книги из ГПНТБ / Пелюхов П.И. Основы радиолокации учебное пособие
.pdfВО Е 11110ВОЗ Д У Ш 11А Я КР А С 110 3 Н АМ Е Н Н Л Я А КАЛЕ М И Я
Доцент кандидат военных наук генерал-майор авиации II. И. ПЕЛЮХОВ, доцент кандидат технических наук и^женер-полкойник Б. 3. СЕ.МЕНОВ
ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
М О И И Н О 1 9 С. 4
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ |
|
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ |
1 |
F С - 'О Т Е К А С С С Р |
1 & ь Г
В Ванном учебном |
пособии излагаются основы ра |
|
диолокационной техники и методы радиолокации. |
||
Учебное пособие предназначается |
для слушателей |
|
всех факультетов Военно-воздушной |
Краснознаменной |
|
академии. |
V и VI написаны доцентом кан |
|
Главы I, II. HI, IV, |
||
дидатом ' технических |
наук инженер-полковником |
|
Б. 3. СЕМЕНОВЫМ, |
а главы VII |
и V111 — доцентом |
кандидатом военных наук генерал-майором авиации II. И. ПЕЛЮХОВЫМ.
ВВЕДЕНИЕ
Р а л и о л о к а ц и е й называется обнаружение различных объектов и определение их местоположения при помощи ра диоволн. Радиолокационные методы позволяют получать так же некоторые дополнительные сведения об объектах, напри мер, определять тип воздушной цели, число целей в группе,
скорость их перемещения, |
государственную |
принадлежность |
|||
и др. |
|
|
|
|
|
Радиотехнические устройства, предназначенные для обна |
|||||
ружения объектов и определения их |
координат, |
называют |
|||
р а д и о л о к а ц и о и и ы м и |
ста н ц и я м и |
(Р Л С), |
и л и |
||
ji а д и о л о к а т о р а м и. |
|
ракеты |
различных |
||
Объекты радиолокации — самолеты, |
|||||
классов, воздушные шары, |
искусственные |
спутники |
Земли, |
корабли, танки, автомашины, наземные промышленные и во
енные сооружения, метеоры, облака и т. |
п. — принято назы |
вать р а д и о л о к а ц и о и и ы м и ц е л я м |
и, или просто ц е- |
л я м и. |
|
Впервые на возможность обнаружения объектов при по мощи радиоволн указал изобретатель радио А. С. Попов во время проводимых им опытов по радиосвязи па Балтийском море. А. С. Попов первым наблюдал явление отражения ра диоволн от кораблей. Однако состояние радиотехники тип) времени не позволяло использовать'указанное явление в прак тических целях.
В Советском Союзе первые интенсивные работы в области радиолокации проводились в 30-х годах различными груп пами исследователей. Обнаружение целей первой советской радиолокационной станцией осуществлялось методом непре рывного излечения с использованием эффекта Допплера.
В 1938 г. в СССР под руководством К). Б. Кобзарева бы ла разработана первая импульсная РЛС.
з
Бурное развитие радиолокации в предвоенные годы, в' те чение второй мировой войны и в послевоенный период позво лило в значительной мере изменить тактику боевых действий в воздухе, на море и в известной степени на суше.
Во второй мировой дойне радиолокационное вооружение имелось в армиях основных воюющих стран и использовалось, главным образом, для обнаружения и определения координат самолетов, наведения истребительной авиации на самолеты противника, точного определения координат воздушных целей, управления стрельбой зенитной артиллерии и обеспечения навигации и бомбометания.
После окончания второй мировой войны на основе интен сивного прогресса общей радиоэлектроники получило быстрое развитие и радиолокационное вооружение армий всех стран мира.
В настоящее время радиолокация нашла исключительно широкое применение в ракетных войсках, в войсках противо воздушной обороны, военно-воздушных силах, военно-мор ском флоте и сухопутных войсках.
Радиолокация завоевала быстрое признание, так как ра диолокационные станции обладают значительной дальностью действия, определяют координаты с высокой степенью точно сти в любое время суток, в дождь, туман, в условиях сплош ной облачности. При этом поступление данных о противнике
исвоих объектах происходит практически мгновенно.
ВВоенно-Воздушных Силах при помощи радиолокацион
ного вооружения решаются такие важнейшие задачи, как:
—обнаружение и опознавание воздушных и надводных
целей;
—наведение истребителей на воздушные цели;
—осуществление посадки самолетов на аэродромы;
—управление стрельбой неуправляемыми снарядами и ракетами;
—управление ракетами класса «воздух — воздух» и «воз дух ■— земля»;
—выполнение прицеливания при бомбометании;
—определение местоположения, путевой скорости и угла
сноса самолетов;
— выполнение радиолокационной разведки наземных и надводных объектов.
Осуществление противоракетной обороны совершенно не возможно без применения различных радиолокационных средств для дальнего обнаружения ракет противника и выво да антиракет в точку встречи с ними.
В зенитных ракетных комплексах радиолокационные уст ройства обнаруживают цель, определяют точно положение
4
ее и ракеты в воздухе. По этим данным ведется управление ракетами.
Непосредственно па ракетах радиолокационные устройст ва применяются как средство самонаведения и в качестве радиовзрывателей.
Радиолокационная техника в настоящее время широко используется также в метеорологии для определения далы ности, границ и высоты облачности, скорости и направления ветра.
Использование методов и средств радиолокации имеет исключительно важное значение в освоении космоса. Здесь радиолокационная техника может применяться:
—для обнаружения и слежения за искусственными спут никами Земли и воздушно-космическими летательными ап паратами;
—осуществления космической радиолокационной развед ки искусственных спутников и воздушно-космических само летов;
—решения ряда задач космической навигации;
— предотвращения |
столкновений |
космического корабля |
с метеорами; |
радиолокации |
небесных тел — Луны, |
—- осуществления |
Вс-неры, Марса и других, а также метеоров.
Современная радиолокационная техника и методы радио локации находятся в состоянии непрерывного совершенство вания. Основой этого прогрессивного развития являются до стижения радиоэлектроники. Внедрение полупроводниковых приборов, квантовой электроники, разработка и внедрение малогабаритной аппаратуры, повышение надежности радио электронной'аппаратуры открывают новые возможности для совершенствования характеристики радиолокационных стан ций.
5
Г л а в а I
МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ
§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ РАДИОЛОКАЦИИ
Классификация по виду сигналов, излучаемых объектами радиолокации
В общем случае обнаружение объектов посредством ра диоволн может быть осуществлено тремя различными ме тодами:
—облучением объекта радиоволнами и приемом отражен ных от него сигналов;
—облучением объекта радиоволнами и приемом переизлученных (ретранслируемых) сигналов;
—приемом радиоволн, излучаемых либо передатчиками,
установленными па объекте радиолокации, либо непосредст венно самим объектом.
При первом методе обнаружение осуществляется посред ством излучения радиоволн в сторону объекта и приема от пего отраженных сигналов. В этом случае объект пассивен как источник излучения. Этот метод является основным в радиолокации и называется а к т и в н ы м , так как для полу чения полезной информации об объекте, переносчиком кото рой являются отраженные сигналы, его предварительно не обходимо облучить радиоволнами, излучаемыми радиолока
ционной станцией. Иногда этот метод |
называют р а д и о л о |
к а ц и е й с п а с с и в н ы м о т в е т о м . |
|
Активная радиолокация допускает |
обнаружение самых |
различных объектов: самолетов, ракет, космических тел, гид рометеоров, земной и водной поверхности, наземных соору жений, кораблей, айсбергов и т. п. Активная радиолокация позволяет получить информацию о местоположении целей противника, их числе и скорости.
Для реализации активного метода в состав радиолокаци онной станции должны входить: передатчик, передающая и приемная антенны, приемник и выходное устройство. Нали чие двух антенн — передающей и приемной — не обязатель но при условии, когда обеспечиваются передача и прием че рез одну антенну.
Вид выходного устройства зависит от получателя инфор мации (оператора, вычислительного устройства непрерывного
действия, вычислительного устройства дискретного действия). В основу активной радиолокации положены следующие
принципы:
—отражение радиоволн объектами, встречающимися на пути их распространения;
—направленные излучение и прием радиоволн;
—прямолинейность и постоянство скорости распростране ния радиоволн в однородных средах.
Под воздействием радиоволн, излучаемых радиолокаци онной станцией, в материале объекта возникают переменные токи, в результате чего объект переизлучает (отражает) па дающие па пего радиоволны.
Отражение радиоволн — основное физическое явление, на
котором основан активный метод радиолокации. |
называют |
|
Излучение, создаваемое передающей антенной, |
||
п е р в и ч н ым , излучаемые |
сигналы — п р я мыми , |
а излуче |
ние, создаваемое объектом, |
— в т о р и ч н ы м. |
|
Реализация второго метода обнаружения, основанного па применении переизлучеппого сигнала, требует установки на объекте специального ответчика, состоящего из приемо-пе редающей аппаратуры. Принятые ответчиком сигналы радио локационной станции запускают передатчик ответчика, со здающий ответные сигналы. Этот метод называют методом радиолокации с а к т и в н ы м о т в е т о м.
Радиолокация с активным ответом позволяет с'успехом решать такие задачи, как:
— увеличение дальности и надежности обнаружения сво их объектов (самолетов, кораблей, искусственных спутников Земли, ракет, межпланетных станций и т. д.), так как радио сигналы ответчика по мощности могут во много раз превос ходить отраженные сигналу;
—определение государственной принадлежности цели;
—индивидуальное опознавание (селекция) своих объек тов на фоне общей воздушной обстановки;
—самолетовождение и прицеливание при бомбометании или пуске ракет, осуществляемые по ответным сигналам ра- диомаяков-ответчиков.
Третий метод, основанный па использовании только соб ственного (естественного или искусственного) радиоизлуче
ния |
объектов, принято |
называть п а с с и в н о й |
р а д и о л о |
|
ка цие й . |
Соответствующая радиолокационная |
станция име |
||
ет |
лишь |
направленную |
приемную антенну, улавливающую |
эти излучения, приемник и выходные устройства, с помощью которых производятся их регистрация и анализ.
Пассивная радиолокация имеет в настоящее время такие области применения, как:
8
—разведка целен и получение необходимой информации
оних (дальности и угловых координат);
—решение навигационных задач при помощи радиоаст рономических приборов;
—исследование процессов в космическом пространстве при помощи радиотелескопов;
—раднопеленговапие самолетов, кораблей, наземных ра диомаяков по сигналам радиопередатчиков.
В основу пассивной радиолокации, использующей естест венное радиоизлучение объектов, положено физическое яв ление, заключающееся в том, что все объекты, имеющие тем пературу выше абсолютного нуля (—273°С), излучают элект ромагнитные волны миллиметрового и сантиметрового диа пазонов. Это излучение называется тепловым радиоизлуче нием. Пассивные радиолокаторы могут принимать тепловое радиоизлучение от поверхности земли, моря, от находящихся на них объектов. В зависимости от степени нагрева поверх ностей и объектов интенсивность излучения ими радиоволн различна. Поверхности и объекты, нагретые до больших тем ператур, излучают более мощные радиосигналы, и поэтому отметки от них па экране индикатора пассивного радиолока тора более яркие, чем отметки от поверхностей и объектов, температура нагрева которых меньше.
Классификация по виду сигналов, излучаемых РЛС
Классификацию методов радиолокации можно провести по способам излучения радиоволн передающим устройством ра диолокационной станции. Это излучение может быть непре рывным или импульсным. Поэтому в зависимости от способа излучения можно говорить о методах радиолокации при не прерывном излучении и импульсном методе.
При непрерывном излучении радиоволн обнаружение от раженного сигнала возможно только в том случае, когда частота отраженного сигнала отличается от частоты прямого сигнала. Реализация метода радиообнаружения по отражен ному сигналу возможна либо путем использования эффекта Допплера, либо — частотной модуляции.
При импульсном методе радиообнаружения объект облу чается кратковременными импульсами, длительность которых меньше длительности паузы между импульсами.
§ 2. КООРДИНАТЫ ОБЪЕКТОВ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ РЛС
Координаты объекта, как правило, измеряются относи тельно места расположения радиолокационной станции в по лярной (сферической) системе координат (рис. 1).
Начало координат совмещено с пунктом расположения
9
радиолокационной станции (точка О). Через эту точку про ходит линия отсчета, лежащая в горизонтальной плоскости Р. Линия отсчета совмещается с меридианом, проходящим через радиолокационную станцию, или с осью самолета или кораб ля, па котором установлена станция.
Положение объекта, находящегося в точке А, определяет ся тремя координатами:
—- наклонной дальностью D, т. е. кратчайшим расстоянимием между станцией и объектом;
-■ азимутом егц, т. е. углом между линией отсчета ОА
инаправлением на объект в горизонтальной плоскости;
—углом места #ц , т. е. углом между направлением на объект и проекцией этого направления на горизонтальную плоскость.
Достоинство сферической системы координат заключается в том, что наклонная дйлыюсть, азимут и угол места опреде ляются радиолокационной станцией непосредственно, без ка ких-либо дополнительных пересчетов.
В качестве третьей координаты расчетным путем можно также определить высоту объекта Я:
|
Н — D sin 5ц -+ |
D- |
|
|
|
|
2 Яэ~’ |
где величина |
учитывает |
кривизну Земного шара и |
|
искривление |
-'Я |
за счет явления рефракции; |
|
радиолуча |
|||
/?э — эффективный радиус |
Земли. |
Число измеряемых координат определяется назначением радиолокационной станции и мо>кет изменяться от одной до трех. Радиолокационные станции обнаружения позволяют оп ределить дальность и азимут, а станции наведения истреби
телей— все три координаты: дальность, азимут |
и высоту |
полета объекта. |
|
Наклонная дальность до объекта определяется путем из |
|
мерения времени, необходимого для прохождения |
радиовол |
10