1. Физическа основа на радара.
Радаре област на радиоелектрониката, която се занимава с откриване на обекти (цели), определяне на техните пространствени координати, параметри на движение и физически размери с помощта на радиотехнически средства и методи.
Изброените задачи се решават в процеса на радиолокационно наблюдение, а предназначените за това устройства се наричат радарни станции(радар) или радари.
Радарните цели(или просто цели) включват: пилотирани и безпилотни летателни апарати (ЛА), естествени и изкуствени космически тела, атмосферни образувания, морски и речни кораби, различни наземни и подземни, надводни и подводни обекти и др.
Информацията за целта се съдържа в радарните сигнали.
В случай на радиолокационно сондиране на самолети, на първо място, е необходимо да се получи информация за техните пространствени координати (обхват до целта и нейните ъглови координати).
Радиотехническите измервания на обхват се наричат радиодистанциране, а ъглови координати -радио пеленгация.
Измерването на координатите и скоростта на целите се предхожда от тяхното откриване, разрешаване и идентифициране.
Подразрешаванецели се има предвид да се определи броят на целите в група, тяхната дължина, клас и т.н.
Идентифициранена целта означава установяване на нейните основни характеристики, по-специално националност.
Определянето на типа(класа) на целта се извършва в процеса на нейното разпознаване, което включва сложна обработка на радиолокационните сигнали.
Съвкупността от информация, получена от радарни средства, се наричарадарна информация. Последният се предава на командни пунктове, компютри и изпълнителни устройства.
отот всички изброени радарни функции основната ерадарно наблюдение(откриване на цели, измерване на координати и параметри на движение), а разграничаването на обекти, идентифицирането им и предаването на получената радарна информация по предназначение са допълнителни функции на PJIC.
Получаването на радарна информация се основава на физическите свойства на електромагнитните вълни (EMW), използвани като носители на радарния сигнал. Както е известно, ЕМВ се разпространяват в хомогенна среда по права линия с постоянна скорост
(1.1)
където , са абсолютната диелектрична проницаемост и пропускливост на RRW средата.
За свободно пространство F / m; G / m и съответните / s.
Постоянството на вектора на скоростта на разпространение на ЕМВ в хомогенна среда, т.е. неговия модул и посока, служи катофизическа основана радарните измервания.
Всъщност поради това обхватът и времето на разпространение на радиовълната (RV) са правопропорционални и ако се измери времето на преминаване на вълната между целта и радара, тогава разстоянието между тях става известно:
. (1.2)
Целта внася нехомогенност в свободното пространство, тъй като нейните параметри и съответно се различават от тези, което нарушава постоянството на вектора на скоростта RRW.
В резултат на това обектът преобразува радиоизлъчването: част от енергията се отразява повторно, част се абсорбира от обекта, превръщайки се в топлина, а другата част, когато обектът е радиопрозрачен, се пречупва, променяйки посоката на RRT. От гледна точка на радара е интересен първият случай, когато целта се превръща в източник на вторично лъчение.
Чрезвреме на закъснениена отразения сигнал спрямо излъчения
(1.3)
определидиапазон на наклонна целта
. (1.4)
Възможно е и такова решение: на целта, ако тя е „собствена“, а не на врага, се монтира приемо-предавател, наречен ответник, или ретранслатор, който получава сондиращия сигнал от радара и го усилва, за да изстреля предавателя. Сигналът за отговор се получава от радара, а обхватът на целта се определя по формулата
, (1,5)
където е закъснението на отговорния сигнал спрямо пробния сигнал; е известното време на закъснение на сигнала във веригите на транспондера.
Стойността трябва да се измерва с безинерционен електронен часовник, тъй като времето на забавяне на радарните сигнали е много малко (от микро до милисекунди).
Например EMW, отразени от цел, разположена на разстояниеD=150 m от радара, се забавят с 1 µs и всеки километър от разстоянието до целта съответства на EMW забавяне от 1000/150 = 6,7 µs.
Да предположим, че радарната антена има формата на праволинейна решетка от вибраториp, разположени един от друг на разстояниеd(фиг. 1.1, а). Значителното отдалечаване на целта от радара ни позволява да приемем, че лъчите, идващи от целта към вибраторите, са насочени успоредно под ъгъл φ спрямо антенната решетка, а амплитудите на електрическите движещи сили (ЕМС), индуцирани в отделните вибратори, са равни една на друга: .
При тези условия ЕДС на съседните вибратори се различават само във фазовото изместване ψ, причинено от разликата в пътя на вълните. Тъй като за всяка единица дължина тази пътуваща вълна изостава във фаза с ъгъл, тогава
. (1.6)
Добавянето на векторите на EMF на вибраторите под различни ъгли ψ= ψ' (фиг. 1.1, b) и ψ = ψ "(фиг. 1.1, c) дава различна резултатна EMF. Както може да се види от фигура 1.1 и формула (1.6), с промяна в φ, фазата ψ се променя и следователно амплитудата на получената EMF в приемната антена , Това предполага възможност за намиране на целтаамплитудни и фазови характеристики на насочеността на антената.
Ориз. 1.1. Приемане на EMW от линейна вибраторна антенна решетка (a) и векторни диаграми на EMF на решетката за различни посоки на облъчване (b, c)
Както вече беше споменато, основната причина за формирането на такива характеристики беше разликата в забавянето на вълните, получени от отделните елементи на антенната решетка. Следователно не само радиообхватът, но и радиопеленгацията се основават на постоянството на скоростта и посоката на RRW.
Радиалните и ъглови скорости на целта могат да бъдат намерени чрез изчисляване на скоростта на нарастване на обхвата и ъглите с течение на времето. Обикновено се предпочита по-проста и по-точна операция - директно измерване на така нареченото доплерово изместване на носещата честота на сигнала, причинено от движението на целта.
Доплеровото изместване на честотата е свързано с радиалната скорост на движение
обект съотношение
, (1.7)
където е дължината на вълната на излъчвания сигнал; е радиалната скорост на относителното движение на целта.
Ако целта се приближи до радара или се отдалечи от него, тогава отразеният сигнал се появява в радара съответно по-рано или по-късно, отколкото когато целта е неподвижна. Поради това фазата на приетата вълна има други стойности, което е еквивалентно на нарастване на честотата на радиосигнала. Чрез измерване на приетото (доплерово) увеличение на честотата е възможно (отново поради постоянството на скоростта на RRR) да се определи радиалната скорост на целта.
Точно както разликата във времето на забавяне на сигнала в елементите на антената се определя от ъгловите координати на целта, разликата в изместването на доплеровата честота в същите (обикновено екстремни) елементи на антенната решетка се определя от скоростта на промяна в ъгловото положение на целта.
Други физични свойства на EMW са:
- праволинейност на разпространение в хомогеннасреда, която е важна за входно измерване на ъглови координати и параметри на движение;
- способността да се оформя в тесен лъч, като по този начин повишава точността, разделителната способност и шумоустойчивостта на радара;
- способност за отразяване от предмети;
- възможност за промяна на честотата си при наличие на относително движение на целта и радара.
По този начин радарните сигнали, отразени от целите, съдържат цялата информация за тях, тъй като всички параметри на сигнала (амплитуда, честота, начална фаза, продължителност, спектър, поляризация и т.н.) се променят по време на отражение.