Диффузное или рассеянное отражение

Если отражающая поверхность имеет многогранное строение, то радиоволны отражаются диффузно, так как на различные малые грани предмета волны падают под различными углами и, следовательно, отраженные волны распространяются по всем направлениям, т.е. рассеиваются (рис. 1,2 б, слайд 5; 7).

Диффузное отражение происходит и в том случае, если размеры отражающей поверхности соизмеримы с длиной падающей волны

(l_отр.об. » l_РЛС).

В этом случае отражающий объект является вторичным ненаправленным излучателем.

Радиолокационные цели обладают неровной поверхностью, состоящей из множества граней, поэтому волны от них отражаются преимущественно диффузно (рис. 1.3; слайд 6; 8).

Вследствие рассеяния энергии в пространстве к приемному устройству возвращается очень малая часть излучаемой энергии, называемой отраженным сигналом или эхо-сигналом.

Радиолокационная цель характеризуется эффективной отражающей поверхностью s_ц. Под эффективной отражающей поверхностью цели понимается эквивалентная металлическая поверхность, расположенная перпендикулярно источнику облучения и создающая в точке приема такой же поток энергии, что и поверхность цели.

Дифракция

Если размеры отражающего объекта значительно меньше длины волны

l_отр.об. < < l_РЛС,

то наблюдается явление дифракции, т.е. электромагнитные волны огибают объект (рис. 1.4, слайд 9) и отражения не возникает.

Из сказанного следует, что отраженный радиосигнал является основой радиолокационного обнаружения объекта и определения его координат.

В радиолокации можно использовать волны метрового диапазона и короче, так как радиолокационные цели (самолеты, корабли, танки) имеют сравнительно небольшие размеры.

От радиолокационных целей преимущественно происходит диффузное отражение.

Второй принцип радиолокации

Второй принцип радиолокации заключается в том, что электромагнитные волны можно сфокусировать антеннами РЛС в узкие направленные лучи. Фокусировку электромагнитной энергии можно пояснить аналогом из световых волн; если взять электрическую лампочку и подключить ее к батарее карманного фонаря, то лампочка будет освещать небольшую поверхность сферы.

Если же лампочку поместить в рефлектор карманного фонаря, то будет освещена поверхность только в каком-то телесном угле, но при этом расстояние освещенной поверхности от лампочки увеличится. Если антенна РЛС излучает и принимает электромагнитную энергию в определенном небольшом телесном угле и при этом наблюдается отраженный сигнал, значить цель находится в том же телесном углу.

Таким образом, направив ось антенны на цель, можно по положению оси определить угловые координаты цели: азимут b и угол места e. На рис. 1.5 (слайд 7; 10) показаны диаграммы направленности антенн дальномера и радиовысотомера в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

У дальномеров диаграмма направленности должна быть широкой в вертикальной плоскости и узкой в горизонтальной, у радиовысотомера – узкая в обеих плоскостях.

Таким образом, направленное излучение и прямолинейность распространения радиоволн дают возможность определять угловые координаты цели: азимут и угол места (рис. 1.6., слайд 8; 11).

 

Третий принцип радиолокации

Поскольку электромагнитные волны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью (с = 3.10⁸ м/с ), то для определения дальности цели достаточно измерить время, за которое радиоволна распространяется до цели и обратно. Этот интервал времени называется «временем запаздывания отраженного сигнала» и обозначается через t_з.

Так как за время t_з волна проходит расстояние, равное удвоенной дальности, то

2Д = с. t_з или

где Д - расстояние от РЛС до цели (дальность цели);

с = 3.10⁸ м/с – скорость распространения электромагнитной энергии;

t_з -время запаздывания отраженного сигнала.

Например, при запаздывании отраженного импульса относительно излученного на 1 мкс расстояние до отраженного объекта будет:

Другой пример. Д = 150 км, найти t_з.

 

Для измерения таких малых промежутков времени используются электронно-лучевые трубки (рис. 1.7, слайд 9; 12).

В 1907 году русский ученый, профессор Розинг Б.Д. впервые в мире создал электронно-лучевую трубку (ЭЛТ); в тот же период другой русский ученый Мандельштам Л.И. впервые примени ее для измерения малых отрезков времени.

В импульсной РЛС принцип определения дальности с помощью электронно-лучевой трубки заключается в следующем. В момент посылки зондирующего сигнала электронный луч начинает перемещаться по экрану трубки с постоянной скоростью, определяемой масштабом дальности. Процесс перемещения луча по экрану ЭЛТ называется разверткой.

Когда эхо-сигнал возвратится к РЛС, на экране появится отметка от цели (всплеск на индикаторе дальности) или светящаяся точка на экране ИКО. Время движения луча до отметки цели – это время задержки, а путь, пройденный лучом на экране в соответствующем масштабе, отображает дальность до цели.

Проградуировав шкалу индикатора в масштабе дальности, можно определить дальность до цели.

Таким образом, развертка индикатора является электронным секундомером для замера времени задержки (дальности до цели),

Для преподавателя. В заключении путем контрольного опроса студентов выяснить функционально-необходимые системы РЛС, используя изученные принципы радиолокации.

В Ы В О Д

 

Для реализации принципов радиолокации в состав РЛС должны входить:

- источник первичного излучения (радиолокационный передатчик):

- устройство фокусировки излучения и приема электромагнитной энергии (антенное устройство):

- устройство приема и преобразования эхо-сигналов (радиолокационный приемник):

- устройство отображения и замера времени задержки эхо-сигналов (индикатор):

- устройство одновременного запуска передатчика и индикатора (синхронизатор).

 

Четвертый учебный вопрос

Виды радиолокации

По особенностям использования радиоволн радиолокация подразделяется на:

- активную;

- активную с активным ответом;

- полуактивную;

- пассивную.

 

Активная радиолокация (рис. 1.8, слайд 10; 13) осуществляется путем облучения цели радиоволнами и приема отраженной от нее энергии. Она основывается на основных трех принципах радиолокации.

Передающее устройство РЛС формирует зондирующий сигнал, антенна преобразует его в энергию электромагнитных волн (радиоволны) и излучает в виде узкого луча в пространство.

На основании первого принципа радиолокации радиоволны отражаются от цели. Эхо-сигнал принимается антенной радиолокационного приемника, усиливается, преобразуется приемником и выдается на индикатор РЛС. В индикаторе РЛС фиксируется наличие цели и определяется ее координаты.

 

Активная радиолокация с активным ответом (рис. 1.9, слайд 10; 14) от предыдущей отличается тем, что на объекте (самолете, ракете) устанавливается ответчик, представляющий собой переизлучатель (приемо-передающее устройство), запускаемый сигналами радиолокатора.

Следует отметить, что активную радиолокацию с активным ответом можно использовать только на своих объектах (самолетах, ракетах). Эта система используется для наведения самолетов и ракет.

Система наведения работает по следующему принципу: на радиолокационный вопрос РЛС «Где ты?» следует радиолокационный ответ «Я здесь». Ответ в виде отметки цели отображается на индикаторе и используется для выработки команд управления.

Наличие активного ответа позволяет увеличить дальность действия РЛС по своим самолетам (ракетам), поскольку сигнал ответчика обладает большой энергией, чем отраженный сигнал.

Кроме того, системы активного ответа широко применяются для опознавания государственной принадлежности цели путем анализа структуры сигнала ответчика.

Система опознавания работает по принципу: на радиолокационный вопрос «Кто ты?» свои самолеты отвечают радиолокационным сигналом «Я свой», и это фиксируется на экране индикатора.

Полуактивная радиолокация (рис. 1.10, слайд 11; 15) является частным случаем активной радиолокации. Она отличается тем, что облучение цели и ее обнаружение производится в различных пунктах. Примером может служить система управления зенитными ракетами, когда на борту ракеты размещено приемное устройство, а мощное передающее устройство размещено на земле или самолете.

 

Пассивная радиолокация (рис. 1.11, слайд 11; 16) означает, что цель является источником электромагнит -ного излучения, а РЛС выполняет функции приемного устройства, предназначенного для определения направления на этот источник.

Различные объекты в зависимости от температуры излучают электромагнитные колебания от инфракрасной области частот до волн сантиметрового диапазона. Излучение длинных волн наблюдается при запуске баллистических ракет.

Излучение на коротких волнах распространяется до 8000 км, а на сверхдлинных волнах – на еще большую дальность.

Электромагнитные волны образуются при ядерных взрывах. Их прием позволяет регистрировать место и измерять силу взрыва.

Основное достоинство пассивных РЛС состоит в полной скрытности работы (нет передатчика), а также в возможности обнаружения некоторых целей, недоступных для активных радиолокаторов.

Заключительная часть

- Вывод по занятию;

Достигнуты учебные цели;

- Вопросы для контроля усвоения материала

Задание на самоподготовку:

1.Слуцкий и др. Импульсная техника и основы радиолокации. С. 217-222.

2.Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устрой-

ства. С. 3-11.

3.Справочник по основам радиолокационной техники Воениздат. С. 11-12.

4.Принципы и методы радиолокации. Учебное пособие. Часть 1.

Знать основные определения, принципы и методы радиолокации.

Уметь по заданной t_зап определить Д цели и наоборот.

Окончание занятия;

 

Руководитель занятия: