ТЕМА13ГЗ1

1.

Эксплуатация и ремонт радиоэлектронного
оборудования самолетов, вертолетов и
авиационных ракет
Тема № 13
«Основы радиолокации».
Занятие № 1
«Принципы и методы радиолокации».
г. Самара

2. ЗАНЯТИЕ № 1

Основы радиолокации
Учебные вопросы:
• Общие сведения о радиолокации.
• Принцип радиолокационного обнаружения целей.
• Методы измерения координат и скорости движения
целей.
2

3.

ЗАНЯТИЕ № 1
Зарождение радиолокации можно отнести к 1887 году, когда наш соотечественник,
изобретатель радио Александр Степанович Попов открыл явление отражения радиоволн от
крупных объектов.
В истории отечественной радиолокации памятна дата 16 января 1934 года. В этот день в
Академии наук СССР состоялось историческое заседание на котором рассматривались
способы обнаружения самолетов ночью, в условиях плохой видимости и на больших
расстояниях.
Направлением разработки новых «электровизоров», так тогда называли такую аппаратуру,
руководил русский инженер Павел Кондратьевич Ощепков. Под его руководством был
создан радиоулавливатель самолетов РУС-1 или «Ревень», представлявший собой
радиолокационную
станцию с непрерывным излучением. В 1937 году такие
станции поступили на вооружение Красной армии.
3

4.

ЗАНЯТИЕ № 1
История развития бортовых радиолокационных станций для самолетов в
СССР начинается с конца 40-х годов прошлого века. Первое поколение
бортовых РЛС представляла собой импульсные радиолокационные станции
выполненные на электронных лампах и обеспечивающие перехват воздушных
целей летящих выше истребителя. Это были РЛС «Гнейс-2», «Гнейс-5»,
устанавливаемые на самолет Пе-2.
На послевоенных самолетах типа Ту-4 устанавливался прицел «Кобальт»,
на Ту-16 радиолокационный бомбоприцел РБП-4 и на самолет Ил-28 ПСБН-М.
В 1949 году для истребителя МиГ-15 была создана РЛС под шифром «Торий»,
а в дальнейшем типа «Коршун», «Изумруд».
Самолетная РЛС «Гнейс-2»
Самолетная РЛС «Гнейс-5»
4

5.

ЗАНЯТИЕ № 1
Все виды самолетной радиолокационной аппаратуры условно можно
разделить на 2 большие группы. В первую входят РЛС класса «воздух-воздух». К
таким РЛС относятся: радиолокационные станции перехвата и прицеливания
(обзорно-прицельные РЛС). Во вторую группу входят РЛС класса «воздухповерхность». К таким РЛС относятся: РЛС обзора поверхности земли, РЛС
обеспечения безопасного полета самолета, РЛС радиолокационной разведки
наземных целей.
В настоящее время на
самолетах устанавливаются радиолокационные
станции перехвата, наблюдения поверхности земли, разведки, предупреждения
столкновений с наземными препятствиями при полете на малых высотах, дальнего
радиолокационного обнаружения.
5

6.

1 . Общие сведения о радиолокации
Р адиолокация - это наука, занимающаяся вопросами применения радиоволн
для обнаружения, определения координат и параметров движения различных
объектов. О бъекты наблюдения в радиолокации называются цел ями.
С овокупность операций, выполняемых в радиолокации для обнаружения
целей, измерения координат, измерения параметров движения называется
радиолокационны м набл юдением. Технические устройства, предназначенные
для радиолокационных наблюдений называются радиолокационными станциями
(РЛС ).
О бнаружение целей заключается в установлении ф акта наличия цели в зоне
наблюдения. Измерение координат и параметров движения целей осуществляется
путем оценивания параметров радиоволн, отраженных от целей.
Методы радиолокации и соответствующие радиолокационные устройства
широко используются в других отраслях радиоэлектроники: в радионавигации,
которая занимается вопросами самолётовождения и посадки, в радиоуправлении
использующим методы радиолокации для ф ормирования сигналов управления
движением ракет и других беспилотных объектов.
В зависимости от природы возникновения радиоволн различают
радиолокационные каналы четырёх типов:
6

7. 1.РЛС пассивна, объект активен. Используется простой канал связи, при котором распространение радиоволн происходит в одном

1 . Общие сведения о радиолокации
1 . РЛС пассивна, объект активен. Используется простой канал связи,
при котором распространение радиоволн происходит в одном
направлении от объекта к РЛС. По этому принципу работают
автоматические радиокомпасы, СПО, маркерные радиоприёмники и др.
ИНД
РЛС
Объект
7

8.

1 . Общие сведения о радиолокации
2 . РЛС и объект пассивны. Используется способность объектов излучать
радиоволны вследствие естественных причин. По такому принципу работают
радиометрические станции обзора земной поверхности, система дальнего
обнаружения запусков ракет и некоторые телеметрические системы.
8

9.

1 . Общие сведения о радиолокации
3. РЛС активна, объект пассивен. По такому принципу действуют наземные
обзорные РЛС, бортовые РЛС, РЛС разведки и картографирования, станции
предупреждения столкновения с наземными объектами при маловысотном
полете.
9

10.

1 . Общие сведения о радиолокации
4 . РЛС и объект активны. Применяется сложный канал, состоящий из двух частей –
канала запроса и канала ответа, то есть это система с активным ответом. К ним
относятся: системы государственного опознавания, некоторые навигационные
системы, самолетные ответчики.
10

11.

1 . Общие сведения о радиолокации
Применение радиоволн для обнаружения целей и измерения координат
обусловлено следующими свойствами радиоволн:
• Радиоволны распространяются с постоянной скоростью.
• Распространение радиоволн на большие расстояния не зависит от условий
видимости и сравнительно мало зависит от метеорологических условий.
• Радиоволны отражаются от различных объектов, которые встречаются на пути
их распространения.
• Радиоволны УКВ диапазона распространяются прямолинейно в однородной
среде.
11

12.

2 . Принцип радиолокационного обнаружения целей
Радиоволны, излученные радиопередатчиком, встретив какое – либо
препятствие, отражаются от него и частично возвращаются к источнику
излучения, где они улавливаются приёмником радиоволн. Определив интервал
времени между моментом излучения и моментом приёма отражённого сигнала
можно определить расстояние до объекта.
D = ct/2;
(формула 1)
где t – временной интервал между зондирующим импульсом и отражённым
сигналом, с – скорость
распространения радиоволн (скорость света).
12

13.

2 . Принцип радиолокационного обнаружения целей
Однако для измерения необходимо, чтобы излучаемая радиоволна была
промодулированна, так как при постоянной амплитуде и частоте волны невозможна
передача информации, а следовательно и определение расстояния также невозможно.
Модуляция может осуществляться различными способами. Основными из них являются
импульсная (ИМ), амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ) модуляции.
При измерении параметров цели необходимо определить данные о ее положении в
пространстве по угловым координатам (азимуту и углу места). Эту информацию
получают, применяя антенны с остронаправленной (игольчатой) диаграммой
направленности.
Интенсивность отражения радиоволн от целей зависит от следующих основных
факторов:
1 . Материал, из которого изготовлен объект.
2 . Соотношение размеров объекта и длины волны.
3. Форма объекта и его ориентация в пространстве
13

14.

2 . Принцип радиолокационного обнаружения целей
Соотношение размеров объекта и длины волны λ играет существенную роль при
отражении радиоволн. Чем меньше λ , тем больше интенсивность вторичного
излучения. Поэтому в радиолокации наиболее эффективными являются волны
дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазона. Однако при выборе
конкретного значения необходимо учитывать затухание радиоволн в атмосфере,
являющееся значительным в некоторых участках миллиметровых волн.
Мощность отраженного от цели сигнала зависит также от отражающих свойств цели.
Для оценки отражающих свойств цели вводится обобщенная величина — эффективная
площадь отражения (ЭПО), которую обозначают символом . Это площадь фиктивной
(воображаемой) поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению
падающей волны и являющейся идеальным и изотропным переизлучателем, которая,
будучи помещена в точку расположения цели, создает у антенны РЛС ту же плотность
потока мощности, что и реальная цель.
Для простых целей ЭПО вычисляется аналитически. В случае сложных точечных целей,
к которым следует отнести большинство реальных целей, ЭПО определяют
экспериментально. Для примера в таблице приведены средние значения ЭПО
некоторых реальных целей.
14

15.

2 . Принцип радиолокационного обнаружения целей
Тип цели
Крылатая ракета
Автомашина
Истребитель
Истребитель, выполненный по программе «Стелс»
Фронтовой бомбардировщик
Тяжелый бомбардировщик
Транспортный самолет
Малые суда (водоизмещение 50—200 т)
Большие корабли (более 10000 т)
F-35 выполнен по технологии “Стелс”
ЭПО, м2
0,1
1…3
3…5
0,01
7…10
15…20
40…70
50…250
более 10000
Т-5 0 выполнен по технологии “Стелс”
15

16.

2 . Принцип радиолокационного обнаружения целей
Максимальную дальность обнаружения можно охарактеризовать эмпирической
формулой:
(формула 2 )
Где - коэффициент направленного действия антенны РЛС, σ – ЭПО, - длина
волны, Pпрд – мощность, излучаемая РЛС, Pпрм мин. – минимальная мощность
отражённого сигнала, при которой он различается на фоне шумов, т. е.
чувствительность приёмного тракта РЛС.
16

17.

3. Методы измерения координат и скорости движения целей
Все методы делятся на 3 большие группы:
•Методы измерения дальности (расстояний)
•Методы измерения угловых координат
•Методы измерения высоты
Нас будут интересовать первые 2
17

18.

3. 1 Методы измерения дальности
Все методы измерения дальности основываются на прямом или косвенном
измерении времени прохождения излученной электромагнитной волной
расстояний от РЛС до объекта и обратно. В радиолокации это время часто
называют временем запаздывания радиосигнала. Время запаздывания может
измеряться непосредственно или сравнением того или иного параметра
излучаемых колебаний с параметром отраженных колебаний. Непосредственное
измерение времени запаздывания возможно в импульсных РЛС, в которых
электромагнитная энергия излучается в течение очень короткого промежутка
времени, исчисляемого единицами и долями микросекунд. При этом метод
измерения дальности получил название импульсного. При непрерывных
излучениях время запаздывания измеряется сравнением частоты или фазы
излучаемых и отраженных колебаний, отчего методы дальности получили
название соответственно частотного и фазового.
18

19.

3. 1 . 1 Импульсный метод измерения дальности
При импульсном методе измерения дальности передатчик РЛС периодически
излучает электромагнитную энергию в течение очень короткого промежутка
времени, называемого длительностью импульса и. В радиолокационных станциях
момент излучения может фиксироваться, что позволяет использовать его как
начало отсчета при измерении времени прохождения сигнала от РЛС до цели и
обратно.
Цель №2
Цель №1
Излученный
импульс
№1
2Д1
Отраженные
сигналы
№2
и
tД1= С
2Д2
tД2= С
19

20.

3. 1 . 1 Импульсный метод измерения дальности
Как уже отмечалось, отраженные от целей сигналы принимаются приемником РЛС
с запозданием относительно импульсов излучения, причем время запаздывания
2Д
и будет тем больше, чем больше
С
оказывается пропорциональным дальности t=
удаление цели от РЛС. Так как скорость распространения электромагнитной
энергии заведомо известна, то, измерив время запаздывания сигнала, можно
определить дальность до объекта по формуле