8. Радиолокационные системы с активным ответом

8.1. Общая характеристика

При плавании вблизи берегов в условиях ограниченной видимости часто возникает необходимость определения места судна по береговым ориентирам, знакам навигационного ограждения, буям. Слабо различимы также сигналы от малых судов, яхт, шлюпок и других целей с малой ЭПО. Использование искусственных радиолокационных отражателей для улучшения их наблюдаемости становится малоэффективным на фоне засветок от морской поверхности, береговой черты и др. Увеличение ЭПР отражателями ограничивается их габаритными размерами, массой, парусностью, что затрудняет их установку на малых объектах. Кроме того, опознавание объекта по эхо-сигналу, воспроизводимому на экране ИКО НРЛС, затруднено, а иногда и невозможно.

Эффективно решать задачи выделения сигналов на фоне помех и опознавания объектов по отметкам на экране ИКО позволяют радиолокационные устройства с активным ответом, образующие совместно с НРЛС систему вторичной радиолокации (СВРЛ). Это устройство, получившее название “ответчик”, излучает ответные сигналы только после приема запросных сигналов судовой НРЛС. Для повышения помехоустойчивости системы запросные сигналы излучаются еще и специальными запросчиками [3,14].

Активный ответ позволяет значительно увеличить дальность радиолокационного наблюдения объектов с малой ЭПР, так как мощность сигналов запроса и ответа убывает пропорционально квадрату расстояния до объекта, а не четвертой степени, как это имеет место при приеме отраженных (пассивных) сигналов. Отсутствие флюктуации ответного сигнала повышает также точность определения координат объектов, снабженных ответчиком. Кодирование ответа позволяет осуществлять обмен информацией между судами, а также значительно облегчить выделение полезных сигналов на фоне помех.

Дальность обнаружения сигналов ответчика в свободном пространстве определяется из условия приема запросных и ответных сигналов и определяется понятием дальности действия радиосистемы [8].

Дальность действия является одной из важнейших характеристик большинства радиосистем. Под дальностью действия понимают максимальное расстояние D = Dmax, на котором

принимаемый сигнал достигает минимально допустимого (порогового) уровня Рс = Рсmin, еще достаточного для выполнения системой основных функций с качественными показателями не хуже заданных.

Рассмотрим максимальную дальность действия радиолиний, применяемых в радиосистемах различного назначения: радиолинии связи, радиолинии с активным ответом.

Дальность действия радиолинии связи. Радиолиния связи состоит из передатчика и приемника радиосигнала. Предположим, что в радиолинии используются радиоволны длиной λ, мощность излучаемых передающей антенной колебаний Ри, ее коэффициент усиления Gаперед., коэффициент усиления приемной антенны Gап., а чувствительность приемника (мощность порогового сигнала) Рпр.min.

Известно, что плотность потока мощности, создаваемого излучаемым сигналом в месте расположения приемной антенны на расстоянии D от передающей антенны, определяется уравнением

П = PиGa перед. .

4πD2

Тогда мощность сигнала в приемной антенне будет равна

где Saп. = λ2 Gaп. / 4π - эффективная площадь приемной антенны.

При увеличении дальности D мощность принимаемого сигнала падает и достигает некоторого порогового уровня Рс = Рсmin , ограничивающего максимальное значение дальности радиолинии. Из уравнения (50) следует, что

Мощность Рсmin должна быть достаточной для извлечения информации с заданной достоверностью при наличии помех, включая и собственный шум приемника, приведенный к его входу.

Радиолиния с активным ответом. Радиолиния с активным ответом (рис. 8.1) состоит из двух радиолиний связи: линии запроса Dз и линии ответа Dо.

На рис.8.1 обозначено: Риз и Рио- соответственно излучаемая мощность передатчика запросчика и ответчика; Pco min и Pcз min - минимально допустимые уровни сигналов приемника

(чувствительность) ответчика и запросчика; Gaз и Gao – коэффициенты усилений соответствующих антенн (запросчика и ответчика) и λз, λо – длины волн запросчика и ответчика.

Рис.8.1.Радиолиния с активным ответом

Для каждой из них можно найти максимальную дальность действия по формуле (51), присвоив параметрам, относящимся к линиям запроса и ответа, соответствующие индексы, то есть, максимальная дальность приема запросного сигнала определяется уравнением

Результирующая дальность действия системы определяется радиолинией с наименьшей дальностью действия. Для того чтобы сделать каналы запроса и ответа равнонадежными, а систему – сбалансированной, необходимо обеспечить выполнение равенства

Dзmax =Domax .

Если в запросчике и ответчике для передачи и приема используют одну антенну, а частоты запросного и ответного сигналов

близки, то есть λз ≈ λо, то Gaз ≈ Gao . Отсюда найдем условие баланса системы:

Это уравнение позволяет выбрать мощность передатчика и чувствительность приемника ответчика при заданных характеристиках запросчика (судовой РЛС).

Если условие (54) не выполняется, то максимальная дальность действия СВРЛ определяется по наименьшему из получаемых

по формулам (52) и (53).

В реальных условиях дальность наблюдения ответных сигналов СВРЛ будет зависеть не только от технических характеристик запросчика и ответчика, но и от условий распространения радиоволн: высот установки антенн, состояния морской поверхности, метеоусловий и других факторов.

Влияние подстилающей (морской) поверхности на дальность действия СВРЛ проявляется в том, что напряженность поля в точке приема равна векторной сумме прямого сигнала и отраженного от морской поверхности. Самым неблагоприятным является случай противофазности этих сигналов. Наблюдаемое при этом интерференционное замирание может привести к потере запросных (или ответных) сигналов на расстояниях меньших, чем это определяется уравнениями (52) и (53). Глубина замираний определяется отношением отраженного сигнала к прямому. Последнее зависит от состояния морской поверхности, длины волны излучения, поляризации и угла падения электромагнитной волны. Наиболее сильно замирание проявляется в штиль.

По характеру решаемых задач и области применения СВРЛ можно выделить следующие системы:

навигационного обеспечения; радиолокационного наблюдения; контроля за движением судов; предупреждения столкновений.

Характер решаемых задач определяет соответствующие требования к системе. СВРЛ, используемые в настоящее время, разделяются на радиолокационные маяки-ответчики (РМО) и судовые запросчики-ответчики (СЗО) [3].

РМО, называемый также РАКОН (название “РАКОН” – эта аббревиатура составлена из первого и последнего слогов двух английских слов radar – радиолокатор и beacon – радиомаяк), представляет собой приемопередающее устройство, излучающее ответные сигналы (кодовое сочетание) при поступлении на вход приемника зондирующих импульсов судовых РЛС. Они предназначены для улучшения радиолокационной наблюдаемости и