Материал: РНП Конспект Демиденко 2010

11

площадки Sp (или разрешающего объема Vp), то цель считается точечной.

Реальная разрешающая способность современных НРЛС по дальности на шкалах 1-2 мили – не хуже 15-25 м, а по направлению – 0,8о- 1,5о.

Точность измерения расстояния до цели определяется среднеквадратичной погрешностью (СКП) - δ. Зависит, в основном, от длительности зондирующего импульса и уровня шума приемника.

цели к энергии шума приемника на его выходе – для сигналов гауссовой формы).

К внешним факторам, определяющим СКП, относятся:

δp - СКП распространения радиоволн, связанная с условиями их распространения;

δo - СКП, обусловленная флюктуацией кажущегося центра отражения.

Таким образом, суммарная СКП измерения расстояния будет определяться

уравнением:

Обычно максимальная δ на шкалах 1-2 мили в современных НРЛС составляет

около 40-50 м, а на остальных шкалах – около 1% установленной шкалы дальности. Точность измерения направления φ также зависит от внутренних и внешних

факторов.

Внутренняя (потенциальная) погрешность φп зависит от ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости и от соотношения сигнал/шум на выходе приемника, то есть

К внутренним погрешностям относятся также и инструментальные

погрешности НРЛС, возникающие при отсчете оператором азимута объекта на ЭЛТ индикатора и передаче данных вращения антенны в ИКО.

Внешняя погрешность. В современных НРЛС отраженные импульсы представляют собой пачку импульсов (см.рис.1.19), следующих с интервалом, равным периоду повторения зондирующих импульсов - Тп.

Отраженный импульс, который должен

где Ω- угловая скорость вращения антенны [град/с]. Практически точность измерения направления равна

Надежность работы НРЛС – свойство НРЛС сохранять свои ЭТД в заданных (требуемых) пределах в течение определенного промежутка времени.

Количественно надежность работы НРЛС оценивается вероятностью безотказной работы в течение установленного времени или же числом часов

наработки на отказ.

Лекция №4

1.3.2. Основные технические параметры

Технические характеристики обеспечивают выполнение эксплуатационных параметров.

Косновным из них относятся:

λ- длина волны ( обычно характеризуется в см);

ƒ – частота заполнения зондирующего импульса (СВЧ колебания – чаще всего выражается в МГц); τзи – длительность зондирующего импульса;

Fп – частота следования зондирующих импульсов;

Тп – период повторения (следования) зондирующих импульсов;

Ри – импульсная мощность передатчика;

Рпр.min – чувствительность приемника;

α, θ - направленность антенны соответственно горизонтальной и вертикальной

плоскости (обычно измеряется в градусах);

Ω - скорость вращения антенны ;

тип оконечного, воспроизводящего, устройства (индикатора);

тип источника питания и потребляемая мощность.

Длина волны λ выбирается из соображений, чтобы НРЛС могла обеспечить:

-обнаружение как больших, так и малых надводных и наземных объектов в

заданном радиусе действия НРЛС;

-работу НРЛС импульсами малой длительности;

-высокую направленность антенны в горизонтальной плоскости.

Эффективное отражение падающей энергии от объектов возможно только тогда, когда размеры объектов и радиусы кривизны отдельных его участков

значительно больше длины волны передатчика НРЛС. В этом случае интенсивность отражения достигает заметной величины и определяется, главным образом, отражающими свойствами и размерами облучаемого объекта.

Исходя из размеров надводных объектов (буев, вех, шлюпок и др. объектов), для успешного их обнаружения используется коротковолновый участок УКВ диапазона (то есть СВЧ колебания – сантиметровый диапазон).

Для получения СВЧ радиоимпульса, с огибающей близкой к прямоугольной форме, каждый радиоимпульс должен содержать не менее n периодов колебаний

(обычно несколько сотен).

колебаний.

С другой стороны, направленные свойства антенны в горизонтальной плоскости связаны с длиной волны и линейными размерами антенны приближенной

зависимостью α ≈ 60 dλ , (19)

где d - линейный размер антенны.

Например, при α=1°, d=300см, λ=5 см. Из уравнений (18), (19) видно, что для того, чтобы НРЛС обладала высокой разрешающей способностью по дистанции и по

углу, необходимо стремиться к уменьшению длины волны.

Однако существуют определенные ограничения минимальной длины волны, так как ее уменьшение приводит к уменьшению дальности действия НРЛС

вследствие затухания СВЧ колебаний в атмосфере.

В настоящее время в морских НРЛС применяются две длины волны: λ1 = 3,2 см (X – диапазон) и λ2 = 9,8 см (S – диапазон).

Частота следования импульсов Fп выбирается из условия однозначного

определения дальности до цели и эффективного обнаружения объектов при

круговом обзоре.

Для однозначного определения дальности до объекта необходимо выполнять такие условия:

1. Период следования СВЧ радиоимпульсов Тп должен быть больше суммы tпр.хода+tобр.хода пилообразного напряжения развертки, вырабатываемого генератором пилообразного напряжения , то есть:

В свою очередь, длительность прямого хода развертки tпр.хода=2Dmax/c, где Dmax - максимальная дальность действия НРЛС по шкале индикатора, а время обратного

Уравнение (21) связывает Dmax и минимальную частоту повторения Fn.

Реально, в НРЛС Fn выбирается в 8…10 раз меньше расчетной величины.

2. Частота следования (повторения) импульсов также выбирается исходя из таких требований: при заданной скорости обзора окружающего пространства нужно

обеспечить облучение точечного объекта определенным, минимальным количеством Nmin зондирующих импульсов, чтобы получить пачку отраженных СВЧ

импульсов в количестве, достаточном для обнаружения объектов с заданной

вероятностью.

Время облучения точечной цели tобл. связано с α и угловой скоростью вращения

антенны Ω зависимостью tобл=α/Ω. Следовательно – минимальное количество

зондирующих импульсов, облучающих цель за один оборот антенны, будет равно:

Nmin=tобл/Tn=α/(Ω Tn)= (α F)/Ω.

В современных НРЛС Fп на малых шкалах порядка 3000 имп/с, а на больших –

500 имп/с.

14

Мощность передатчика Р оказывает влияние на дальность действия НРЛС.

Различают импульсную Ри и среднюю Рср мощность передатчика.

Импульсная мощность – это мощность за время длительности зондирующего

импульса.

Средняя мощность – это средняя мощность за период следования импульсов.

Для импульсов, близких к прямоугольной форме, (к ним можно отнести и

зондирующие импульсы передатчика НРЛС) импульсная и средняя мощность связаны между собой соотношением:

ВНРЛС средняя мощность Рср измеряется единицами ватт, а импульсная

мощность Ри - киловаттами (от 6 до 50 кВт).

Чувствительность приемника – является одним из важных факторов, определяющих дальность радиолокационного обнаружения и качество

воспроизводимых сигналов НРЛС.

Чувствительность ( – способность радиолокационного приемника выделять

полезные сигналы с заданной вероятностью на фоне (при наличии) помех.

Всантиметровом и миллиметровом диапазоне волн шумы создают, в основном,

антенна и сам приемник.

Основным фактором, определяющим чувствительность приемника, является уровень шумов приемника. Суммарный уровень шумов определяется их мощностью:

импульсов длительностью τзи. Определяется уравнением f = 1/τзи.

Nш - коэффициент шума, показывает, во сколько раз реальный приемник шумит больше, чем идеальный (не шумящий). Обычно

Nш ≈ 30L100 .

m - коэффициент различимости показывает необходимый для реальной работы минимум отношения для нормальной мощности сигнала Рс к мощности помех Рп на

( определяется, как правило, относительно опорной мощности, равной 1Вт). Антенна – характеризуется шириной диаграммы направленности в

горизонтальной и вертикальной плоскости, степенью подавления боковых лепестков, коэффициентом направленности, поляризацией излучаемой (принимаемой)

электромагнитной волны, угловой скоростью вращения Ω.

см диапазона - около 2,3о), а в вертикальной плоскости θ (рис.1.22,б) для обоих

γ= −(20K30)дБ, то есть мощность боковых лепестков должна быть в 100…1000 раз меньше основной мощности.

а)

б)

Рис.1.22. Диаграмма направленности антенны НРЛС: а) – в горизонтальной плоскости; б) – в вертикальной плоскости

Коэффициент направленности антенны – это число, которое показывает, во сколько раз созданная в заданном направлении мощность поля больше той, которая была бы при равномерном сферическом распределении.

горизонтальная поляризация.

Наибольшее распространение в НРЛС получили антенны с горизонтальной поляризацией.

Как правило, из-за свойств отражающей поверхности, поляризация

отраженной волны не соответствует поляризации падающей волны и изменяется по

случайному закону.

Угловая скорость вращения антенны Ω обычно составляет (16…24) об/мин, а

для быстроходных судов – (30…48) об/мин.

Лекция №5

2. Отражающие свойства объектов

Если облучаемый объект по своим электрическим параметрам (например, проводимости, диэлектрической постоянной) существенно отличается от этих же

параметров среды распространения радиоволн, то в нем возникают токи СВЧ, создающие вторичное (переизлучаемое) поле. Часть этой энергии снова попадает в антенну НРЛС.