Основи на конструкцията и принципите на радарните системи
1. Общи сведения за радарните системи
2. Класификация на радарните системи
3. Сигнали и цели в РЛС
4. Методи за измерване на координатите на целта
5. Проследяващи радарни станции
6. Фазов детектор
8. Характеристики на развитие и примери за съвременни радари
1. Обща информация за радарните системи
Цел и обхват.
Радарът е набор от методи и технически средства, предназначени за откриване на различни обекти в космоса, измерване на техните координати и параметри на движение чрез приемане и анализиране на електромагнитни вълни, излъчвани или преизлъчени от обекти.
Радарът като научно-техническо направление в радиотехниката възниква през 30-те години. Постиженията на авиационната техника наложиха разработването на нови средства за откриване на самолети с високи характеристики (обхват, точност). Такива средства се оказват радарните системи.
Изключителен принос в развитието на РЛС имат съветските учени и инженери П. К. Ощепков, М. М. Лобанов, Ю. К. Коровин, Б. К. Шембел. В Съветския съюз първите успешни експерименти за откриване на самолети с помощта на радарни устройства са проведени още през 1934/36 г. През 1939 г. първите серийни вътрешни радари влизат на въоръжение в силите за противовъздушна отбрана. Значителна стъпка в развитието на радара е създаването през 1940/41г. под ръководството на Ю. Б. Кобзарев импулсен радар. В момента радарът е една от най-прогресивните области на радиотехниката.
Получаването на информация в радара е свързано с наблюдението на определена област от пространството. Технически средства, с помощтана които се извършва радиолокационно наблюдение се наричат радиолокационни станции (РЛС) или радари; а наблюдаваните обекти са радарни цели. Типични цели са самолети, ракети, кораби, наземни инженерни съоръжения и др.
В радара най-често се измерва обхватът между целта и радара, ъгловите координати (азимут, елевация) и радиалната компонента на скоростта спрямо радара. (Азимутът е ъгълът между посоката към целта и посоката на север, измерен в хоризонталната равнина. Ъгълът на издигане се измерва между вектора на наклонената далечина и неговата проекция върху хоризонталната равнина.) В някои случаи задачата на радиолокационното наблюдение включва и идентификация (разпознаване) на целите.
Понятието "радарна система" включва радар и други свързани технически средства, оператори, наблюдавани цели и пространството, в което се извършва наблюдение.
Радарните системи почти винаги са част от по-сложни суперсистеми. Тези суперсистеми имат голямо военно и народностопанско значение и намират различни приложения: за управление на въздушното движение, в навигацията на самолети, кораби, в геофизични и астрофизични изследвания и др.
Радарните системи представляват информационната част на такива суперсистеми и функционират съвместно и във взаимна връзка с други подсистеми на суперсистемата (радионавигация, радиоуправление, предаване на информация).
Носител на информация в радара е радарният сигнал - електромагнитна вълна, излъчвана от целта. Това излъчване може да бъде от различно естество; вторично излъчване (отражение) или собствено излъчване на радиовълни. В зависимост от метода на формиране на радарния сигнал, активен,активен с активен "отговор" и пасивни методи на радар.
При активния радар радарният предавател излъчва мощен сондиращ сигнал в посока на целта. Когато целта е облъчена с електромагнитна вълна, част от енергията на вълната се абсорбира, а останалата част се отразява. Радарният приемник улавя слаб отразен сигнал. Откриването на отразен сигнал показва наличието на цел. Анализът на получения сигнал и сравнението му с излъчения позволява получаване на информация за пространственото положение и движението на целта спрямо радара.
При активен радар с активен отговор радарният сигнал се създава чрез повторно излъчване на сондиращия сигнал от специален транспондер, монтиран на целта. Системи, използващи този метод, се използват за наблюдение на самолети, космически кораби с ретранслатор на сигнала на борда.
Активните радарни системи могат да се комбинират и разделят. В първия случай приемната и предавателната част на радара са комбинирани в едно устройство; във втория приемните и предавателните устройства са разположени в различни точки на пространството, на разстояние едно от друго.
В пасивния радар като сигнали се използва спонтанното електромагнитно излъчване на целите: собственото топлинно радиоизлъчване на физически тела или излъчването на радиотехнически устройства, инсталирани на целта. Пасивният радар има само приемно устройство, което се използва за откриване на цели и измерване на техните ъглови координати.
На сегашния етап на развитие на технологиите често се оказва трудно да се изградят пасивни радари с високи технически характеристики, които използват топлинно радиоизлъчване, поради ниската му интензивност. Следователно такива радари са намерили ограничено приложение. От голямо значение саспециални пасивни радари, предназначени за радиоразузнаване.
2. Класификация на радарните системи
Класификацията на радарните системи може да се основава на различни характеристики. За радарните системи, които извличат, обработват и натрупват информация за радарни цели, най-важни са информационните характеристики, а именно: целта и характера на получената информация. На практика обаче такава класификация често е недостатъчна. Затова се въвежда допълнителна класификация според метода на генериране и обработка на сигнали, според местоположението (обекта) на оборудването, според обхвата на използваните радиовълни.
Елемент на радарната система, който определя нейното предназначение, основни свойства и възможности за практическо използване, са радарите. В зависимост от предназначението и характера на получаваната информация могат да се разграничат три класа радари.
1. Радар от наблюдателен тип. Предназначението на тези радари е да търсят, откриват цели и да измерват относително грубо координатите им. Такива радари предоставят информация за много цели едновременно. Отличителна черта на тези радари е работата в режим на периодичен преглед на определена зона на пространството. Радарите за наблюдение се използват за наблюдение на въздушното пространство, земната или водната повърхност.
2. Проследяващ радар. Целта на такива радари е да измерват точно и непрекъснато да предоставят информация за стойностите на целевите координати. Проследяващи радари проследяват една или повече цели. По-специално радарите за проследяване се използват за контрол на оръжия и за проследяване на самолети в системите за КВД.
3. Специализирани измервателни уреди и радари с малък обсег. Този тип включва устройства, които изпълняват определена задача. По правило такива устройства измерват еднопараметър на позицията или движението на целта (обекта) и работа по известна цел. По предварителна заявка, разглежданите устройства имат голямо разнообразие. Като пример нека посочим радарите, използвани като навигационни измерватели - самолетен радиовисотомер, доплеров измервател на вектора на скоростта на самолета.
Има и комбинирани и многофункционални радари. Комбинираната система съчетава радар за наблюдение и проследяване. Най-модерните са многофункционалните радари. Такива радари могат едновременно да изследват космоса и да проследяват цели.
Схемотехническата конструкция и дизайн на РЛС до голяма степен зависят от мястото (обекта) на разполагане, от метода на генериране и обработка на сигналите. Според мястото на инсталиране радарите се делят на наземни (стационарни и мобилни) и бордови: самолетни, космически, корабни.
Според метода на генериране и обработка на сигнали радарите биват импулсни и с непрекъснато излъчване, кохерентни и некохерентни, едноканални и многоканални.
Характеристиките и параметрите на радарните системи обикновено се разделят на тактически и технически. Първите от тях определят възможностите за практическо използване на системата.
Изброяваме основните тактически характеристики и параметри.
1. Зона на покритие (работна зона) - област от пространството, в която РЛС изпълнява своите функции, определени от нейното предназначение.
2. Измерени координати и точност на измерването им. Измерените координати се определят от предназначението на радара. Има едно-, дву- и трикоординатни радари. Измерването на координатите е придружено от грешки, които ограничават възможността за тактическо използване на радара. Прекомерното повишаване на точността води до усложняване на дизайна и до неоправдано оскъпяване на системата.
3. Разделителната способност на радара характеризира възможността за разделно наблюдение на целите и измерване на техните параметри с малка разлика в тези параметри. Разграничете разделителната способност по обхват, по посока и по скорост. Цели, които не са разрешени нито по обхват, нито по посока, нито по скорост, се възприемат от радара като една цел. В много случаи на тактическо използване на радара разделителната способност е характеристика от първостепенно значение, която определя самата възможност за практическо използване на радара.
4. Устойчивостта на смущения се характеризира със способността на радара да изпълнява функциите си под въздействието на различни видове смущения, естествени и организирани.
5. Пропускателната способност се определя от плътността на произволен поток от цели, информацията за които се обработва от радара и се извежда с определена точност.
6. Време за разгръщане (привеждане в работно състояние). Този параметър характеризира възможността за използване нарадар вусловия на бързо променяща се среда.