Презентация на тему "Основы теории радиолокации"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

        ЛЕКЦИЯ по дисциплине «ВОЕННО -ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА» Тема №1.ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАДИОЛОКАЦИИ. Занятие №2. Радиолокационная система РТВ..

• 
  Слайд 2
  

  УЧЕБНЫЕ ЦЕЛИ: 1.Ознакомить студентов с основными положениями роли принципов радиолокации в построении систем РЛС РТВ; 2.Рассмотреть вопрос взаимосвязи противника с силами и средствами ПВО. 3.Рассмотреть влияние внешней среды на работу радиолокационной системы РТВ.

• 
  Слайд 3
  

  Учебные вопросы: 1. Принципы построения радиолокационной системы РТВ 2.Внешняя среда радиолокационной системы РТВ.

• 
  Слайд 4
  

  Литература: 1).Ботов М.И., Вяхирев В.А Теоретические основы радиолокационных систем РТВ стр47-57. 2).Бердышев В.П. Основы построения радиолокационных станций стр 15-37. 3).Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск.Учебник/Тяпкин В.Н.Фомин А.Н.,Гарин Е.Н.и др., Сибирский федеральный университет 2011. 4).Радиолокационныесистемы.Учебник/ БердышевВ.П.,,ГаринЕ.Н.,ТяпкинВ.Н.,Фомин А.Н.и др. Сибирский федеральный университет 2011г.

• 
  Слайд 5
  

  Радиолокация - отрасль радиоэлектроники, обеспечивающая получение сведений об объектах за счет приема и анализа радиоволн. Объекты радиолокации, т.е. физические тела, сведения о которых представляют практический интерес, называются радиолокационными целями. Совокупность сведений о целях, получаемых средствами радиолокации, называют радиолокационной информацией (РЛИ). Технические средства получения радиолокационной информации называют радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. В процессе получения радиолокационной информации, решаются следующие задачи: - обнаружение целей; - измерение координат и параметров движения; - разрешение; - распознавание целей, - опознавание.

• 
  Слайд 6
  

  Обнаружение состоит в принятии решения о наличие или отсутствии цели в каждом выделенном участке пространства с минимально допустимыми вероятностями ошибочных решений. Измерение сводится к выработке координат и параметров движения цели с минимально допустимыми погрешностями. При использовании сферической системы координат обычно измеряют дальность до цели r, а также азимут β и угол места ε (рис.1). В качестве параметров движения цели могут вводиться производные координат, либо другие параметры траектории цели. Разрешение состоит в выполнении задач обнаружения и измерения параметров произвольной цели при наличии других, кроме выбранной для наблюдения. Говорят о разрешении целей по дальности, угловым координатам, скорости и т.д. Разрешающую способность по координатам характеризуют элементарным объемом. Размеры последнего по дальности r, в азимутальной плоскости - lи в угломестной - l (рис.2) устанавливается так, что наличие цели в соседнем объемепрактически не ухудшает показателей качества обнаружения и измерения координат цели, которая расположена в центре выделенного объема (при импульсном облучении цели - импульсным объемом). Распознаваниезаключается в установлении принадлежности разрешаемой цели к определенному классу. Опознаваниепредусматривает установление принадлежности цели «свой-чужой» с помощью запросно-ответных устройств радиолокационного опознавания.

• 
  Слайд 7
  

  Радиолокационная система РТВ ПВО является составной частью (информационной подсистемой) системы более высокого порядка – противовоздушной обороны(ПВО), в рамках которой на нее возлагается информационная функция. С целью реализации этой функции радиолокационная система РТВ осуществляет разведку воздушного противника в установленных высотных границах на территории Российской Федерации и сопредельных государств с помощью радиоэлектронных средств, основными из которых являются радиолокационные средства. Радиолокационными средствами являются средства получения координатной (и другой) информации о воздушных (и других) объектах на основе приема и анализа радиоволн, рассеиваемых (излучаемых) объектами. Вопрос1. Принципы построения радиолокационной системы РТВ

• 
  Слайд 8
  
• 
  Слайд 9
  

  Из рис.1.2 видим, что большую систему по функциональному признаку можно разделить на следующие составные части: исполнительную,информационную и управляющую. Исполнительная часть (системы ЗРВ и ИА) располагает некоторыми возможностями или ресурсами, расходуемыми в соответствии с целевым назначением системы. Информационная часть (радиолокационная система) доставляет в систему управления и непосредственно в исполнительную подсистему всю информацию о состоянии внешней среды (СВКН) и результатах взаимодействия с ней. Управляющая часть перерабатывает информацию, поступающую от информационной и исполнительной части, и распределяет возможности и ресурсы информационной и исполнительной части в соответствии с полученной информацией.

• 
  Слайд 10
  

  Взаимосвязь этих частей и их взаимодействие могут быть описаны следующим образом. 1.Измерительная часть, взаимодействующая с внешней средой, обеспечивает систему информацией о внешней обстановке. Это радиолокационная система. 2.Управляющая часть перерабатывает полученную информацию в соответствии с назначением системы. Это система управления. 3.Исполнительная часть воздействует на объект управления (внешнюю среду). Это системы ЗРВ и авиации ПВО.

• 
  Слайд 11
  

  Информационная часть(радиолокационная система)также может рассматриваться как большая система: -имеет четкое целевое назначение – разведка и оценка воздушной об- становки и обеспечение боевых действий системы более высокого порядка системы ПВО (ЗРВ и ИА); -имеет сложную структуру – в состав входит большое количество РЭТ различного назначения; -характеризуется сложными процессами функционирования (обнару- жение цели на фоне помех, определение их текущих координат, обмен ин- формацией между системами управления ЗРВ и ИА – рис. 1.1); -имеет иерархическую структуру, т. е. является подсистемой системы ПВО и сама состоит из подсистем: 1.радиоэлектронная техника – средства радиолокации (СРЛ), комплек- сы средств автоматизации (КСА); 2.радиоэлектронные устройства (передающие, приемные, защиты от помех, антенно-волноводные и т. д.); 3.функциональные узлы (звенья) – генераторы, усилители, фильтры и т. д.; схемные элементы (микросхемы, транзисторы, резисторы, конденса- торы, диоды и т. п.). Кроме того, радиолокационная система обладает свойствами, кото- рые отсутствуют у образующих её элементов: отдельных СРЛ, КСА.

• 
  Слайд 12
  

  Основными элементами радиолокационной системы являются радиолокационные станции (РЛС), действующие в режиме «излучения и приема пассивного ответа (эхо-сигнала) объекта». При этом каждая из РЛС, развернутая на конкретной позиции, создает своюзону обнаружения i, которая представляет собой область воздушного пространства, в пределах которой обеспечивается обнаружение воздушных объектов с заданным средним значением ЭПР и получение о них информации i-й РЛС с показателями качества, не хуже заданных.Совокупность зон обнаружения i включенных РЛС образуют в пространстве требуемое радиолокационное поле (РЛП) радиолокационной системы РТВ РЛП: РЛП  {1 U 2 U 3 …}

• 
  Слайд 13
  

  2.Прием радиолокационных сигналов всегда производится на фоне различных помех и носит случайный характер. 3.Случайностью воздушной (целевой) обстановки из-за неизвестности замысла противника. 4.Пространственной и временной нестационарностью помех и сигналов из-за случайного характера их модуляции. 5.Случайностью отказов элементов системы и связанных с этими случайными изменениями функциональных связей между ними из-за воздействия противника и собственных неисправностей РЛС.

• 
  Слайд 14
  

  Таким образом, в силу сложности и большой роли случайных факторов радиолокационная система РТВ должна рассматриваться как большая система, а при ее построении (анализе) необходим системный подход.

• 
  Слайд 15
  

  Рис.1.3. Радиолокационная система

• 
  Слайд 16
  

  Радиолокационная система, в свою очередь, также состоит : из подсистемы радиолокационного поля и информационно-управляющей подсистемы. Информационно-управляющая подсистема выполняет функции сбо- ра, обработки и выдачи РЛИ потребителям. Она выполнена в виде сети взаимосвязанных командных пунктов (КП) и разведывательно-информационных центров (РИЦ) соединений ПВО, оснащаемых комплексами средств автоматизации. Информационно-управляющая подсистема обеспечивает объединение отдельных отчетов координат целей в трассы (вторичная обработка),отождествление и объединение РЛИ от различных источников (третичная обработка), управление работой подсистемы радиолокационного поля (РЛП) и потоком РЛИ. Подсистема РЛП взаимодействует с внешней средой (воздушной и радиоэлектронной (помеховой) обстановкой), используя известные типы радиолокаций: активную эхо-локацию, пассивную локацию источников радиоизлучений (помех) и активную локацию с активным ответом (систе- мы с активным запросом-ответом (САЗО) – для увеличения дальности ло- кации своих истребителей). Элементы подсистемы РЛП работают, как правило, в режиме после- довательного обзора пространства и добывают первичную РЛИ в виде дискретных отсчетов координат и признаков целей с привязкой их во вре- мени в пределах своих зон обнаружения

• 
  Слайд 17
  

  Радиолокационная техника (РЭТ) РТВ представляет собой сложную совокупность (систему) образцов радиолокационных станций (РЛС). Эта система сложилась исторически и развивается на протяжении десятилетий,подчиняясь определенным закономерностям. Сложность системы РЭТ РТВ обусловлена: -разнообразием классов, типов, технических решений и элементной базы радиоэлектронных средств (РЭС), одновременно и совместно нахо- дящихся в эксплуатации; -территориальным распределением и разнообразными климатически- ми условиями эксплуатации; -необходимостью многоуровневого информационного обмена, т. .сопряжения РЭТ РТВ с разнообразными потребителями информации; большим суммарным расходом ресурсов (людских, энергии, топлива, материальных и денежных средств) на эксплуатацию и поддержание бое- вой готовности РЭТ; -постояннымобновлением типажа РЭТ, совершенствованием парка РЭТ по частям (элементам), необходимостью обеспечения совместимости (совместная эффективная работа) РЭТ разных типов и поколений.

• 
  Слайд 18
  

  Так как основной особенностью РЛ системы является то , что она давно создана, функционирует и постоянно развивается, поэтому применение к РЛ системе принципа системного подхода предполагает в первую очередь обоснование наиболее вероятных и рациональных путей её развития, которые предусматривают: обновление парка РЛВ, совершенствование структуры (группировки) подразделений РТВ и совершенствование внутрисистемных связей. Перечисленные направления развития тесно взаимосвязаны.

• 
  Слайд 19
  
• 
  Слайд 20
  
• 
  Слайд 21
  

  Эффективные поверхности рассеяния СВН, м2

• 
  Слайд 22
  
• 
  Слайд 23
  

  Возможные строи. сверхзвуковойполёт экономичные Режимы полёта полёты на малых высотах 500 1000 1500 2000 2500 км Н км 10 6 0,4 0,1

• 
  Слайд 24
  
• 
  Слайд 25
  
• 
  Слайд 26
  

  Одиночные или групповые целеподобные ПП создаются противником

• 
  Слайд 27
  
• 
  Слайд 28
  
• 
  Слайд 29
  
• 
  Слайд 30
  
• 
  Слайд 31
  

  Уровень дальних боковых лепестков Θ 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 F(Θ) Уровень ближних боковых лепестков Рис.1.10 Диаграмма направленности антенны и её аппроксимации.

• 
  Слайд 32
  
• 
  Слайд 33
  
• 
  Слайд 34
  
• 
  Слайд 35
  

  Рис. 4. Искривление луча Мнимое положение цели НМЦ Цель НЦ grad n

• 
  Слайд 36
  

  Н МЦ= НЦ grad n = -4·10-8 1/м РЛС RЗ Рис. . «Спрямление» луча при нормальной рефракции RзЭ=

• 
  Слайд 37
  

  При рефракция становится критической (рис. 5), луч огибает сферическую Землю grad n=0 РЛС Rз Рис 5.. Типы рефракции радиоволн в атмосфере Субрефракция(grad n>0) Стандартная рефракция gradn = -4·10-8 1/м Сверхрефракция Критическая рефракция

• 
  Слайд 38
  

  Цель НЦ ha RЗЭ Рис.6. К расчету дальности прямой видимости Дальность прямой видимости Дальности радиогоризонта РЛС

• 
  Слайд 39
  

  Необходимые поправки при расчете rпр и Нц вводится за счет использования эквивалентного радиуса Земли Rзэ, что приводит к эффекту как бы «спрямления» лучей (Рис.1.6.). Обычно пользуются значением соответствующим усредненной типовой («стандартной») атмосфере при grad n = -4×10-8 1/м. При отклонении grad n от указанного наминала необходимо изменять расчетное значение Rзэ, однако на практике подразделения РТВ не располагают данными о высотных профилях температуры и влажности атмосферы. Косвенные данные о реальной рефракции на конкретной позиции можно получить по виду радиолокационной карты местности, т.е. энергетического «рельефа» наблюдаемых отражений. Если grad n = -15,7×10-8 1/м., рефракция критическая (Рис. 1.7.), луч огибает сферическую Землю. При grad n

• 
  Слайд 40
  

  Знак равенства здесь соответствует «оптической», т.е. предельной наблюдаемости очень узким лучом.

• 
  Слайд 41
  

  В диапазонах РЛС ТРВ всегда есть переотражение радиоволн поверхностью Земли, которое уменьшает дальность обнаружения (rобн

• 
  Слайд 42
  

  Затухание радиоволн в атмосфере на приземных трассах в диапазонах волн РЛС РТВ невелико и ощутимо, в основном, при λ= 10 -15 см. в особых погодных условиях (протяженные облака гидрометеоров, грозовая облачность, осадки). Потери энергии на трассах протяженность 200 – 400км. могут достигать ~ 2-4 дБ. Искусственно ионизированные области ядерных взрывов будут, по видимому, оказывать кратковременное влияние на работу РЛС в метровом диапазоне волн.

• 
  Слайд 43
  
• 
  Слайд 44
  
• 
  Слайд 45
  
• 
  Слайд 46
  
• 
  Слайд 47
  

  Заключительная часть-5мин -подвести итоги занятия; -ответить на вопросы по теме; -дать задание на самоподготовку: 1)ОТРАБОТАТЬ ВОПРОСЫ: А).Радиолокационная система как большая система. Б).Внешняя среда радиолокационной системы РТВ.

• 
  Слайд 48
  
• 
  Слайд 49

  Контрольные вопросы

  Почему в РЛС с простым сигналом применяются однокаскадные схемы построения радиопередающих устройств? Почему радиопередающие устройства с ЛЧМ сигналом не используют в качестве усилительного элемента пролетный клистрон? По какой причине усилители радиопередающих устройств строятся по многоступенчатой схеме? В следствии каких причин многоканальные радиопередающие устройства обязательно охвачены системой автоматического контроля? Как объяснить, что радиопередающие устройства являются основным потребителем энергии в РЛС? Какие элементы радиопередающих устройств влияют на информационную способность РЛС и обеспечивают её высокую помехозащищенность?

• 
  Слайд 50

  ВЧ элементы РЛС

  Коаксиальные и двукоаксиальные линии передачи Волноводы Высокочастотные фильтры Микрополосковые линии Ферритовые вентили Волноводные переключатели Фазовращатели Антенные переключатели Волноводно-коаксиальные переходы Токосъемники Радиопоглощающие элементы ВЧ энергии Элементы защиты

• 
  Слайд 51
  

  Основные технические характеристики волноводного тракта : 1.Степень согласования волноводного тракта с нагрузкой характеризуется коэффициентом бегущей волны (КБВ) или обратной ему величиной - коэффициентом стоячей волны напряжения - КСВН. Величина КСВН показывает, насколько режим работы волноводного тракта отличается от режима бегущих волн. Практически считается, что нагрузка хорошо согласована с линией передачи, если КСВН

• 
  Слайд 52
  

  Параметры длинной линии 1.Длинная линия характеризуется распределенными пара- метрами: емкостью С'[Ф/М] и индуктивностью L'[гн/M] на единицу длины. Элементарный участок dl такой линии имеет емкость C'dl и индуктивность L'dl (рис. 3.15). 2.Другим важным параметром длинной линии является ее волновое сопротивление

• 
  Слайд 53
  
• 
  Слайд 54
  
• 
  Слайд 55
  

  При подключении разомкнутой линии к источнику переменного напряжения Первоначально от входных зажимов к концу линии распространяется бегущая (падающая) волна . От конца линии к входным зажимам распространяется вторая бегущая(отраженная) волна

• 
  Слайд 56
  

  1. Напряжения и токи в каждой точке разомкнутой длинной линии сдвинуты по фазе на 90*. 2. Амплитуды токов и напряжений изменяются вдоль линии. В одних точках—узлах—напряжение всегда отсутствует, в других—пучностях—имеет максимальное значение. Пучности и узлы чередуются через λ/4. Пучности тока соответствуют узлам напряжения и наоборот. Такое распределение поля вдоль линии называется стоячей волной (рис. 3.19, б). Для источника разомкнутая длинная линия представляет реактивное сопротивление.

• 
  Слайд 57
  
• 
  Слайд 58

  ВЧ элементы РЛС

  Коаксиальные и двукоаксиальные линии передачи Волноводы Высокочастотные фильтры Микрополосковые линии Ферритовые вентили Волноводные переключатели Фазовращатели Антенные переключатели Волноводно-коаксиальные переходы Токосъемники Радиопоглощающие элементы ВЧ энергии Элементы защиты

• 
  Слайд 59
  
• 
  Слайд 60
  
• 
  Слайд 61
  

  Выводы из уравнений Д. Максвела при граничных условиях Изменение электрического поля порождает изменение магнитного поля, и наоборот Оба поля существуют одновременно Вектор электрического Е поля перпендикулярен вектору магнитного поля Н Поток энергии электромагнитного поля прямо пропорционален плотности энергии Вектор скорости электромагнитной волны V перпендикулярен векторамEи Н V Е Н

• 
  Слайд 62
  

  6. Скорость распространения электромагнитной волны зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости среды 7. Электрическое поле охватывает линии переменного магнитного поля. Линии переменного электрического поля перпендикулярны поверхности проводника (начинают и заканчиваются на поверхности) 8. Магнитное поле охватывает ток или линии переменного электрического поля. Линии магнитного поля параллельны поверхности проводника (либо распространяются по поверхности проводника, либо не касаются последнего)

• 
  Слайд 63
  

  Волноводы характеризуют типом волны, устанавливающейся в поперечном сечении: 1. В поперечном направлении действует вектор Е; вдоль волновода имеется составляющая магнитного поля. Такое поле обозначают ТЕ или Н (рис. 4.5, а). 2. В поперечном сечении располагаются только магнитные силовые линии; вдоль волновода есть составляющая вектора Е. Такое поле называют полем типа Е или ТМ (рис. 4.5, б). К этим обозначениям добавляют индексы, указывающие, сколько полуволн укладывается по каждой поперечной стороне волновода. Например — означает, что по одной из поперечных сторон поле не меняется, а по другой стороне укладывается одна полуволна. Наиболее широкое распространение в радиотехнике получили прямоугольные волноводы с волной типа H10

• 
  Слайд 64
  

  Фидерная линия – двухпроводная линия, предназначенная для передачи энергии высоких частот. Длинными линиями называются такие линии передачи электромагнитной энергии, геометрическая длинна которых больше или соизмерима с длинной волны. Прямая (падающая) волна – волна распространяющаяся от генератора к нагрузке. Волновое сопротивление фидерной линии это сопротивление оказываемое распространению электромагнитной волны.

• 
  Слайд 65
  
• 
  Слайд 66
  
• 
  Слайд 67
  
• 
  Слайд 68
  
• 
  Слайд 69
  
• 
  Слайд 70
  
• 
  Слайд 71
  
• 
  Слайд 72
  
• 
  Слайд 73
  
• 
  Слайд 74
  

  Антенна – устройство предназначенное для излучения и приема электромагнитной энергии, представляющее собой открытый колебательный контур выполненный так, чтобы как можно большая часть подводимой от РПУ энергии излучалась в пространство

  Антенные элементы РЛС Рупорные облучатели Вибраторные антенны Щелевые антенны Зеркало антенны Механизмы перемещения (вращения и качания) антенны

• 
  Слайд 75
  
• 
  Слайд 76
  
• 
  Слайд 77
  

  -коэффициент направленного действи -телесный угол .- Ширина луча в горизонтальной и вертикальной плоскостях

• 
  Слайд 78
  
• 
  Слайд 79
  
• 
  Слайд 80
  
• 
  Слайд 81
  

  Рис. Волновой канал антенны (стрела)

• 
  Слайд 82
  
• 
  Слайд 83
  
• 
  Слайд 84
  

  Антенны дальномера и высотомера представляют собой плоские антенные решетки полуволновых вибраторов, параллельные отражателю (рис.5.6).

• 
  Слайд 85
  
• 
  Слайд 86

  Задание на самоподготовку

  Литература Справочник по основам радиолокационной техники Антенны. Шифрин. Учебные вопросы Элементы ВЧ тракта РЛС выполненные на коаксиальных линиях Мостовые схемы ВЧ тракта Современные тенденции в конструировании ВЧ тракта и антенных систем. Особенности приема и передачи электромагнитной энергии в цифровых антенных решётках