Моноимпульсная радиолокация

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Моноимпульсная радиолокация — метод измерения радиолокационной станцией (РЛС) угловых координат объекта, основанный на определении угловой ошибки положения луча антенны, направленного на объект, по принятому одиночному (отражённому или переизлучённому объектом) импульсному сигналу. Основное преимущество этого метода перед другими радиолокационными методами, основанными на обработке непрерывных или нескольких последовательно принимаемых импульсных сигналов заключается в более высокой точности измерений (ошибки снижаются до десятых долей угловой минуты). Различают 2 основных вида моноимпульсных РЛС — с амплитудным и фазовым сравнением сигналов. Работа их основана соответственно на использовании зависимости амплитуды или фазы сигналов, одновременно принятых по нескольким каналам, от направления прихода волн.

Ярким примером моноимпульсных вторичных радиолокаторов (МВРЛ), служат МВРЛ СВК и МВРЛ АВРОРА.

Описание[править | править код]

Изменение отраженного от цели сигнала при коническом сканировании луча антенны
Основная идея моноимпульсной радиолокации заключается в формировании в антенне РЛС суммарных и разностных диаграмм направленности
Луч моноимпульсной антенны с суммарной и разностными диаграммами

В существующих конических системах сканирования РЛС посылает сигнал, сдвинутый по углу к точке прицеливания. Это достигается вращением рупорного облучателя антенны. Цель, сосредоточенная в угле прицеливании, освещена основным лучом антенны и обеспечивает возврат сигнала. Если цель находится в одной стороне, она будет подсвечиваться только тогда, когда лепесток будет направлен в этом направлении, что приведет к получению более слабого сигнала (или мигающего, если вращение будет достаточно медленным). Когда изменяющийся сигнал достигнет максимума, антенна поворачивается в направлении цели.

Перемещая антенну в направлении максимума сигнала, можно автоматически отслеживать цель. Одной из проблем в таком подходе является то, что радиолокационные сигналы иногда изменяются по амплитуде по причинам, не имеющим ничего общего с положением луча. Например, в течение нескольких секунд, дождевые облака дождя и другие причины могут существенно повлиять на возвращаемый сигнал. Поскольку положение системы конического сканирования зависит от возрастания или ослабления сигнала из-за положения цели относительно пучка, такие изменения отраженного сигнала может привести к «путанице» относительно истинного положения цели в области сканирования луча. Кроме того, на РЛС могут действовать искусственные помехи. Серия случайных коротких всплесков сигналов будет представлять собой ряд ложных целей. Подобные помехи были развернуты довольно рано, британцы использовали их во время Второй мировой войны против немецкого конического сканирования.

Моноимпульсные системы[править | править код]

Облучатель моноимпульсной РЛС

В антеннах моноимпульсных систем формируется одна суммарная и две разностные диаграммы. В системах конического сканирования точность указания цели по углу составляет порядка 0,1 градуса, моноимпульсные радары улучшают точность в 10 раз, а усовершенствованные радары, такие как AN / FPS-16, добиваются точности до 0,006 градусов. Это точность соответствует около 10 м на расстоянии 100 км. Чтобы подавить такую ​​систему, сигнал помех должен повторять поляризацию сигнала, а также время его излучения, что достаточно затруднено.

Антенны моноимпульсных систем[править | править код]

В качестве антенн могут использоваться параболические антенны, линзовые, спиральные, фазированные антенные решетки. В антеннах моноимпульсных систем суммарные и разностные диаграммы формируются облучателем в перпендикулярных плоскостях (Е и Н). Облучатель формирует требуемое амплитудно-фазовое распределение поля для облучения апертуры антенны, обеспечивая синфазное распределение при формировании суммарной диаграммы и противофазное на верхней и нижней, а также левой и правой половинах раскрыва при формировании разностных. В качестве облучателей могут применяться рупорные[1], щелевые, волноводно-вибраторные.

Отраженный от цели сигнал поступает в суммарный и разностные каналы, затем радиосигналы переносятся в приемнике на более низкую частоту. По полученным данным встроенный процессор вырабатывает сигнал ошибки (Error).

Значение + или — для каждого разностного сигнала соответствует сдвигу фазы на 0 градусов или на 180 градусов по сравнению с суммарным сигналом. Сигнал калибровки вводится в приемный канал, когда радар находится в режиме ожидания.

Использование эффекта Допплера[править | править код]

Эффект Допплера может использоваться для разделения объектов по скоростям. Эта процедура используется для обработки сигналов в импульсном доплеровском режиме. Сочетание обработки с коническим сканированием или моноимпульсом позволяет увеличить точность пеленгации, отделить сигнал от помех, позволяет снять проблемы пеленгации низколетящих целей.

История[править | править код]

Моноимпульсная РЛС впервые построена под руководством американского физика Роберта Морриса Пейджа в Исследовательской лаборатории ВМС США (NRL) в 1943 году. Дорогостоящее, трудоёмкое и малонадёжное устройство применялось только когда требовалась точность пеленгации, которая оправдывала его стоимость. Позднее моноимпульсные РЛС использовались для наведения ракеты MIM-3 Nike Ajax, в которой требовалась очень высокая точность командного наведения. Для полуактивного самонаведения ракеты моноимпульсный метод впервые применён на ракете MIM-23B ЗРК HAWK. Моноимпульсные РЛС сыграли важную роль для космических аппаратов, использовались в системе управления огнём Mk 74 корабельного зенитного ракетного комплекса Tartar. К началу XXI века, когда снизилась стоимость и сложность моноимпульсной радиолокации, повысилась надёжность, она используется в большинстве современных РЛС слежения и для самонаведения многих типов ракет.

В СССР моноимпульсная радиолокация использовалась, например, в самонаведении ракеты воздушного боя Р-23Р, для обеспечения связи со спутниками-ретрансляторами «Альтаир» и для управления полётом орбитальной станции «Мир», в 1988 году — для обеспечение связи при полёте орбитального корабля «Буран»[2]. Точность наведения антенны на спутник-ретранслятор составляла 20′. Наведение антенны на спутник-ретранслятор в широком диапазоне углов обеспечивалось использованием многоступенчатого пеленгатора.

Литература[править | править код]

  • Родс, Д. Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. — М.: Советское радио, 1960. — 158 с.
  • Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.
  • Вишнеков В. Е., Кравец В. Г. «Перспективы использования опыта разработки и эксплуатации системы связи со станцией „Мир“ и кораблем „Буран“ для российского сегмента международной космической станции». Журнал «Космическая техника и технологии» № 3/2013.
  • Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева. На рубеже двух веков. 1996—2001 гг. / Королев: РКК «Энергия», 2001.

Примечания[править | править код]

  1. Рупорный излучатель моноимпульсной антенны
  2. Многоразовый орбитальный корабль «Буран» / Под редакцией Семенова Ю. П., Лозино-Лозинского Г. Е., Лапыгина В. Л. и Тимченко В. А. М.: Машиностроение, 1995.