Міністерство освіти України
Національний Технічний Університет України ”КПІ”
Військовий інститут
Реферат з курсу ”Основи побудови ЗРК”
Тема: Види радіосигналів, що використовуються в радіолокаціїї. Особливості використання імпульсних сигналів з внутрішньою лінійною модуляцією.
Виконав:
Київ-99
Зміст
Вступ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .3.
Основні характеристики РЛС.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4
Поняття про ЛЧМ.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 6
Висновок.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 8
Література.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .9
Вступ
Радіолокацією називається виявлення об’єктів (цілей) і визначення їх координат у просторі та параметрів руху за допомогою радіотехнічних засобів та методів. Цей процес називається радіолокаційним спостереження, а устаткування такого призначення — радіолокаційними станціями (РЛС) або радіолокаторами.
Структурна схема імпульсної РЛС
Розглянемо коротко процес радіолокаційного спостереження: збір інформації про об’єкт виконується шляхом його опромінення та прийому відбитих від нього сигналів. Високочастотні коливання, що виробляються передавачем модулюються за амплідудою, частотою або фазою. Потім за допомогою антенни випромінюються в простір, утворюючи, таким чином, зондуюче випромінення. Найширшого застосування набув зондуюючий сигнал у вигляді послідовності рівновіддалений в часі коротких імпульсів. Крім простих гладких радіоімпульсів також викостовуються частотна модуляція та фазова маніпуляція всередині імпульсу. Іншим видом зондуючого сигналу є неперервний сигнал. Тут окрім простих гармонічних коливань використовуються частотно-модульовані тощо.
Але коливання, що випромінюються не несуть ніякої інформації, тому вважати їх радіолокаційними сигналами неможна. По досягненні об’єкту хвилі, збуджуючи в об’єкті вимушені коливання, відбиваються від нього, утворюючи, в свою чергу, вторинне випромінення. Саме воно й є носієм інформації. Частина відбитою енергїї потрапляє до антенного пристрою РЛС, підсилюється в приймачі та фіксується в вихідному пристрої. Поява сигналів на виході РЛС каже про наявність об’єкту в просторі.
Основні характеристики РЛС
Розглянемо такі важливі характеристики РЛС як роздільну здатність та максимальну дальність спостереження.
Перше — роздільна здатність — характеристика РЛС, що визначає можливість окремого спостереження цілей, що мають малі відмінності в дальності, кутових координатах, швидкості. Вона має особливу вагу для сучасної радіолокації з-за числених близько розташованих цілей, які мало відрізняються по своїй швидкості.
Наприклад, роздільна здатність РЛС по дальності чисельно характеризується мінімальною відстанню між двома цілями, що мають однакові кутові координати (тобто розташовані в радіальному відносно РЛС напрямі).
Нехай і — тривалість імпульсу, tз — час затримки між сигналами, що прийшли від двох різних цілей. Тоді дві цілі вважаються окремими, якщо і≤tз. Оскільки tз=2*(D2-D1)/c, то ми отримуємо, що роздільна здатність по дальності, яку прийнято в цьому випадку називати ідеальною, дорівнює
Dид=c*і /2
Ідеальна роздільна здатність є фактично потенційною Dпот , тобто гранично досяжною. Тому в загальному випадку
DпотDид=c*і /2
Отже задля підвищення роздільниою здатності з’язано з необхідністю скорочення тривалості імпульсів. Це можна трактувати як розширення спектру сигналу.
Іншою важливою характеристикою РЛС є максимальна дальність її дії.
Виходячи з рівнянянь радіозв’язку та радіолокації в вільному просторі (тобто без урахування впливу землі та поглинання в атмосфері) можна отримати якісну залежність максимальної дальності дії РЛС від тривалості імпульсу.
Рпр=Рп*G*A/4**D2
Це рівняння зв’язує потужність в районі цілі з потужністю передавача та відстанню до цілі.
Рпр=Рп*ц*A2/4*2*D4
Це ж рівняння зв’язує потужність відбитого від цілі випромінення і прийнятого РЛС з потужністю передавача та відстанню до цілі.
Якщо на вході приймача існує пороговий (нацменший з тих, що розрізняються) Рпр мін, то отримаємо для дальності дії в вільному просторі.
D0 ~ (Рп/ Рпр мін)1/4
Звідки можна отримати
D0 ~ (Рпі)1/4
Поняття про ЛЧМ
Отже дальність дії РЛС, як і інших радіоприладів, за деяких умов, які в РЛС можна вважати виконаними, залежить від тривалості імпульсу незалежно від його форми. Враховуючи, що граничні плтужності приладів обмежені, збільшення дальності неминуче зв’язано зв’язано з збільшенням тривалості імпульсів, тобто зі зниженням потенційної роздільої здатності по дальності (Dпотc*і /2). Тому вимоги великої дальності та високої роздільної здатності призводять до протиріччя.
Прості радіоімпульси не дозволяють сумістити велику дальність дії РЛС з високою роздільною здатністю, оскільки перше потребує великих, а друге малих за тривалістю імпульсів. Протиріччя вирішується використанням складних радіоімпульсів — зондуючих імпульсів великої тривалості і з внутрішньою частотною або фазовою модуляцією.
Внутрішня імпульсна модуляція розширює спектр випромінення від fсп =1/і до f’сп =fmax-fmin., а фільтр приймача руйнує модуляцію всередині імпульсів, зберігаючи ширину спектра, зменшуючи довжину імпульсів від і до 1/f’сп .
Довжина зондуючих імпульсів і вибирається достатньо великою, щоб енергія випромінення забезпечила задану дальність РЛС, а модуляція всередині імпульсів розширила спектр настільки, щоб стиснуті імпульси задовольнили вимогам по роздільній здатності та точності вимірювань дальності.
Тоді якщо на вхід фільтра подаються два імпульсних сигнала зі зсувом в часі, які менше тривалості і одного імпульса. Якщо б імпульси не містили внутрішньої модуляції, то їх неможливо було б розрізнити. В цьому ж разі, коли існує внутрішня модуляція, виконується незалежний стиск, з-за чого вони чітко розрізняються в вихідній напрузі.
Спрощена функціональна схема РЛС, яка випромінює ЛЧМ сигнали
Розглянемо докладніше процесс стиску ЛЧМ сигнала. Якщо такий імпульс проходить через фільтр, у якого залежність часу групового запізнення такий, що фільтр прискорює складові з більш низькими частотами біля заднього фронта імпульса та вповільнює складові з більш високими частотами біля переднього. Тому спостерігається ефект стиску, тобто тривалість імпульсу зменшується. Ступінь стиску визначається величиною девіації частоти f’сп . Тривалість стиснутого імпульсі приблизно дорівнює 1/f’сп
Зміна часу групового запізнення фільтра при зміні частоти називається дисперсією , а відповідні фільтри — дисперсіонними. Їх фазова характеристика є квадратичною функцією частоти, тому час запізнення, який є похідною фазової характеристики, виявляється лінійною функцією.
Дисперсіонна лінія затримки являє собою ультразвуковий волновод у вигляді плоскої тонкої алюмінієвої або стальної пластини з п’єзоперетворювачем на кінцях.
Висновок
Використання ЛЧМ дозволяє уникнути проблем з забезпеченням високої роздільності та великої дальності дії РЛС, забезпечуючи більш точні результати радіолокації. Можна додати, що в принципі досягнені коефіцієнти стиску порядку декількох тисяч та навіть 105 хоча поки що в РЛС використовуються набагато менші коефіцієнти стиску.
Література
Г.Б. Белоцерковский ”Основы радиолокации и радиолокационные устройства”
Г.Б. Белоцерковский ”Радиолокационные устройства ”
М.И Финкельштейн ”Основы радиолокации ”