Занятие № 1. Общие сведения о радиолокации

Краткое содержание вопросов занятия, последовательность их изложения, время

Организационно – методические указания

1

2

I. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ – 7 мин.

1. Проверить наличие студентов.

2. Объявить тему, порядок изучения и отчетности по теме.

3. Объявить наименование, учебные цели и учебные вопросы занятия.

Вопрос 1. Определение и задачи радиолокации.

Вопрос 2. Факторы, определяющие получение радиолока-

ционной информации.

Вопрос 3. Виды радиолокации.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ – 80 мин.

Вопрос 1. Определение и задачи радиолокации -____ мин

Радиолокацией называется область радиотехники, занимающаяся обнаружением различных объектов и определением их местонахождения в пространстве.

В основе радиолокации лежат явление отражения радиоволн от облучаемых объектов, впервые обнаруженные А.С. Поповым в 1897 г. Попов тогда же указал на возможность практического использования этого явления для определения местоположения различных объектов. Однако потребовались десятилетия напряженного труда многих ученых и инженеров, прежде чем была создана отрасль радиотехники, названная радиолокацией.

Первые радиолокаторы были приняты на вооружение войск ПВО в 1939 г. Это были разработанные под руководством инженера Д. С. Стогова различные радиолокаторы непрерывного излучения “Ревень”, которые получили название РУС-1.

К началу войны было изготовлено и развернуто 45 комплектов таких радиолокаторов. Вслед за этим коллектив инженеров под руководством Ю. Б. Кобзарева создал более совершенный совмещенный импульсный радиолокатор “Редут”, названный РУС-2, который был принят на вооружение в 1940 г. Позднее, в 1941 г. создается подвижный и усовершенствованный вариант РУС-2С, именуемый “Пегматит”, с этими средствами ПВО страна вступила в Великую Отечественную войну.

Качественный скачок был сделан в 1946 – 1957 г. Приняты на вооружение зенитно-артиллерийские комплексы КС-19 (100 мм), С-60 (57 мм), радиоприборные комплексы РПК-1, РПК-2. В это же время принимаются на вооружение 3-х координатные радиолокационные станции П-3.

В 70-е годы созданы новые РЛС П-18 метрового диапазона, П-19 дециметрового диапазона с дальностью обнаружения целей до 250 км.

В 1979 году появляются РЛС нового поколения “Купол”, “Обзор”, “Небо-СВ”, автоматизированные системы управления войсками “Маневр”, “Поляна Д1, Д4” пункты управления подразделениями войсковой ПВО, ППРУ, ПОРИ-1(2), УБКП («Ранжир»).

В настоящее время существуют радиолокационные станции самого различного назначения, но в основе работы каждой из них лежат следующие три положения.

1. Объект, облученный радиоволнами, отражает электромагнитную энергию.

2. Радиоволны распространяются в пространстве

прямолинейно и с постоянной скоростью.

3. Антенна радиолокационной станции обладает

направленным излучением и приемом электромагнитной энергии.

Основными задачами радиолокации в военном деле стали:

1. Обзор воздушного пространства.

2. Обнаружение противника, опознание.

3. Направление средств активного противодействия.

4. Передача целеуказаний на пункты управления.

5. Оповещение войск о воздушном противнике.

6. Исследование космического пространства местности.

При этом, радиолокация вытеснила другие способы обнаружения, так как обладает высоким быстродействием, высокой точностью определения координат, всепогодностью.

Вопрос 2. Факторы, определяющие получение

радиолокационной информации - _____ мин

Решение задач радиолокационного наблюдения основано на использовании ряда физических явлений, происходящих при распространении электромагнитных волн (радиолокационных сигналов).

Существуют три вида излучения целью:

1. Собственные.

2. Отражение энергии.

3. Возмущение среды.

1. Собственное излучение цели вызывается следующими факторами:

• работой радиоэлектронных средств (РЭС) на борту цели;

• радиотепловым излучением нагретых частей цели в диапазоне инфракрасных, субмиллиметровых и миллиметровых волн;

• излучение колеблющихся частиц ионизированной атмосферы в районе цели при запуске ракет и ядерном взрыве.

2. Возмущение среды – физическое явление, сопровождаемое изменением параметров окружающей среды в процессе полета ЛА (изменение химического состава, ионизация поля земного тяготения, земного магнетизма и др.). Эти явления потенциально могут быть использованы для решения задач обнаружения ЛА при условии реализации методов фиксации этих явлений.

3. Отражение энергии - физическое явление, обеспечивающее обнаружение за счет различий отражающих свойств ЛА и окружающей среды. Поэтому возможно активное обнаружение ЛА, если облучать их потоком электромагнитной энергии, энергии звуковых волн или потоком частиц, движущихся с большой скоростью и принимать отраженные сигналы. При этом возможно использование отраженной от ЛА энергии солнца или других космических источников.

Для решения задачи радиолокационного измерения используются следующие закономерности распространения радиоволн:

1. Прямолинейность распространения в однородных изотропных средах.

2. Постоянство скорости радиоволн в однородных изотропных средах.

3. Возможность концентрации электромагнитной энергии в узкие пучки, обеспечивающая направленность излучения и приема радиоволн.

4. Эффект Допплера – Белопольского.

Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн являются физической основой определения наклонной дальности до цели. Для этого достаточно измерить время запаздывания радиолокационного сигнала относительно излученного РЛС сигнала. Связь между временем запаздывания t₃ и наклонной дальностью определяется соотношением:

Эффект Допплера – Белопольского (эффект Допплера) состоит в изменении частоты радиолокационного сигнала вследствие движения цели. В случае активной радиолокации частота отраженного сигнала отличается от частоты излученного РЛС сигнала на величину F_д, пропорциональную радиальной скорости цели V_r = Д.

F_д =2V_r/λ=2V_rƒ_o/с

где λ – длина волны излучения РЛС;

f_o – частота излученного РЛС сигнала.

Величину смещения частоты Fд – называют частотой Допплера. Измерив величину и знак Fд, можно определить величину и направление вектора радиальной скорости цели. Кроме того, эффект Допплера используется для селекции сигналов движущихся целей на фоне неподвижных объектов.

Из всех перечисленных явлений для обнаружения ЛА в полете наиболее широко используется явление отражения энергии, лежащее в основе активной и полуактивной локации и явление излучения составляющее основу пассивной локации.

Рассмотрим один из параметров влияющих на дальность обнаружения целей при активной радиолокации.

Д макс =

Р_макс - максимальная мощность передающего устройства.

Р_{с мин} – реальная чувствительность приемника.

G – коэффициент направленного действия передающей антенны.

А – эффективная площадь антенны.

σ – эффективная отражающая поверхность.

Физически σ^΄ есть условная поверхность с определенной вероятностью отражения падающей на него энергии.

Эта величина определяется отношением Р^/ω – мощности отраженного от цели сигнала, приходящейся на единицу пространственного угла, к Рi – мощности излучения, попадающего на поверхность цели.

Изменение значения σ в общем случае зависит от геометрических размеров цели, ее физических свойств, от относительного перемещения отражающих поверхностей и от степени интерференции волн.

Для наглядности можно рассмотреть значения ЭО поверхности приведенные в таблице.

Контролировать вы-полнение требова-ний строевого уста-ва

РУС-1 (радиоулавливатель самолетов)

ТТХ “Редут” дальность обнару-жения 110-130 км, точность определе-ния дальности ±1-2 км., точность опре-деления азимута

±1-2⁰.

ППРУ (подвижной пункт разведки и управления) ПОРИ (пункт обработки радиолокационной информации) УБКП (унифицированный батарейный командный пункт)

высветить слайд 2/1

к эффекту Доплера

Vр – это проекция Vц на линию визирования РЛС-Ц

Используя слайд перейти к вопросу ЭОП

Обратить внимание, что для увеличения Д, Р увеличивают в 4 раза

Интерференция волн – явление, возникающее при наложении двух или нескольких волн и состоящее в устойчивом во времени их взаимном усилении в одних точках пространства и ослаблении в других.

Цель

σ [м²]

Направление облучения

Истребитель

Средний бомбардировщик

Подводная лодка, находящаяся на

поверхности

Эсминец

Линкор

0,1 – 1,0

1,0 – 10

100 – 200

1000 – 2000

3000 – 5000

прямое

с боку

В пассивных системах используется естественное излучение цели. В общем случае основной вклад в это излучение вносит тепловое излучение, определяемое температурой и эмиссионной способностью цели. Большое значение могут иметь отраженное от цели и рассеянное ею излучение других тепловых источников, таких как Солнце и поверхность Земли.

Радиометрия (или обнаружение сигналов от тепловых источников) имеет уже продолжительную историю, отмеченную рядом успехов, особенно в инфракрасных, миллиметровых и сантиметровых участках электромагнитного спектра.

Инфракрасный спектр – интервал электромагнитного спектра между видимым светом и субмиллиметровыми радиоволнами, занимающий полосу от 0,76 до 400мкм.

Используемую для практических целей часть этого спектра можно представить состоящей их трех широких областей: ближнего, промежуточного и далекого инфракрасного излучения.

Ближняя область простирается от красных лучей видимого спектра до 1,5мкм, она используется преимущественно для целей связи.

Промежуточная область от 1,5 до 5мкм. представляет интерес для пассивного детектирования относительно горячих целей, например самолетов.

Далекая инфракрасная область между 8,5мкм. и 13мкм. используется для пассивного детектирования относительно холодных целей, например кораблей.

Вопрос 3. Виды радиолокации - ____ мин.

По особенностям использования радиоволн радиолокация подразделяется на активную, активную с активным ответом, полуактивную, пассивную.

Активная радиолокация - осуществляется путем облучения цели радиоволнами и приема отраженной от нее энергии. Она основывается на следующих свойствах радиоволн:

- постоянстве скорости и прямолинейности пути их распространения;

- способности радиоволн фокусироваться антеннами в направленные лучи;

- отражении радиоволн от неоднородностей встречающихся на пути их распространения;

Достоинство: высокая точность, использование совмещенных антенных систем.

Активная с активным ответом – характеризуется тем, что на объекте устанавливается ответчик, запускаемый сигналами активного радиолокатора. Наличие активного ответа позволяет повысить дальность действия радиолокационной системы, поскольку сигнал ответчика обладает большей интенсивностью, чем отраженный сигнал.

Системы с активным ответом широко применяются для опознавания принадлежности цели путем анализа характера сигнала ответчика.

Достоинства: позволяет увеличить дальность обнаружения целей.

Полуактивная радиолокация – является частным случаем активной радиолокации. Она отличается тем, что облучение цели и ее обнаружение производятся в различных пунктах. Так, например, в системе наведения ракет мощное передающее устройство, облучающее цель, может устанавливаться на земле или на самолете, а приемное устройство – непосредственно на борту ракеты.

Пассивная радиолокация – в основе лежит явление излучения электромагнитной энергии телами, температура которых отличается от абсолютного нуля

(-273,16⁰С). Объекты излучают электромагнитную энергию в следствии естественных причин (тепловые движения электронов, ионизация).

Некоторая часть энергии излучаемая телами попадает в диапазон электромагнитного спектра с длиной волны 10 – 100мм.

При этом излучения на коротких волнах распространяются до 8000 км., а на сверхдлинных волнах – на еще большую дальность. РЛС принимает эту электромагнитную энергию и использует для определения координат цели.

Достоинства пассивных радиолокаторов состоит в полной скрытности работы, объясняющейся отсутствием передающего устройства.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ – 5 мин.

1. Подвести итог занятия.

2. Ответить на вопросы студентов.

3. Дать задание на самоподготовку.

• Определение и задачи радиолокации;

• Факторы, определяющие получение радиоло-кационной информации;

• Виды радиолокации.

4. Закончить занятие.

Высветить слайд 2/2

Слайд 2/3

Слайд 2/4

Слайд 2/5

Слайд 2/6