Применение магнетронных генераторов большей мощности в радиолокационных системах (стр. 8 из 19)

В реальной РЛС луч антенны имеет конечную ширину в горизонтальной q_в и вертикальной .в плоскостях, а зондирующий сигнал - импульс с длительностью и. Поэтому в каждый момент времени на вход приёмника РЛС одновременно будут поступать сигналы, отражённые от совокупности отражателей, лежащих в пределах участка местности S_i (рис. 2.5-2.6). Протяжённость участка S_i в направлении от самолёта определяется разрешающей способностью РЛС по дальности и углом наклона g_i, а в поперечном направлении - шириной диаграммы q_r и произвольно выбранным расстоянием R_i.

Площадь участка S_i будет приближённо равна

. (2.3)

Участок S_i для двух положений диаграммы направленности антенны РЛС по азимуту, спроектированный на сетку изодопплеровских частот, показан на рис.2.5 и на рис.2.6 в трёхмерной системе координат.

Как следует из рис.2.5, если ось луча смещена относительно линии пути на угол y, то частоты колебаний, отражённых от всех точек площадки S_i, различны. Наибольшее различие соответствует точкам А₁ и В₂.

Рисунок 2.6 – Участки местности S_i, сигналы от которых принимаются РЛС

Максимальная доплеровская частота в пределах участка S_i будет получена от точечного отражателя в точке А₁, а минимальная - от отражателя в точке В₂ (рис.2.5 –2.6).

Для равноудаленных от РЛС точек в пределах участка S_i наибольшее отличие в радиальных скоростях и, следовательно, в доплеровских частотах F_д соответствует точкам А₁ и В₁

,

, (2.4)

где q_r - ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Сигналы, отражённые от разных точек S_i , суммируются на входе приёмника и на выходе амплитудного детектора образуют разностные частоты, которые называются вторичными доплеровскими частотами (биениями).

Для пояснения возникновения вторичных доплеровских частот рассмотрим суммарный сигнал

, образованный сигналами U_А1(t) и U_В1(t), отражёнными только от точек А₁ и В₁ площадки S_i. При этом будем считать, что РЛС работает в непрерывном режиме, излучая немодулированное синусоидальное колебание частоты f₀ , а отражённые сигналы от точек А₁ и В₁ имеют одинаковые амплитуды Z_А1 =Z_В1=Z

(2.5)

где j₁ и j₂ - набег фазы, возникающий при отражении зондирующего сигнала от точек А₁ и В₁. Как следует из выражения (2.5) суммарный сигнал

является амплитудно-модулированным. Функция

определяет закон амплитудной модуляции, а F_ДА1 и F_ДВ1 – частоту амплитудной модуляции.

Таким образом, на выходе амплитудного детектора приёмника РЛС будет иметь место амплитудно-модулированное колебание. Огибающая амплитудно-модулированного суммарного сигнала

на выходе УПЧ и соответствующее этому сигналу напряжение на выходе амплитудного детектора представлены пунктиром на рис.2.7 для двух значений отклонения диаграммы направленности антенны от линии пути и .

В реальных условиях на вход приёмника РЛС одновременно поступают сигналы, отражённые от множества точек участка S_i.

Доплеровские частоты этих сигналов различны и меняются, в зависимости от расположения отражающей точки площадки S_i , в пределах от F_ДА1 до F_ДВ1.

Рисунок 2.7 – Биение амплитуды сигнала, принимаемого от участка S_i, на выходе УПЧ (а) и амплитудного детектора (б) при непрерывном (обозначено пунктиром) и импульсном сигнале, вызванные вторичным эффектом Доплера.

Поэтому, в результате сложения принимаемых сигналов в приёмном тракте РЛС амплитуда результирующего колебания меняется не по косинусоиде, как в рассмотренном выше примере и показано на рис. 2.8, а более сложным образом. Спектр изменения амплитуды результирующего сигнала называется спектром вторичных доплеровских частот. Для равноудалённых от РЛС точек площадки S_i ширина спектра доплеровских частот будет

, (2.6)

где

- радиальная скорость движения самолёта относительно точки земной поверхности, находящейся на линии пути под углом (рис. 2.6).

Зависимость ширины спектра вторичных доплеровских частот от направления луча диаграммы направленности y для равноудалённых от РЛС точек характеризуется полярной диаграммой, показанной на рис. 8. В ней направление радиуса вектора соответствует углу поворота диаграммы направленности в горизонтальной плоскости y, а длина (в пределах сплошных касающихся окружностей) - ширина спектра вторичных доплеровских частот.

Рисунок 2.8 – Полярная диаграмма ширины спектра вторичных доплеровских частот в горизонтальной плоскости

Значение ширины спектра DF_Д2 достигает минимума при установке антенны в положение, при котором проекция направления максимума диаграммы направленности на земную поверхность совпадает с направлением линии пути самолёта.

При этом частоты колебаний, отражённых от точек А и В, равны между собой и наибольшая частота биений образуется при отражении от точек С и В (или А) (рис. 2.5).

. (2.7)

Эта величина достаточно мала (например, при W = 720 км/ч, g = 78°, l = 5 см,

=5° получим F_Д2О » 4 Гц, т.е. практически нулевые биения.

Для зондирующего сигнала в виде некогерентных импульсов следует иметь в виду, что отражённые импульсы от равноудалённых целей имеют одинаковую (хотя и случайную) начальную фазу. Поэтому; при достаточно высокой частоте повторения изменение амплитуды импульсов на входе приёмника за счёт биений будет происходить также, как для амплитуды непрерывных колебаний.

Для выделения вторичных доплеровских биений в некогерентных РЛС достаточно воспользоваться обычным амплитудным детектором, в то время как в когерентных РЛС для определения требуется специальное опорное (когерентное) напряжение и фазовый детектор. За счёт вторичного эффекта Доплера амплитуда результирующего сигнала от площадки S_iизменяется от одного периода повторения импульсов к другому с частотой F_Д2.

На рис. 2.8 показаны изменения амплитуды некогерентных импульсов на входе приёмника (а) и на выходе амплитудного детектора (б) за счёт вторичных доплеровских биений, принимаемых только от участка S_i. При развороте антенны на угол относительно линии пути частота биений будет достаточно высока, что приводит к быстрому "мерцанию" яркости (амплитуды) отметки цели (рис. 2.8,а). При y = 0 частота биений минимальна (рис.2.7). Минимальную частоту биений можно зафиксировать на индикаторе кругового обзора, если выключена азимутальная развёртка, а угловое положение линии развёртки дальности с яркостной модуляцией отметок целей медленно изменяется лётчиком за счёт ручной регулировки азимутального положения антенны. При совпадении проекции оси косекансной диаграммы направленности с линией пути самолёта частота "мерцания" яркостных отметок всех целей на развёртке дальности будет минимальной и близкой к нулю. Угол смещения развёртки дальности относительно нуля азимутальной шкалы индикатора будет соответствовать углу сноса b самолёта (рис.2.7). При измерении угла сноса самолёта управление движением антенны по азимуту производится вручную путём периодического подключения обмотки управления азимутального электродвигателя к пониженному переменному напряжению той или иной фазы, определяющей направление движения. Это выполняется с помощью клавиш, размещённых на лицевой панели основного индикатора слева от экрана. Так как питание двигателя осуществляется при этом пониженным напряжением, то скорость азимутального движения рефлектора при измерении угла сноса меньше, чем при других режимах. Для удобства управления антенной и получения требуемой точности её установки в РЛС предусмотрена возможность плавного изменения скорости с помощью специального регулятора, совмещённого с регулятором "Контраст".