применяется ИКО со шкалой 100 км.

4.11. С помощью когерентно-импульсной радиолокационной станции, работающей на частоте 300 МГц, ведется наблюдение за самолетом, летящим в облаке дипольных отражателей с радиальной скоростью 1100 км/ч. Определить разницу в допплеровских частотах отраженных сигналов, если отражатели сносятся ветром от станции со скоростью 50 км/ч.

4.12. В устройстве инструментального съема данных РЛС кругового обзора используются эталонные импульсы для счета азимута цели с периодом повторения 0, 1 с. Какова реальная разрешающая способность РЛС по азимуту, если время обзора равно 10 с, а ширина диаграммы направленности 2°?

4.13. Автоматический измеритель азимута цели (см. рис. 14) использует опорную частоту 100 Гц и критерий наличия пачки «3 из 3». Определить составляющую ошибки измерения азимута цели, вызванную применением критерия «3 из 3», если время обзора равно 5 с. Определить разрядность счетчика измерителя азимута.

a°

Fтакт/2

Fтакт

aц

aк

aн

Вход счетчика

2Da

Выход анализатора

Uпор

ДУП

a°

a°

a°

a°

Импульс сброса

Импульс начала

Вход ПУ

Выход ПУ

Строб П

сброс

Строб П

СТ Q0 . . QN     R

Uпор

ПРМ

ПУ

Анализатор «3 из 3»

ДУП

Код азимута

RG     WR

Т     R

&   &

Рис. 14. Функциональная схема автоматического измерителя азимута

и временные диаграммы, поясняющие его работу

 

4.14. Требуется осуществить совместное потенциальное разрешение по дальности 15 м и по скорости 10 м/с. Необходимо выбрать вид сигнала. РЛС работает на длине волны 10 см и имеет частоту повторения зондирующих импульсов 400 Гц.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: