Зона обнаружения. Формирование зоны обнаружения в дальномерах и высотомерах. Виды обзора пространства, дальность и зона обнаружения, страница 2

Дальность действия РЛС определяется уравнением радиолокации, которое устанавливает связь технических характеристик РЛС с техническими параметрами ее систем, характеристиками цели и внешними условиями.

Вопрос 2. Формирование зоны обнаружения в дальномерах и высотомерах

2.1. Формирование зоны обнаружения в высотомерах (изодальностная зона обнаружения).

Дальномеры измеряют дальность и азимут обнаруженных целей. Дальность измеряется по времени запаздывания отраженных сигналов относительно зондирующих , а азимут – по положению луча антенны, соответствующего центру пачки импульсов. Форма зоны обнаружения дальномеров в горизонтальной плоскости должна быть круговой, а в вертикальной плоскости такой, чтобы для нижних углов места  обеспечивалась заданная фиксированная высота. Значения  определяется требуемым максимальными значениями  и  при обнаружении цели

.                                                       (2)

Высотомер представляет собой одноканальную импульсную РЛС. Его антенна формирует однолепестковую диаграмму направленности, достаточно узкую в обеих плоскостях. Аналитическое выражение для определения высоты цели над поверхностью Земли можно найти из решения треугольника АОЦ (рис. 2)

Будем полагать, что в процессе обзора зоны антенный луч приемной антенны не изменяет своей ширины ((b,e)=1 при b, e Î W₃). Примером РЛС, в которой выполняется это условие, является радиолокационный высотомер с механическим качанием антенны в вертикальной плоскости.

В случае изодальностной зоны (рис. 2.а)

r_н(b, e)=1,        при  

(здесь (b₂ - b₁) - угловой размер зоны обзора в азимутальной плоскости). Поэтому интеграл в знаменателе уравнения

                                 (1)

                             а)                                                        б)

Рис. 2. Зоны обнаружения: а) – изодальностная; б) – изовысотная.

Выразим телесный угол изодальностной зоны обнаружения W_З через угловые размеры зоны в азимутальной и угломестной плоскостях. Учтем для этого соотношение dW = cose de db.

 

Подставляя значение W_З в исходное уравнение (1), получаем

                                        (2)

Формирование зоны обнаружения в дальномерах.

ЗО в вертикальной плоскости дальномера включает изодальностный участок и изовысотный. Способ формирования изодальностного участка был рассмотрен выше. Рассмотрим способ формирования изодальностного участка зоны обнаружения.

Дальность до точек граничной поверхности в случае изовысотной зоны обнаружения (рис. 2б) определяется выражением

r(b,e)=R cosec e/cosec e_min, при .                       (3)

Рассмотрим два способа формирования зоны.

1) В процессе обзора зоны антенный луч приемной антенны не изменяет своей ширины, т.е. а_пн (b, e)=1 в пределах угловых размеров зоны. Требуемая форма зоны обнаружения в этом случае может формироваться за счет изменения в угломестной плоскости величины излучаемой средней мощности или коэффициента усиления передающей антенны по закону

Р_СР(e)=P_{СР 0} cosec⁴e/cosec⁴e_min ;

G_И (e)=G_{И 0} cosec⁴e/cosec⁴e_min .

с учетом выражения (2.12)

                          (4)

При записи формулы (4) учтено, что  при n¹-1.

Подставляя (4) в исходное уравнение (1), получаем

                     (5)

2) В процессе обзора зоны эффективная площадь приемной антенны изменяется в угломестной плоскости по косеканс-квадратному закону

(b, e)=cosec²e/cosec²e_min,при .                      (6)

По такому же закону изменяется и коэффициент усиления передающей антенны.

Подобное изменение эффективной площади приемной антенны и коэффициента усиления может быть обеспечено, например, за счет соответствующего выбора конфигурации зеркала антенны в вертикальной плоскости или за счет использования нескольких облучателей (приемлемое приближение к косеканс-квадратной диаграмме направленности можно получить с помощью всего лишь двух облучателей).

Интеграл в уравнении (1) для рассматриваемого случая с учетом соотношений (3) и (6)

,                               (7)

и уравнение можно представить в виде

.                           (8)

Сравним между собой рассмотренные варианты формирования изовысотной зоны по величине энергии, излучаемой в зону за время однократного обзора. При этом будем полагать, что все прочие параметры РЛС в обоих случаях одинаковы.

Из сопоставления уравнений (5) и (8) следует

где Э₃₍₂₎, Э₃₍₁₎ - энергия, излучаемая в зону при вариантах обзора 2 и 1 соответственно.

При e_max>>e_min (на практике это условие, как правило, выполняется) записанное выше соотношение можно упростить Э₃₍₂₎/Э₃₍₁₎»3.

Полученный результат свидетельствует, что с энергетической точки зрения вариант 1 формирования изовысотной зоны предпочтителен (выигрыш в энергии составляет около 300%). Кроме того, следует учитывать и тот факт, что при формировании косеканс-квадратной диаграммы направленности поверхность антенны используется неэффективно.

Каково же соотношение величины энергии, излучаемой в изодальностную зону и изовысотную, формируемую путем изменения излучаемой мощности в процессе обзора? Это представляет практический интерес, так как в большинстве случаев в радиолокационных высотомерах формируется изодальностная зона обнаружения, в то время как из-за ограниченной высоты полета современных средств воздушного нападения целесообразно формировать изовысотную зону обзора. Из сопоставления уравнений (2) и (5) следует

Э_3(R)/Э₃₍₁₎ » 3 (sin e_max - sin e_min)/(sin e_min - sin⁴e_min/sin³e_max) ,

где Э_3(R) - энергия, излучаемая РЛС в изодальностную зону.

При e_max >>e_min: Э_3(R)/Э₃₍₁₎ » 3 sin e_max/sin e_min >>1.

Таким образом, в радиолокационных высотомерах, у которых излучаемая энергия распределяет в зоне обзора равномерно, энергия расходуется весьма нерационально.

В случае смешанной зоны обнаружения (см. рис. 1) интеграл в знаменателе уравнения (1) можно представить в виде:

,

где: W_З(R) - телесный угол изодальностного участка зоны ;

W_{З ЭКВ (Н)} - эквивалентный телесный угол изовысотного участка зоны, определяемой по формулам (4) или (7).

С учетом этого уравнение радиолокации принимает вид

.                                              (9)

Вопрос 1. Виды обзора пространства, дальность и зона обнаружения

          При использовании зеркальных и вибраторных антенн применяются методы кругового и секторного обзора пространства по одной и двум координатам. Использовались ранее и продолжают использоваться в простейших случаях методы конического и других видов двумерного развертывания луча антенны. Своеобразные методы пространственно-временной модуляции используют в случае применения антенн с частотным сканированием, антенных решеток, апертурного синтеза на основе взаимного перемещения локационных антенн и целей, а также локации с активным запросом и ответом.