Il radar emette energia elettromagnetica e rileva gli echi provenienti dagli oggetti riflessi e ne determina anche le caratteristiche. Lo scopo del progetto del corso è considerare un radar a tutto tondo e calcolare gli indicatori tattici di questo radar: portata massima tenendo conto dell'assorbimento; risoluzione reale in portata e azimut; precisione reale delle misurazioni di portata e azimut. La parte teorica fornisce uno schema funzionale di un radar attivo ad impulsi per bersagli aerei per il controllo del traffico aereo.
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I sistemi radar (radar) sono progettati per rilevare e determinare le coordinate attuali (portata, velocità, elevazione e azimut) degli oggetti riflessi.
Il radar emette energia elettromagnetica e rileva gli echi provenienti dagli oggetti riflessi e ne determina anche le caratteristiche.
Lo scopo del progetto del corso è considerare un radar a tutto tondo e calcolare gli indicatori tattici di questo radar: portata massima tenendo conto dell'assorbimento; risoluzione reale in portata e azimut; precisione reale delle misurazioni di portata e azimut.
La parte teorica fornisce uno schema funzionale di un radar attivo ad impulsi per bersagli aerei per il controllo del traffico aereo. Vengono inoltre forniti i parametri del sistema e le formule per il suo calcolo.
Nella parte di calcolo sono stati determinati i seguenti parametri: portata massima tenendo conto dell'assorbimento, portata reale e risoluzione dell'azimut, precisione della misurazione della portata e dell'azimut.
1. Parte teorica
1.1 Schema funzionale del radarvista a tutto tondo
Radar il campo della radioingegneria, che prevede l'osservazione radar di vari oggetti, ovvero il loro rilevamento, la misurazione delle coordinate e dei parametri di movimento, nonché l'identificazione di determinate proprietà strutturali o fisiche utilizzando onde radio riflesse o riemesse da oggetti o la propria emissione radio. Le informazioni ottenute durante la sorveglianza radar sono chiamate radar. I dispositivi di sorveglianza radar radiotecnici sono chiamati stazioni radar (radar) o radar. Gli stessi oggetti di sorveglianza radar sono chiamati bersagli radar o semplicemente bersagli. Quando si utilizzano onde radio riflesse, i bersagli radar sono eventuali disomogeneità nei parametri elettrici del mezzo (permeabilità dielettrica e magnetica, conduttività) in cui si propaga l'onda primaria. Ciò include aerei (aerei, elicotteri, palloni meteorologici, ecc.), idrometeore (pioggia, neve, grandine, nuvole, ecc.), navi fluviali e marittime, oggetti terrestri (edifici, automobili, aeroplani negli aeroporti, ecc.). ) , tutti i tipi di oggetti militari, ecc. Un tipo speciale di bersagli radar sono oggetti astronomici.
La fonte delle informazioni radar è il segnale radar. A seconda dei metodi per ottenerlo, si distinguono i seguenti tipi di sorveglianza radar.
- Radar a risposta passiva,basato sul fatto che le oscillazioni emesse dal segnale di sondaggio radar vengono riflesse dal bersaglio ed entrano nel ricevitore radar sotto forma di segnale riflesso. Questo tipo di sorveglianza è talvolta chiamato anche radar a risposta passiva attiva.
Radar a risposta attiva,chiamato radar attivo con risposta attiva, è caratterizzato dal fatto che il segnale di risposta non viene riflesso, ma riemesso utilizzando uno speciale transponder: un ripetitore. Allo stesso tempo, la portata e il contrasto dell'osservazione radar aumentano in modo significativo.
Il radar passivo si basa sulla ricezione delle emissioni radio dei bersagli, principalmente nelle gamme millimetriche e centimetriche. Se il segnale sonoro nei due casi precedenti può essere utilizzato come segnale di riferimento, che fornisce la possibilità fondamentale di misurare la portata e la velocità, in questo caso tale possibilità non esiste.
Un sistema radar può essere pensato come un canale radar, simile alle comunicazioni radio o ai canali di telemetria. I componenti principali di un radar sono un trasmettitore, un ricevitore, un'antenna e un dispositivo terminale.
Le fasi principali della sorveglianza radar sono:rilevamento, misurazione, risoluzione e riconoscimento.
Rilevamento è il processo di decisione sulla presenza di obiettivi con una probabilità accettabile di una decisione errata.
Misurazione consente di stimare le coordinate dei bersagli e i parametri del loro movimento con errori accettabili.
Autorizzazione consiste nell'eseguire i compiti di rilevamento e misurazione delle coordinate di un bersaglio in presenza di altri che sono vicini per portata, velocità, ecc.
Riconoscimento permette di stabilire alcuni tratti caratteristici del bersaglio: è punto o gruppo, movimento o gruppo, ecc.
Le informazioni radar provenienti dal radar vengono trasmesse tramite canale radio o cavo al punto di controllo. Il processo di tracciamento radar dei singoli bersagli è automatizzato ed eseguito utilizzando un computer.
La navigazione aerea lungo la rotta è fornita dagli stessi radar utilizzati nel controllo del traffico aereo. Vengono utilizzati sia per monitorare l'aderenza ad un determinato percorso sia per determinare la posizione durante il volo.
Per eseguire l'atterraggio e la sua automazione, insieme ai sistemi di radiofari, sono ampiamente utilizzati i radar di atterraggio, che forniscono il monitoraggio della deviazione dell'aereo dalla rotta e dal percorso di planata.
Numerosi dispositivi radar aviotrasportati vengono utilizzati anche nell'aviazione civile. Ciò include principalmente il radar di bordo per il rilevamento di formazioni meteorologiche e ostacoli pericolosi. Di solito serve anche per rilevare la terra per fornire la possibilità di navigazione autonoma lungo i caratteristici punti di riferimento radar terrestri.
I sistemi radar (radar) sono progettati per rilevare e determinare le coordinate attuali (portata, velocità, elevazione e azimut) degli oggetti riflessi. Il radar emette energia elettromagnetica e rileva gli echi provenienti dagli oggetti riflessi e ne determina anche le caratteristiche.
Consideriamo il funzionamento di un radar attivo a impulsi per il rilevamento di bersagli aerei per il controllo del traffico aereo (ATC), la cui struttura è mostrata nella Figura 1. Il dispositivo di controllo della vista (controllo dell'antenna) viene utilizzato per visualizzare lo spazio (solitamente circolare) con un fascio dell'antenna, stretto nel piano orizzontale e largo in quello verticale.
Il radar in questione utilizza una modalità di radiazione pulsata, quindi, nel momento in cui termina il successivo impulso radio di sondaggio, l'unica antenna commuta da trasmettitore a ricevitore e viene utilizzata per la ricezione fino a quando non inizia a generarsi il successivo impulso radio di sondaggio, dopodiché l'antenna viene nuovamente collegato al trasmettitore e così via.
Questa operazione viene eseguita da un interruttore di trasmissione-ricezione (RTS). Gli impulsi di trigger, che impostano il periodo di ripetizione dei segnali di sondaggio e sincronizzano il funzionamento di tutti i sottosistemi radar, sono generati da un sincronizzatore. Il segnale dal ricevitore dopo il convertitore analogico-digitale (ADC) viene fornito al processore di segnale dell'apparecchiatura di elaborazione delle informazioni, dove viene eseguita l'elaborazione primaria delle informazioni, consistente nel rilevamento del segnale e nella modifica delle coordinate del bersaglio. I contrassegni target e le tracce della traiettoria si formano durante l'elaborazione iniziale delle informazioni nell'elaboratore di dati.
I segnali generati, insieme alle informazioni sulla posizione angolare dell'antenna, vengono trasmessi per l'ulteriore elaborazione al posto di comando, nonché per il monitoraggio all'indicatore di visibilità a tutto tondo (PVI). Quando il radar funziona in modo autonomo, il PPI funge da elemento principale per il monitoraggio della situazione aerea. Un radar di questo tipo elabora solitamente le informazioni in forma digitale. A tale scopo è previsto un dispositivo per convertire il segnale in un codice digitale (ADC).
Figura 1 Schema funzionale del radar a tutto tondo
1.2 Definizioni e principali parametri del sistema. Formule per il calcolo
Caratteristiche tattiche di base del radar
Portata massima
La portata massima è determinata da esigenze tattiche e dipende da molte caratteristiche tecniche del radar, dalle condizioni di propagazione delle onde radio e dalle caratteristiche del bersaglio, che sono soggette a cambiamenti casuali nelle reali condizioni di utilizzo delle stazioni. Pertanto, l'intervallo massimo è una caratteristica probabilistica.
L'equazione della portata nello spazio libero (cioè senza tener conto dell'influenza del suolo e dell'assorbimento nell'atmosfera) per un bersaglio puntuale stabilisce la relazione tra tutti i principali parametri del radar.
dove E isl - energia emessa in un impulso;
S a - area effettiva dell'antenna;
S efo - Area bersaglio riflettente efficace;
- lunghezza d'onda;
k p - coefficiente di discriminabilità (rapporto energia segnale-rumore all'ingresso del ricevitore, che garantisce la ricezione di segnali con una determinata probabilità di rilevamento corretto W di e la probabilità di un falso allarme Wlt);
Esh - energia del rumore agente durante la ricezione.
Dove R e - e potenza dell'impulso;
e , - durata dell'impulso.
Dove diavolo - dimensione orizzontale dello specchio dell'antenna;
d av- dimensione verticale dello specchio dell'antenna.
k r = k r.t. ,
dove k r.t. - coefficiente teorico di distinguibilità.
k r.t. =,
dove q0 - parametro di rilevamento;
N - il numero di impulsi ricevuti dal bersaglio.
dove Wlt - probabilità di falso allarme;
W di - probabilità di rilevamento corretto.
dove t regione,
F e - frequenza di invio degli impulsi;
Qa0,5 - Larghezza del diagramma di radiazione dell'antenna al livello di potenza 0,5
dove è la velocità angolare di rotazione dell'antenna.
dove T revisione è il periodo di revisione.
dove k =1,38 10 -23 J/deg - costante di Boltzmann;
k sh - figura di rumore del ricevitore;
T - temperatura del ricevitore in gradi Kelvin ( T =300K).
La portata massima del radar, tenendo conto dell'assorbimento dell'energia delle onde radio.
dove asino - coefficiente di attenuazione;
D - larghezza dello strato indebolente.
Portata minima del radar
Se il sistema di antenna non impone restrizioni, la portata minima del radar è determinata dalla durata dell'impulso e dal tempo di ripristino dell'interruttore dell'antenna.
dove c è la velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica nel vuoto, c = 3∙10 8 ;
e , - durata dell'impulso;
τ dentro - tempo di ripristino del commutatore d'antenna.
Risoluzione della portata del radar
La risoluzione della portata reale quando si utilizza un indicatore di visibilità a tutto tondo come dispositivo di output sarà determinata dalla formula
(D)= (D) sudore + (D) ind,
g de (D) sudore - risoluzione della portata potenziale;
(D) ind - risoluzione del range dell'indicatore.
Per un segnale sotto forma di un treno incoerente di impulsi rettangolari:
dove c è la velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica nel vuoto; c = 3∙10 8 ;
e , - durata dell'impulso;
(D) ind - la risoluzione dell'intervallo dell'indicatore è calcolata dalla formula
g de D shk - valore limite della scala di portata;
k e = 0,4 - fattore di utilizzo dello schermo,
Qf - qualità di messa a fuoco del tubo.
Risoluzione azimutale del radar
La risoluzione azimutale effettiva è determinata dalla formula:
( az) = ( az) sudore + ( az) ind,
dove ( az ) vaso - potenziale risoluzione dell'azimut quando si approssima il diagramma di radiazione di una curva gaussiana;
( az ) ind - risoluzione azimutale dell'indicatore
( az ) sudore =1,3 Q a 0,5 ,
( az ) ind = d n M f ,
dove dn - diametro dello spot del tubo catodico;
Mf scala della scala.
dove r - rimuovendo il segno dal centro dello schermo.
Precisione nel determinare le coordinate per intervallo E
L'accuratezza della determinazione della portata dipende dall'accuratezza della misurazione del ritardo del segnale riflesso, dagli errori dovuti all'elaborazione non ottimale del segnale, dalla presenza di ritardi del segnale non contabilizzati nei percorsi di trasmissione, ricezione e indicazione e da errori casuali nella misurazione della portata nei dispositivi indicatori.
La precisione è caratterizzata dall'errore di misurazione. L'errore quadratico medio risultante della misurazione della portata è determinato dalla formula:
dove (D) sudore - potenziale errore di misurazione della portata.
Distribuzione (D). errore dovuto alla non linearità della propagazione;
(D) app - errore hardware.
dove q0 - doppio rapporto segnale-rumore.
Precisione della determinazione delle coordinate azimutali
Errori sistematici nelle misurazioni dell'azimut possono verificarsi a causa dell'orientamento impreciso del sistema di antenna radar e della mancata corrispondenza tra la posizione dell'antenna e la scala elettrica dell'azimut.
Errori casuali nella misurazione dell'azimut target sono causati dall'instabilità del sistema di rotazione dell'antenna, dall'instabilità degli schemi di generazione della marcatura dell'azimut, nonché da errori di lettura.
L'errore quadratico medio risultante nella misurazione dell'azimut è determinato da:
Dati iniziali (opzione 5)
- Lunghezza d'onda , [cm] …............................................. ........................... .... 6
- Potenza impulsiva R e , [kW] ............................................ .............. 600
- Durata dell'impulso e , [μs] ............................................ ...... ........... 2,2
- Frequenza di invio degli impulsi F e , [Hz]................................................ ..... ......700
- Dimensione orizzontale dello specchio dell'antenna gg [m].............................. 7
- Dimensione verticale dello specchio dell'antenna d av , [m] ............................ 2.5
- Revisione del periodo T di revisione , [Con] .............................................. ................................... 25
- Figura di rumore del ricevitore k sh ................................................. ....... 5
- Probabilità di rilevamento corretto W di ............................. .......... 0,8
- Probabilità di falso allarme W lt.. ................................................ ....... 10 -5
- Diametro dello schermo dell'indicatore della vista intorno d e , [mm] .................... 400
- Area bersaglio riflettente efficace S efo, [m 2 ] …...................... 30
- Qualità della messa a fuoco Qf ............................................................... ...... 400
- Limite della scala di portata D shk1 , [km] ............................ 50 D shk2 , [km].............................. 400
- Segni di misurazione della portataD , [km]............................................ 15
- Segni di misurazione dell'azimut , [gradi] .......................................... 4
2. Calcolo degli indicatori tattici del radar a tutto tondo
2.1 Calcolo della portata massima tenendo conto dell'assorbimento
Innanzitutto, la portata massima del radar viene calcolata senza tenere conto dell'attenuazione dell'energia delle onde radio durante la propagazione. Il calcolo viene effettuato secondo la formula:
(1)
Calcoliamo e stabiliamo le quantità comprese in questa espressione:
E isl = P e e =600 10 3 2.2 10 -6 =1.32 [J]
S a = d ag d av = 7 2,5 = 8,75 [m 2 ]
k r = k r.t.
k r.t. =
101,2
0,51 [gradi]
14,4 [gradi/s]
Sostituendo i valori risultanti avremo:
regione t = 0,036 [s], N = 25 impulsi e k r.t. = 2,02.
Sia = 10, allora k P =20.
Esh - energia del rumore agente durante la ricezione:
E w =kk w T =1.38 10 -23 5 300=2.07 10 -20 [J]
Sostituendo tutti i valori ottenuti nella (1), troviamo 634,38 [km]
Ora determiniamo la portata massima del radar, tenendo conto dell'assorbimento dell'energia delle onde radio:
(2)
Valore asino lo troviamo dai grafici. Per =6 cm asino preso pari a 0,01 dB/km. Supponiamo che l'attenuazione avvenga su tutto l'intervallo. In questa condizione, la formula (2) assume la forma di un'equazione trascendente
(3)
Risolviamo graficamente l'equazione (3). Per osl = 0,01 dB/km e D max = 634,38 km calcolati D max. slm = 305,9 km.
Conclusione: Dai calcoli ottenuti risulta chiaro che la portata massima del radar, tenendo conto dell'attenuazione dell'energia delle onde radio durante la propagazione, è pari a D max.os l = 305,9 [km].
2.2 Calcolo della portata effettiva e della risoluzione azimutale
La risoluzione effettiva della portata quando si utilizza un indicatore di visibilità a tutto tondo come dispositivo di output sarà determinata dalla formula:
(D) = (D) sudore + (D) ind
Per un segnale sotto forma di un treno incoerente di impulsi rettangolari
0,33 [km]
per D shk1 =50 [km], (D) ind1 =0,31 [km]
per D shk2 =400 [km], (D) ind2 =2,50 [km]
Risoluzione della portata reale:
per D sett1 =50 km (D) 1 = (D) sudore + (D) ind1 =0,33+0,31=0,64 [km]
per D sett2 =400 km (D) 2 = (D) sudore + (D) ind2 =0,33+2,50=2,83 [km]
Calcoliamo la reale risoluzione azimutale utilizzando la formula:
( az) = ( az) sudore + ( az) ind
( az ) sudore =1,3 Q a 0,5 =0,663 [gradi]
( az ) ind = d n M f
Prendendo r = k e d e / 2 (segno sul bordo dello schermo), otteniamo
0,717 [gradi]
( az )=0,663+0,717=1,38 [gradi]
Conclusione: La risoluzione effettiva della portata è:
per D shk1 = 0,64 [km], per D shk2 = 2,83 [km].
Risoluzione azimutale reale:
( az )=1,38 [gradi].
2.3 Calcolo della precisione reale delle misurazioni di distanza e azimut
La precisione è caratterizzata dall'errore di misurazione. L'errore quadratico medio risultante nella misurazione dell'intervallo verrà calcolato utilizzando la formula:
40,86
(D) sudore = [km]
Errore dovuto alla non linearità della propagazione Distribuzione (D). trascurato. Errori hardware (D) ca si riducono ad errori di lettura sulla scala dell'indicatore (D) ind . Adottiamo il metodo di conteggio tramite contrassegni elettronici (anelli di scala) sullo schermo indicatore del display a tutto tondo.
(D) ind = 0,1 D =1,5 [km], dove D - prezzo di divisione della scala.
(D) = = 5 [km]
Determiniamo l'errore quadratico medio risultante nella misurazione dell'azimut in modo simile:
0,065
( az ) ind =0,1 = 0,4
Conclusione: Dopo aver calcolato l'errore quadratico medio risultante della misurazione dell'intervallo, otteniamo (D) ( az) =0,4 [gradi].
Conclusione
In questo corso sono stati calcolati i parametri di un radar attivo a impulsi (portata massima tenendo conto dell'assorbimento, risoluzione reale in portata e azimut, precisione delle misurazioni della portata e dell'azimut) per il rilevamento di bersagli aerei per il controllo del traffico aereo.
Durante i calcoli sono stati ottenuti i seguenti dati:
1. La portata massima del radar, tenendo conto dell'attenuazione dell'energia delle onde radio durante la propagazione, è pari a D max.osl = 305,9 [km];
2. La risoluzione del campo reale è pari a:
per D sett1 = 0,64 [km];
per D shk2 = 2,83 [km].
Risoluzione azimutale reale: ( az )=1,38 [gradi].
3. Si ottiene l'errore quadratico medio risultante della misurazione della portata(D) =1,5 [km]. Errore quadratico medio della misurazione dell'azimut ( az ) =0,4 [gradi].
I vantaggi dei radar a impulsi includono la facilità di misurazione delle distanze dai bersagli e la loro risoluzione della portata, soprattutto quando ci sono molti bersagli nell'area di visualizzazione, nonché il disaccoppiamento temporale quasi completo tra le oscillazioni ricevute ed emesse. Quest'ultima circostanza consente l'utilizzo della stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione.
Lo svantaggio dei radar a impulsi è la necessità di utilizzare un'elevata potenza di picco delle oscillazioni emesse, nonché l'incapacità di misurare ampie zone morte a corto raggio.
I radar vengono utilizzati per risolvere una vasta gamma di problemi: dal garantire un atterraggio morbido di veicoli spaziali sulla superficie dei pianeti alla misurazione della velocità dei movimenti umani, dal controllo delle armi nei sistemi di difesa antimissile e antiaereo alla protezione personale.
Bibliografia
- Vasin V.V. Gamma di sistemi di misura per la radioingegneria. Sviluppo metodologico. - M.:MIEM 1977
- Vasin V.V. Risoluzione e accuratezza delle misure nei sistemi di misura della radioingegneria. Sviluppo metodologico. - M.: MIEM 1977
- Vasin V.V. Metodi per misurare le coordinate e la velocità radiale degli oggetti nei sistemi di misurazione della radioingegneria. Note di lettura. - M.: MIEM 1975.
4. Bakulev P.A. Sistemi radar. Libro di testo per le università. M.: “Radio-
Tecnica", 2004
5. Sistemi radio: Libro di testo per le università / Yu. M. Kazarinov [ecc.]; Ed. Yu. M. Kazarinova. M.: Accademia, 2008. 590 p.:
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Il termine "radar" è un'abbreviazione inglese (radio Detection and Range), messa in circolazione nel 1941, ma da tempo diventata una parola indipendente ed è entrata nella maggior parte delle lingue del mondo.
L’invenzione del radar è, ovviamente, un evento fondamentale. È difficile immaginare il mondo moderno senza stazioni radar. Sono utilizzati nell'aviazione, nel trasporto marittimo, con l'aiuto del radar si prevede il tempo, si identificano i trasgressori delle regole del traffico e si scansiona la superficie terrestre. I sistemi radar (RLC) hanno trovato la loro applicazione nell'industria spaziale e nei sistemi di navigazione.
Tuttavia, i radar hanno trovato il loro utilizzo più diffuso negli affari militari. Va detto che questa tecnologia è stata originariamente creata per esigenze militari e ha raggiunto la fase di implementazione pratica poco prima dello scoppio della Seconda Guerra Mondiale. Tutti i paesi più grandi che parteciparono attivamente a questo conflitto (e non senza risultati) utilizzarono stazioni radar per la ricognizione e il rilevamento di navi e aerei nemici. Si può affermare con sicurezza che l’uso dei radar ha deciso l’esito di numerose battaglie storiche sia in Europa che nel teatro delle operazioni del Pacifico.
Oggi i radar vengono utilizzati per risolvere una gamma estremamente ampia di compiti militari, dal monitoraggio del lancio di missili balistici intercontinentali alla ricognizione dell'artiglieria. Ogni aereo, elicottero e nave da guerra ha il proprio complesso radar. I radar sono la spina dorsale del sistema di difesa aerea. L'ultimo sistema radar a schiera sarà installato sul promettente carro armato russo Armata. In generale, la varietà dei radar moderni è sorprendente. Si tratta di dispositivi completamente diversi che differiscono per dimensioni, caratteristiche e scopo.
Possiamo affermare con sicurezza che oggi la Russia è uno dei leader mondiali riconosciuti nello sviluppo e nella produzione di radar. Tuttavia, prima di parlare delle tendenze nello sviluppo dei sistemi radar, è opportuno dire alcune parole sui principi di funzionamento dei radar, nonché sulla storia dei sistemi radar.
Come funziona il radar?
La posizione è il metodo (o processo) per determinare la posizione di qualcosa. Di conseguenza, il radar è un metodo per rilevare un oggetto o un oggetto nello spazio utilizzando onde radio emesse e ricevute da un dispositivo chiamato radar o radar.
Il principio fisico di funzionamento di un radar primario o passivo è abbastanza semplice: trasmette nello spazio le onde radio, che vengono riflesse dagli oggetti circostanti e vi ritornano sotto forma di segnali riflessi. Analizzandoli, il radar è in grado di rilevare un oggetto in un determinato punto dello spazio, nonché di mostrarne le principali caratteristiche: velocità, altitudine, dimensioni. Qualsiasi radar è un dispositivo radio complesso costituito da molti componenti.
Qualsiasi radar è costituito da tre elementi principali: un trasmettitore di segnale, un'antenna e un ricevitore. Tutte le stazioni radar possono essere divise in due grandi gruppi:
- impulso;
- azione continua.
Il trasmettitore radar a impulsi emette onde elettromagnetiche per un breve periodo di tempo (frazioni di secondo), il segnale successivo viene inviato solo dopo che il primo impulso ritorna al ricevitore. La frequenza di ripetizione degli impulsi è una delle caratteristiche più importanti di un radar. I radar a bassa frequenza emettono diverse centinaia di impulsi al minuto.
L'antenna radar a impulsi funziona sia in ricezione che in trasmissione. Dopo che il segnale è stato emesso, il trasmettitore si spegne per un po' e il ricevitore si accende. Dopo averlo preso, avviene il processo inverso.
I radar a impulsi presentano sia svantaggi che vantaggi. Possono determinare la portata di più bersagli contemporaneamente; un tale radar può facilmente accontentarsi di un'antenna; gli indicatori di tali dispositivi sono semplici. Tuttavia, il segnale emesso da un tale radar deve avere una potenza piuttosto elevata. Puoi anche aggiungere che tutti i moderni radar di localizzazione sono realizzati utilizzando un circuito a impulsi.
Nelle stazioni radar a impulsi, come sorgente del segnale vengono solitamente utilizzati magnetron o tubi a onde viaggianti.
L'antenna radar focalizza e dirige il segnale elettromagnetico, capta l'impulso riflesso e lo trasmette al ricevitore. Esistono radar in cui il segnale viene ricevuto e trasmesso da diverse antenne e possono essere posizionati a notevole distanza l'uno dall'altro. L'antenna radar è in grado di emettere onde elettromagnetiche in un cerchio o di operare in un settore specifico. Il raggio radar può essere diretto a spirale o a forma di cono. Se necessario, il radar può tracciare un bersaglio in movimento puntando costantemente l'antenna su di esso utilizzando sistemi speciali.
Le funzioni del ricevitore comprendono l'elaborazione delle informazioni ricevute e la loro trasmissione allo schermo da cui vengono lette dall'operatore.
Oltre ai radar pulsati, esistono anche radar continui che emettono costantemente onde elettromagnetiche. Tali stazioni radar utilizzano l'effetto Doppler nel loro lavoro. Sta nel fatto che la frequenza dell'onda elettromagnetica riflessa da un oggetto che si avvicina alla sorgente del segnale sarà maggiore rispetto a quella di un oggetto che si allontana. In questo caso la frequenza dell'impulso emesso rimane invariata. I radar di questo tipo non rilevano oggetti stazionari; il loro ricevitore capta solo onde con una frequenza superiore o inferiore a quella emessa.
Un tipico radar Doppler è il radar utilizzato dalla polizia stradale per determinare la velocità dei veicoli.
Il problema principale con i radar a onda continua è la loro incapacità di determinare la distanza di un oggetto, ma durante il loro funzionamento non vi è alcuna interferenza da parte di oggetti stazionari tra il radar e il bersaglio o dietro di esso. Inoltre, i radar Doppler sono dispositivi abbastanza semplici che necessitano solo di segnali a bassa potenza per funzionare. Va anche notato che le moderne stazioni radar a onda continua hanno la capacità di determinare la distanza da un oggetto. Ciò avviene modificando la frequenza del radar durante il funzionamento.
Uno dei problemi principali nel funzionamento dei radar a impulsi è l'interferenza proveniente da oggetti stazionari: di norma si tratta della superficie terrestre, delle montagne e delle colline. Quando i radar a impulsi di bordo degli aerei funzionano, tutti gli oggetti situati al di sotto vengono "oscurati" dal segnale riflesso dalla superficie terrestre. Se parliamo di sistemi radar terrestri o navali, per loro questo problema si manifesta nel rilevamento di bersagli che volano a bassa quota. Per eliminare tali interferenze viene utilizzato lo stesso effetto Doppler.
Oltre ai radar primari esistono anche i cosiddetti radar secondari, che vengono utilizzati nell'aviazione per identificare gli aerei. Tali sistemi radar comprendono oltre al trasmettitore, all'antenna e al ricevitore anche un transponder per aereo. Quando irradiato con un segnale elettromagnetico, il transponder fornisce informazioni aggiuntive su altitudine, percorso, numero dell'aereo e nazionalità.
Le stazioni radar possono anche essere suddivise in base alla lunghezza e alla frequenza dell'onda con cui operano. Ad esempio, per studiare la superficie terrestre, nonché per lavorare a distanze significative, vengono utilizzate onde di 0,9-6 m (frequenza 50-330 MHz) e 0,3-1 m (frequenza 300-1000 MHz). Per il controllo del traffico aereo, viene utilizzato un radar con una lunghezza d'onda di 7,5-15 cm e i radar oltre l'orizzonte delle stazioni di rilevamento del lancio di missili operano su onde con una lunghezza compresa tra 10 e 100 metri.
Storia del radar
L'idea del radar è nata quasi immediatamente dopo la scoperta delle onde radio. Nel 1905, Christian Hülsmeyer, un dipendente della società tedesca Siemens, creò un dispositivo in grado di rilevare grandi oggetti metallici utilizzando le onde radio. L'inventore propose di installarlo sulle navi in modo che potessero evitare collisioni in condizioni di scarsa visibilità. Tuttavia, le compagnie navali non erano interessate al nuovo dispositivo.
Esperimenti con il radar sono stati condotti anche in Russia. Alla fine del XIX secolo, lo scienziato russo Popov scoprì che gli oggetti metallici interferiscono con la propagazione delle onde radio.
All'inizio degli anni '20, gli ingegneri americani Albert Taylor e Leo Young riuscirono a rilevare una nave in transito utilizzando le onde radio. Tuttavia, lo stato dell'industria dell'ingegneria radiofonica a quel tempo era tale che era difficile creare campioni industriali di stazioni radar.
Le prime stazioni radar che potevano essere utilizzate per risolvere problemi pratici apparvero in Inghilterra intorno alla metà degli anni '30. Questi dispositivi erano molto grandi e potevano essere installati solo a terra o sul ponte di grandi navi. Fu solo nel 1937 che fu creato un prototipo di radar in miniatura che poteva essere installato su un aereo. All'inizio della seconda guerra mondiale, gli inglesi avevano una catena di stazioni radar chiamata Chain Home.
Eravamo impegnati in una nuova direzione promettente in Germania. E, devo dire, non senza successo. Già nel 1935, un radar funzionante con display a raggi catodici fu dimostrato al comandante in capo della marina tedesca, Raeder. Successivamente, sulla base furono creati modelli seriali di radar: Seetakt per le forze navali e Freya per la difesa aerea. Nel 1940 il sistema radar di controllo del fuoco di Würzburg iniziò ad arrivare nell'esercito tedesco.
Tuttavia, nonostante gli evidenti risultati degli scienziati e degli ingegneri tedeschi nel campo dei radar, l'esercito tedesco iniziò a utilizzare i radar più tardi di quello britannico. Hitler e i vertici del Reich consideravano i radar esclusivamente armi difensive che non erano particolarmente necessarie all'esercito tedesco vittorioso. È per questo motivo che all'inizio della battaglia d'Inghilterra i tedeschi avevano schierato solo otto stazioni radar Freya, sebbene le loro caratteristiche fossero almeno altrettanto buone di quelle inglesi. In generale, possiamo dire che è stato l'uso riuscito del radar a determinare in gran parte l'esito della battaglia d'Inghilterra e il successivo confronto tra la Luftwaffe e l'aeronautica alleata nei cieli europei.
Successivamente i tedeschi, basandosi sul sistema di Würzburg, crearono una linea di difesa aerea, chiamata “Linea Kammhuber”. Utilizzando unità delle forze speciali, gli Alleati furono in grado di svelare i segreti dei radar tedeschi, che permisero di bloccarli efficacemente.
Nonostante gli inglesi siano entrati nella corsa al "radar" più tardi degli americani e dei tedeschi, sono riusciti a superarli sul traguardo e ad avvicinarsi all'inizio della seconda guerra mondiale con il più avanzato sistema di rilevamento radar degli aerei.
Già nel settembre 1935 gli inglesi iniziarono a costruire una rete di stazioni radar, che prima della guerra comprendeva già venti stazioni radar. Ha bloccato completamente l'approccio alle isole britanniche dalla costa europea. Nell'estate del 1940, gli ingegneri britannici crearono un magnetron risonante, che in seguito divenne la base per le stazioni radar aviotrasportate installate sugli aerei americani e britannici.
Anche in Unione Sovietica furono svolti lavori nel campo dei radar militari. I primi esperimenti di successo nel rilevamento di aerei mediante stazioni radar nell'URSS furono effettuati a metà degli anni '30. Nel 1939, il primo radar RUS-1 fu adottato dall'Armata Rossa e nel 1940 - RUS-2. Entrambe queste stazioni furono messe in produzione in serie.
La Seconda Guerra Mondiale dimostrò chiaramente l’elevata efficienza dell’utilizzo delle stazioni radar. Pertanto, dopo il suo completamento, lo sviluppo di nuovi radar è diventato una delle aree prioritarie per lo sviluppo di attrezzature militari. Nel corso del tempo, tutti gli aerei e le navi militari, senza eccezioni, ricevettero radar aviotrasportati e i radar divennero la base per i sistemi di difesa aerea.
Durante la Guerra Fredda, gli Stati Uniti e l'URSS acquisirono nuove armi distruttive: i missili balistici intercontinentali. Il rilevamento del lancio di questi missili divenne una questione di vita o di morte. Lo scienziato sovietico Nikolai Kabanov propose l'idea di utilizzare onde radio corte per rilevare gli aerei nemici a lunghe distanze (fino a 3mila km). Era abbastanza semplice: Kabanov ha scoperto che le onde radio lunghe 10-100 metri sono in grado di essere riflesse dalla ionosfera e di irradiare bersagli sulla superficie terrestre, ritornando allo stesso modo al radar.
Successivamente, sulla base di questa idea, furono sviluppati radar per il rilevamento oltre l'orizzonte dei lanci di missili balistici. Un esempio di tali radar è Daryal, una stazione radar che per diversi decenni costituì la base del sistema di allarme per il lancio di missili sovietici.
Attualmente, una delle aree più promettenti per lo sviluppo della tecnologia radar è la creazione di radar ad allineamento di fase (PAR). Tali radar non hanno uno, ma centinaia di emettitori di onde radio, il cui funzionamento è controllato da un potente computer. Le onde radio emesse da diverse sorgenti in un array in fase possono potenziarsi a vicenda se sono in fase o, al contrario, indebolirsi a vicenda.
Il segnale radar a schiera di fase può assumere qualsiasi forma desiderata, può essere spostato nello spazio senza modificare la posizione dell'antenna stessa e può funzionare con diverse frequenze di radiazione. Un radar Phased Array è molto più affidabile e sensibile di un radar con antenna convenzionale. Tuttavia, tali radar presentano anche degli svantaggi: un grosso problema è il raffreddamento dei radar ad allineamento di fase; inoltre sono difficili da produrre e costosi.
Nuovi radar Phased Array verranno installati sui caccia di quinta generazione. Questa tecnologia viene utilizzata nel sistema di allerta precoce degli attacchi missilistici americani. Il sistema radar con array di fasi sarà installato sul nuovissimo carro armato russo Armata. Va notato che la Russia è uno dei leader mondiali nello sviluppo di radar ad allineamento graduale.
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Il principio di funzionamento di un radar a impulsi può essere compreso considerando lo “Schema a blocchi semplificato di un radar a impulsi (Fig. 3.1, slide 20, 25 ) e grafici che spiegano il funzionamento di un radar a impulsi (Fig. 3.2, diapositiva 21, 26 ).
È meglio iniziare a considerare il funzionamento di un radar a impulsi dall'unità di sincronizzazione (unità di lancio) della stazione. Questo blocco imposta il “ritmo” del funzionamento della stazione: imposta la frequenza di ripetizione dei segnali sonori, sincronizza il funzionamento del dispositivo indicatore con il funzionamento del trasmettitore della stazione. Il sincronizzatore produce impulsi acuti a breve termine E zap con una certa frequenza di ripetizione T P. Strutturalmente, il sincronizzatore può essere realizzato sotto forma di un blocco separato o essere un'unica unità con il modulatore della stazione.
Modulatore controlla il funzionamento del generatore di microonde, lo accende e lo spegne. Il modulatore viene attivato da impulsi del sincronizzatore e genera potenti impulsi rettangolari dell'ampiezza richiesta U M e durata τ E. Il generatore di microonde viene acceso solo in presenza di impulsi del modulatore. La frequenza di commutazione del generatore di microonde e, di conseguenza, la frequenza di ripetizione degli impulsi di tastatura è determinata dalla frequenza degli impulsi del sincronizzatore T P. La durata di funzionamento del generatore di microonde ad ogni accensione (ovvero la durata dell'impulso di sondaggio) dipende dalla durata dell'impulso che si forma nel modulatore τ E. Durata dell'impulso del modulatore τ E di solito ammonta a unità di microsecondi e le pause tra loro sono centinaia e migliaia di microsecondi.
Sotto l'influenza della tensione del modulatore, il generatore di microonde genera potenti impulsi radio U gene, la cui durata e forma sono determinate dalla durata e dalla forma degli impulsi del modulatore. Le oscillazioni ad alta frequenza, ovvero gli impulsi provenienti dal generatore di microonde, entrano nell'antenna attraverso l'interruttore dell'antenna. La frequenza di oscillazione degli impulsi radio è determinata dai parametri del generatore di microonde.
Interruttore dell'antenna (AP) offre la possibilità di far funzionare il trasmettitore e il ricevitore su un'antenna comune. Durante la generazione dell'impulso di sondaggio (μs), collega l'antenna all'uscita del trasmettitore e blocca l'ingresso del ricevitore, e per il resto del tempo (il tempo di pausa è di centinaia, migliaia di μs) collega il antenna all'ingresso del ricevitore e scollegarla dal trasmettitore. Nel radar a impulsi, gli interruttori automatici ad alta velocità vengono utilizzati come interruttori dell'antenna.
L'antenna converte le oscillazioni delle microonde in energia elettromagnetica (onde radio) e la focalizza in un raggio stretto. I segnali riflessi dal bersaglio vengono ricevuti dall'antenna, passano attraverso l'interruttore dell'antenna e arrivano all'ingresso del ricevitore U Con, dove vengono selezionati, amplificati, rilevati e forniti ai dispositivi segnalatori tramite apparecchiature antidisturbo.
L'apparecchiatura anti-jamming viene attivata solo in presenza di interferenze passive e attive nell'area di copertura radar. Questa attrezzatura sarà studiata in dettaglio nell'argomento 7.
Il dispositivo indicatore è il dispositivo terminale del radar e viene utilizzato per visualizzare e recuperare le informazioni del radar. Il circuito elettrico e la struttura dei dispositivi di indicazione dipendono dallo scopo pratico della stazione e possono essere molto diversi. Per esempio, per i radar di rilevamento, utilizzando dispositivi indicatori, deve essere riprodotta la situazione aerea e devono essere determinate le coordinate dei bersagli D e β. Questi indicatori sono chiamati indicatori a 360 gradi (PVI). I radar di misurazione dell'altitudine target (altimetri) utilizzano indicatori di altitudine. Gli indicatori di distanza misurano solo la distanza dal bersaglio e vengono utilizzati per il controllo.
Per determinare con precisione l'intervallo, è necessario misurare l'intervallo di tempo T H(decine e centinaia di microsecondi) con elevata precisione, ovvero sono necessari dispositivi con inerzia molto bassa. Pertanto, gli indicatori di distanza utilizzano tubi a raggi catodici (CRT) come strumenti di misura.
Nota. Il principio della misurazione dell'intervallo è stato studiato nella Lezione 1, pertanto, quando si studia questo problema, l'attenzione principale dovrebbe essere prestata alla formazione di uno sweep sul PPI.
L'essenza della misurazione della portata (tempo di ritardo T H) utilizzando un CRT può essere spiegato utilizzando l'esempio dell'utilizzo di una scansione lineare in un tubo con controllo elettrostatico del fascio di elettroni.
Durante la scansione lineare in un CRT, il fascio di elettroni è influenzato dalla tensione di scansione U R si muove periodicamente a velocità costante in linea retta da sinistra a destra (Fig. 1.7, diapositiva 9, 12 ). La tensione di scansione viene generata da uno speciale generatore di scansione, che viene attivato dallo stesso impulso sincronizzatore del modulatore del trasmettitore. Pertanto, il movimento del raggio sullo schermo inizia ogni volta che viene inviato l'impulso della sonda.
Quando si utilizza un contrassegno di ampiezza target, il segnale riflesso proveniente dall'uscita del ricevitore provoca la deflessione del raggio in una direzione perpendicolare. Pertanto, il segnale riflesso può essere visto sullo schermo del tubo. Quanto più lontano è il bersaglio, tanto più tempo passa prima che appaia l'impulso riflesso e tanto più a destra il raggio ha il tempo di spostarsi lungo la linea di scansione. Ovviamente ad ogni punto della linea di scansione corrisponde un certo momento di arrivo del segnale riflesso e, quindi, un certo valore di portata.
I radar che funzionano in modalità di visione a tutto tondo utilizzano indicatori di visione a tutto tondo (PVI) e CRT con deflessione del raggio elettromagnetico e un segno di luminosità. L'antenna radar a fascio stretto (BP) viene spostata dal meccanismo di rotazione dell'antenna sul piano orizzontale e “guarda” lo spazio circostante (Fig. 3.3, diapositiva,
Sul PPI, la linea di scansione ruota in azimut in modo sincrono con l'antenna e l'inizio del movimento del fascio di elettroni dal centro del tubo in direzione radiale coincide con il momento di emissione dell'impulso di sondaggio. La rotazione sincrona dello spazzamento sul PPI con l'antenna radar viene eseguita utilizzando un azionamento sincrono di potenza (SSD). I segnali di risposta vengono visualizzati sullo schermo indicatore sotto forma di un segno di luminosità.
PPI consente di determinare simultaneamente l'intervallo D e azimut β obiettivi. Per facilità di riferimento, i contrassegni della scala sotto forma di cerchi e i contrassegni dell'azimut in scala sotto forma di linee radiali luminose sono applicati elettronicamente sullo schermo PPI (Fig. 3.3, diapositiva, 8, 27 ).
Nota. Utilizzando un televisore e una scheda TV, invita gli studenti a determinare le coordinate degli obiettivi. Specificare la scala dell'indicatore: i segni della distanza seguono dopo 10 km, i segni dell'azimut – dopo 10 gradi.
CONCLUSIONE
(diapositiva 28)
Determinare la distanza da un oggetto utilizzando il metodo degli impulsi si riduce alla misurazione del tempo di ritardo T H segnale riflesso rispetto all'impulso di sondaggio. Il momento dell'emissione dell'impulso di sondaggio viene considerato l'inizio del conto alla rovescia del tempo di propagazione delle onde radio.
Vantaggi dei radar a impulsi:
comodità dell'osservazione visiva di tutti i bersagli irradiati dall'antenna simultaneamente sotto forma di segni sullo schermo indicatore;
il funzionamento alternato del trasmettitore e del ricevitore consente l'uso di un'antenna comune per la trasmissione e la ricezione.
Seconda domanda di studio.
Indicatori chiave del metodo dell'impulso
Gli indicatori principali del metodo dell'impulso sono (slide 29) :
Portata massima determinata in modo inequivocabile, D;
risoluzione della portata, δD;
portata minima rilevabile, D min .
Diamo un'occhiata a questi indicatori.
Portata massima inequivocabile
La portata massima di un radar è determinata dalla formula base del radar e dipende dai parametri del radar.
L'univocità nel determinare la distanza da un oggetto dipende dal periodo di ripetizione degli impulsi di sondaggio T P. Inoltre, questa domanda sarà formulata come segue.
La portata massima del radar è di 300 km. Determinare il tempo di ritardo verso un bersaglio situato a questo intervallo
Il periodo di ripetizione degli impulsi di sondaggio è stato scelto pari a 1000 μs. Determinare la distanza dal bersaglio, il cui tempo di ritardo è uguale T P
Nello spazio aereo ci sono due bersagli: il bersaglio n. 1 a una distanza di 100 km e il bersaglio n. 2 a una distanza di 200 km. Come appariranno i segni di questi bersagli sull'indicatore radar (Fig. 3.4, diapositiva 22, 30 ).
Quando si sonda lo spazio con impulsi con un periodo di ripetizione di 1000 μs, il segno del bersaglio n. 1 verrà visualizzato a una distanza di 50 km, poiché dopo un raggio di 150 km inizierà un nuovo periodo di scansione e il bersaglio distante darà un segno all'inizio della scala (a una distanza di 50 km). L'intervallo calcolato non corrisponde a quello effettivo.
Come eliminare l'ambiguità nella determinazione dell'intervallo?
Dopo aver riassunto le risposte degli studenti, trai la seguente conclusione:
Per determinare in modo inequivocabile la portata, è necessario selezionare il periodo di ripetizione degli impulsi di sondaggio in base alla portata massima specificata del radar, ovvero
Per una determinata portata di 300 km, il periodo di ripetizione degli impulsi di sondaggio deve essere superiore a 2000 μs oppure la frequenza di ripetizione deve essere inferiore a 500 Hz.
Inoltre, la portata massima rilevabile dipende dall'ampiezza del raggio, dalla velocità di rotazione dell'antenna e dal numero richiesto di impulsi riflessi dal bersaglio per rotazione dell'antenna.
La risoluzione della distanza (δD) è la distanza minima tra due bersagli situati allo stesso azimut e angolo di elevazione alla quale i segnali riflessi da essi vengono osservati separatamente sullo schermo dell'indicatore(Fig. 3.5, diapositiva 23, 31, 32 ).
Per una data durata dell'impulso di sondaggio τ E e la distanza tra i bersagli ∆D 1 i target n. 1 e n. 2 vengono irradiati separatamente. Con la stessa durata dell'impulso, ma a distanza tra i bersagli ∆D 2 i bersagli n. 3 e n. 4 vengono irradiati simultaneamente. Di conseguenza, nel primo caso i PPI saranno visibili separatamente sullo schermo e nel secondo insieme. Ne consegue che per la ricezione separata dei segnali di impulso è necessario che l'intervallo di tempo tra i momenti della loro ricezione sia maggiore della durata dell'impulso τ E (∆ T > τ E )
Differenza minima (D 2 - D 1 ), in cui i target sono visibili sullo schermo separatamente, per definizione esiste una risoluzione della distanza δD, quindi
Oltre alla durata dell'impulso τ E La risoluzione della portata della stazione è influenzata dalla risoluzione dell'indicatore, determinata dalla scala di scansione e dal diametro minimo del punto luminoso sullo schermo CRT ( D P ≈ 1mm). Maggiore è la scala di rilevamento della portata e migliore è la focalizzazione del raggio CRT, migliore è la risoluzione dell'indicatore.
In generale, la risoluzione della portata del radar è uguale a
Dove δD E– risoluzione dell'indicatore.
Il meno δD , migliore è la risoluzione. In genere, la risoluzione della portata di un radar è δD= (0,5...5) km.
A differenza della risoluzione in distanza, la risoluzione in coordinate angolari (azimut δβ e elevazione δε ) Non dipende dal metodo radar ed è determinata dalla larghezza del diagramma di radiazione dell'antenna nel piano corrispondente, che di solito viene misurata a metà potenza.
Risoluzione azimutale del radar δβ Oè uguale a:
δβ O = φ 0,5r O + δβ E O ,
Dove φ 0,5r O– larghezza del diagramma di radiazione a metà potenza sul piano orizzontale;
δβ E O- risoluzione azimutale degli strumenti indicatori.
Le capacità di alta risoluzione del radar consentono di osservare e determinare separatamente le coordinate di bersagli vicini.
La portata minima rilevabile è la distanza più breve alla quale la stazione può ancora rilevare il bersaglio. A volte lo spazio attorno alla stazione in cui i bersagli non vengono rilevati viene chiamato zona “morta”. ( diapositiva 33 ).
L'uso di un'antenna in un radar a impulsi per trasmettere impulsi di sondaggio e ricevere segnali riflessi richiede lo spegnimento del ricevitore per la durata dell'emissione dell'impulso di sondaggio τ tu. Pertanto, i segnali riflessi che arrivano ad una stazione quando il suo ricevitore non è collegato all'antenna non verranno ricevuti e registrati sugli indicatori. Il periodo di tempo durante il quale il ricevitore non può ricevere segnali riflessi è determinato dalla durata dell'impulso di sondaggio τ tu e il tempo richiesto per commutare l'antenna dalla trasmissione alla ricezione dopo l'esposizione a un impulso di sonda del trasmettitore T V .
Conoscendo questa volta, il valore dell'intervallo minimo D min il radar a impulsi può essere determinato dalla formula
Dove τ tu- durata dell'impulso della sonda radar;
T V- il tempo in cui il ricevitore viene acceso dopo la fine dell'impulso di sonda del trasmettitore (unità - μs).
Per esempio. A τ tu= 10 µs D min = 1500 mt
A τ tu= 1 µs D min = 150 m.
Va tenuto presente che un aumento del raggio della zona "morta". D min deriva dalla presenza sullo schermo di un indicatore riflesso da oggetti locali e dal raggio limitato di rotazione dell'antenna in elevazione.
CONCLUSIONE
Il metodo del radar a impulsi è efficace nel misurare le portate di oggetti situati a lunghe distanze.
Terza domanda di studio
Metodo della radiazione continua
Insieme all'uso del metodo radar a impulsi, può essere effettuato utilizzando installazioni con radiazione energetica continua. Con il metodo dell'irraggiamento continuo è possibile inviare più energia verso il bersaglio.
Oltre al vantaggio dell'ordine energetico, il metodo della radiazione continua è inferiore al metodo pulsato in numerosi indicatori. A seconda di quale parametro del segnale riflesso funge da base per misurare la distanza dal bersaglio, il metodo radar continuo distingue:
metodo radar di fase (fasometrico);
Metodo del radar di frequenza.
Sono possibili anche metodi radar combinati, in particolare fase di impulso e frequenza di impulso.
Con il metodo delle fasi Nel radar, la distanza dal bersaglio viene giudicata dalla differenza nelle fasi delle oscillazioni riflesse emesse e ricevute. I primi metodi fasemetrici per misurare la distanza furono proposti e sviluppati dagli accademici L.I. Mandelstam e N.D. Papaleksi. Questi metodi hanno trovato applicazione nei sistemi di radionavigazione aeronautica a lungo raggio e a onde lunghe.
Con il metodo della frequenza Nel radar, la distanza dal bersaglio viene giudicata dalla frequenza dei battiti tra il segnale diretto e quello riflesso.
Nota. Gli studenti studiano questi metodi in modo indipendente. Letteratura: Slutsky V.Z. Tecnologia a impulsi e fondamenti del radar. pp. 227-236.
CONCLUSIONE
La determinazione della distanza da un oggetto con il metodo degli impulsi si riduce alla modifica del tempo di ritardo tres del segnale riflesso rispetto all'impulso di sondaggio.
Per determinare in modo univoco la distanza da un oggetto, è necessario che t zap.max ≤ T p.
La risoluzione della portata δD è tanto migliore quanto più breve è la durata dell'impulso di sondaggio τ u.
L'articolo discute il principio di funzionamento e lo schema strutturale generale del radar di una nave. Il funzionamento delle stazioni radar (radar) si basa sull'utilizzo del fenomeno della riflessione delle onde radio da vari ostacoli situati sul percorso della loro propagazione, ad es. nel radar, il fenomeno dell'eco viene utilizzato per determinare la posizione degli oggetti. A tale scopo, il radar è dotato di un trasmettitore, un ricevitore, uno speciale dispositivo antenna-guida d'onda e un indicatore con schermo per l'osservazione visiva dei segnali di eco. Pertanto, il funzionamento di una stazione radar può essere rappresentato come segue: il trasmettitore radar genera oscillazioni ad alta frequenza di una certa forma, che vengono inviate nello spazio in un raggio stretto che ruota continuamente lungo l'orizzonte. Le vibrazioni riflesse da qualsiasi oggetto sotto forma di segnale eco vengono ricevute dal ricevitore e visualizzate sullo schermo indicatore, mentre è possibile determinare immediatamente sullo schermo la direzione (rilevamento) dell'oggetto e la sua distanza dalla nave.
Il rilevamento di un oggetto è determinato dalla direzione di uno stretto raggio radar che cade attualmente sull'oggetto e viene riflesso da esso.
La distanza dell'oggetto può essere ottenuta misurando brevi intervalli di tempo tra l'invio dell'impulso di sondaggio e il momento della ricezione dell'impulso riflesso, a condizione che gli impulsi radio si propaghino con una velocità c = 3 X 108 m/sec. I radar delle navi dispongono di indicatori a tutto tondo (PSI), sullo schermo dei quali si forma un'immagine dell'ambiente di navigazione che circonda la nave.
Sono ampiamente utilizzati i radar costieri installati nei porti, nei loro accessi e sui canali o su fairway complessi. Con il loro aiuto, è stato possibile portare le navi nel porto, controllare il movimento delle navi lungo il fairway, canalizzare in condizioni di scarsa visibilità, in conseguenza del quale i tempi di fermo delle navi sono significativamente ridotti. Queste stazioni in alcuni porti sono integrate con speciali apparecchiature di trasmissione televisiva, che trasmettono le immagini dallo schermo della stazione radar alle navi che si avvicinano al porto. Le immagini trasmesse vengono ricevute a bordo da un ricevitore televisivo convenzionale, il che facilita enormemente al navigatore il compito di entrare in porto in condizioni di scarsa visibilità.
I radar costieri (portuali) possono essere utilizzati anche dal dispatcher portuale per monitorare il movimento delle navi che si trovano nelle acque portuali o in avvicinamento ad esso.
Consideriamo il principio di funzionamento del radar di una nave con un indicatore di visibilità a tutto tondo. Usiamo uno schema a blocchi semplificato di un radar per spiegarne il funzionamento (Fig. 1).
L'impulso di attivazione generato dal generatore SI lancia (sincronizza) tutte le unità radar.
Quando gli impulsi di attivazione arrivano al trasmettitore, il modulatore (Mod) genera un impulso rettangolare della durata di diverse decine di microsecondi, che viene alimentato al generatore di magnetron (MG).
Il magnetron genera un impulso di sonda con potenza di 70-80 kW, lunghezza d'onda 1 = 3,2 cm, frequenza /s = 9400 MHz. L'impulso del magnetron viene fornito all'antenna tramite un interruttore dell'antenna (AS) attraverso una speciale guida d'onda e irradiato nello spazio in un raggio stretto e diretto. La larghezza del fascio nel piano orizzontale è di 1-2° e nel piano verticale di circa 20°. L'antenna, ruotando attorno ad un asse verticale ad una velocità di 12-30 giri al minuto, irradia tutto lo spazio circostante la nave.
I segnali riflessi vengono ricevuti dalla stessa antenna, quindi l'AP collega alternativamente l'antenna prima al trasmettitore e poi al ricevitore. L'impulso riflesso viene alimentato attraverso un interruttore d'antenna ad un mixer a cui è collegato un oscillatore klystron (KG). Quest'ultimo genera oscillazioni di bassa potenza con frequenza f Ã=946 0 MHz.
Nel mixer, come risultato dell'aggiunta delle oscillazioni, viene rilasciata una frequenza intermedia fPR=fГ-fС=60 MHz, che poi va ad un amplificatore a frequenza intermedia (IFA), che amplifica gli impulsi riflessi. Utilizzando un rilevatore situato all'uscita dell'amplificatore, gli impulsi amplificati vengono convertiti in impulsi video, che vengono inviati attraverso un mixer video (VS) a un amplificatore video. Qui vengono amplificati e inviati al catodo di un tubo a raggi catodici (CRT).
Un tubo a raggi catodici è un tubo a vuoto appositamente progettato (vedere Fig. 1).
È costituito da tre parti principali: un cannone elettronico con un dispositivo di focalizzazione, un sistema magnetico deflettore e un bulbo di vetro con uno schermo con proprietà di postluminescenza.
Il cannone elettronico 1-2 e il dispositivo di focalizzazione 4 formano un fascio di elettroni denso e ben focalizzato e il sistema di deflessione 5 serve a controllare questo fascio di elettroni.
Dopo aver attraversato il sistema di deflessione, il fascio di elettroni colpisce lo schermo 8, che è rivestito con una sostanza speciale che ha la capacità di brillare se bombardata da elettroni. Il lato interno della parte larga del tubo è rivestito con uno speciale strato conduttivo (grafite). Questo strato è l'anodo principale del tubo 7 e presenta un contatto al quale viene applicata un'elevata tensione positiva. L'anodo 3 è un elettrodo di accelerazione.
La luminosità del punto luminoso sullo schermo CRT viene regolata modificando la tensione negativa sull'elettrodo di controllo 2 utilizzando il potenziometro “Luminosità”. Nello stato normale il tubo è bloccato con tensione negativa sull'elettrodo di controllo 2.
L'immagine dell'ambiente circostante sullo schermo dell'indicatore di visibilità a tutto tondo si ottiene come segue.
Contemporaneamente all'inizio della radiazione da parte del trasmettitore di impulsi della sonda, viene avviato un generatore di spazzate, costituito da un multivibratore (MB) e un generatore di corrente a dente di sega (RCG), che genera impulsi a dente di sega. Questi impulsi vengono inviati al sistema di deflessione 5, che ha un meccanismo di rotazione collegato al sincronizzatore ricevente 6.
Contemporaneamente viene applicato un impulso rettangolare di tensione positiva all'elettrodo di comando 2 e lo sblocca. Con l'apparizione di una corrente crescente (a dente di sega) nel sistema di deflessione del CRT, il fascio di elettroni inizia a deviare dolcemente dal centro verso il bordo del tubo e sullo schermo appare un raggio di scansione luminoso. Il movimento radiale del raggio sullo schermo è molto debolmente visibile. Nel momento in cui arriva il segnale riflesso, il potenziale tra la griglia e il catodo di controllo aumenta, il tubo viene sbloccato e sullo schermo inizia a illuminarsi un punto corrispondente alla posizione attuale del raggio che esegue il movimento radiale. La distanza dal centro dello schermo al punto luminoso sarà proporzionale alla distanza dall'oggetto. Il sistema di deflessione ha un movimento rotatorio.
Il meccanismo di rotazione del sistema di deflessione è collegato mediante trasmissione sincrona al sensore sincrono dell'antenna 9, quindi la bobina di deflessione ruota attorno al collo del CRT in modo sincrono e in fase con l'antenna 12. Di conseguenza, appare un raggio di scansione rotante sullo schermo CRT.
Quando si ruota l'antenna, la linea di scansione ruota e nuove aree iniziano ad illuminarsi sullo schermo indicatore, corrispondenti agli impulsi riflessi da vari oggetti situati in direzioni diverse. Per una rotazione completa dell'antenna, l'intera superficie dello schermo CRT è ricoperta da numerose linee di scansione radiali, che si illuminano solo se sono presenti oggetti riflettenti sui cuscinetti corrispondenti. Pertanto, sullo schermo del tubo viene riprodotta un'immagine completa della situazione che circonda la nave.
Per la misurazione approssimativa delle distanze di vari oggetti, sullo schermo CRT vengono applicati anelli di scala (cerchi a distanza fissa) utilizzando l'illuminazione elettronica generata nell'unità PCD. Per misurare con maggiore precisione la distanza, il radar utilizza uno speciale dispositivo telemetro con il cosiddetto cerchio di portata mobile (MRC).
Per misurare la distanza da qualsiasi bersaglio sullo schermo CRT, è necessario ruotare l'impugnatura del telemetro, allineare il PCD con il contrassegno del bersaglio ed effettuare una lettura in miglia e decimi da un contatore collegato meccanicamente all'impugnatura del telemetro.
Oltre ai segnali eco e agli anelli di distanza, sullo schermo CRT è illuminato il segno di rotta 10 (vedere Fig. 1). Ciò si ottiene applicando un impulso positivo alla griglia di controllo CRT nel momento in cui la radiazione massima proveniente dall'antenna passa in una direzione coincidente con il piano centrale della nave.
L'immagine sullo schermo CRT può essere orientata rispetto al DP della nave (stabilizzazione della rotta) o rispetto al vero meridiano (stabilizzazione del nord). In quest'ultimo caso, il sistema di deflessione del tubo ha anche un collegamento sincrono con la girobussola.
Il radar è costituito dai seguenti elementi principali:
Dispositivo di trasmissione;
Ricevitore;
Interruttore dell'antenna e dispositivo dell'antenna;
Dispositivo terminale;
Sincronizzatore.
Lo schema a blocchi del radar è mostrato in Fig. 5.2.
Fig.5.2 Schema a blocchi di una stazione radar.
Dispositivo trasmittente Il radar è progettato per generare un segnale sonoro e trasmetterlo all'antenna.
Ricevitore Il radar è progettato per preelaborare il segnale riflesso ricevuto dall'antenna. Separa il segnale utile da una miscela di segnale e interferenza, converte il segnale radio in segnale video e lo trasmette al dispositivo terminale.
Interruttore dell'antenna progettato per collegare il trasmettitore all'antenna quando emette un segnale di sonda e collegare il ricevitore all'antenna quando riceve il segnale riflesso.
Dispositivo finale analizzare il segnale utile. Il tipo di dispositivo terminale dipende dal tipo di segnale (analogico o digitale), dal destinatario delle informazioni radar (operatore, dispositivo automatico di determinazione della posizione, computer, ecc.) e dal tipo di informazioni radar.
Sincronizzatore fornisce una determinata sequenza di funzionamento degli elementi radar. Ad esempio, nei radar più comuni con modalità operativa a impulsi, il sincronizzatore svolge le seguenti funzioni:
Coordinazione del momento di formazione dell'impulso di sondaggio con il momento di avvio della base temporale dell'indicatore o del conteggio zero del dispositivo informatico;
Coordinamento della posizione del diagramma di radiazione dell'antenna nello spazio con lo spostamento dell'indicatore o la lettura zero del dispositivo informatico;
Determinazione del momento di apertura del ricevitore e dell'intervallo del suo funzionamento.
In questo caso sono fondamentalmente possibili i seguenti metodi di sincronizzazione:
1. Sincronizzazione dal trasmettitore al dispositivo terminale.
In tali radar, il momento di formazione dell'impulso di sondaggio determina il momento di inizio dello spostamento temporale dell'indicatore o il momento di azzeramento del dispositivo di calcolo. Il vantaggio di questo metodo di sincronizzazione è che l'instabilità della velocità di ripetizione degli impulsi di tastatura del trasmettitore non influisce sulla precisione delle misurazioni radar. Tuttavia, tali radar sono caratterizzati da un'instabilità nel lancio del dispositivo terminale, difficile da eliminare completamente.
2. Sincronizzazione dal dispositivo terminale al trasmettitore.
In questo caso, il funzionamento del terminale e del dispositivo trasmittente è controllato da un generatore altamente stabile incluso nel dispositivo terminale. Grazie a ciò, si ottiene un'elevata precisione delle misurazioni radar. Tuttavia sorgono problemi quando si modifica la frequenza di ripetizione degli impulsi di tastatura.
3. Sincronizzazione mediante un oscillatore al quarzo separato altamente stabile, che non fa parte del dispositivo di trasmissione o terminale.
Questo metodo di sincronizzazione viene utilizzato nella maggior parte dei radar moderni, che solitamente offrono la possibilità di modificare la frequenza di ripetizione degli impulsi di rilevamento durante il funzionamento della stazione. Ciò è necessario per garantire l'immunità al rumore del radar quando opera in condizioni di interferenza radar passiva o attiva.
Lo schema a blocchi di un radar dipende principalmente dal suo scopo, dal tipo di segnale di sondaggio (impulsivo o continuo) e dal parametro modulato del segnale radio.
Tuttavia, nel caso generale, la procedura per l'elaborazione di un segnale radio in un radar deve essere coerente non solo con il tipo di segnale di sondaggio, ma anche con il tipo di interferenza. Pertanto, lo schema a blocchi del radar deve tenere conto delle fonti di interferenza elettronica attiva e passiva.
Questo compito complica il funzionamento di qualsiasi radar, perché l'interferenza provoca la distorsione del segnale riflesso dal bersaglio e porta alla perdita di informazioni radar utili. Pertanto, nel processo di elaborazione del segnale riflesso, si sforzano di sopprimere le interferenze, cosa che si ottiene introducendo dispositivi elettronici di protezione dalle interferenze nello schema a blocchi del radar.
