Системы радиолокации и радионавигации

Содержание

Природа заложила в живые существа возможности обнаружения различных объектов и определения своего местоположения в окружающей среде с помощью специальных излучаемых сигналов. Особенно поразительными способностями в этом отношении являются морские животные --- дельфины и обитатели пещер --- летучие мыши, определяющие свое местоположение в пространстве с помощью специальных акустических сигналов. В определенной мере этой способностью обладают и люди. В целях увеличения дальности действия устройств определения местоположения объектов на базе акустических волн создавались и создаются различные акустические системы локации. Наиболее широкое применение эти системы получили при решении задач обнаружения подводных целей. Однако особые возможности по увеличению дальности обнаружения различных объектов, исследования их характеристик, определения их местоположения люди получили в результате освоения свойств электромагнитных излучений и, в частности, способности металлизированных объектов отражать радиоволны. Эти свойства были обнаружены на заре развития радиотехники и в последующем активно развивались в интересах решения радиолокационных задач.

Радиолокация - область радиотехники и радиоэлектроники, решающая задачи обнаружения, определения местоположения и выявление свойств различных объектов путем использования радиоволн, отраженных или излученных этими объектами. Объекты радиолокации являются источниками радиолокационной информации и называются радиолокационными целями (аэродинамические, баллистические и космические, наземные и надводные, природного происхождения). Совокупность технических средств, предназначенных для получения радиолокационной информации, называются радиолокационными системами (РЛС) (в простейшем случае радиолокаторами).

Радионавигация - область радиоэлектроники, решающая задачи получения информации о местоположении и обеспечении движения объекта по заданному курсу с помощью радиосредств. Источниками радионавигационной информации являются объекты навигации (летательные, наземные и надводные аппараты) и различные вспомогательные средства (радиомаяки). Совокупность взаимодействующих радиоустройств на объекте и вне его, предназначенных для решения задачи передвижения объекта, называется радионавигационной системой (РНС).

Основными тактическими задачами, решаемыми в процессе обработки радиолокационной и радионавигационной информации, являются: обнаружение целей и объектов, измерение координат и параметров движения, распознавание и разрешение целей и объектов. Наличие объекта или его отсутствие для наблюдателя является случайным событием. Обнаружение состоит в принятии решения о наличии цели или объекта в определенной области пространства. Измерение координат и параметров движения сводится к получению оценок координат целей и их производных (скорости, ускорения). Наряду с решением задач обнаружения целей и их местоположения в радиолокации необходимо решать задачи слежения за множеством объектов и определения класса наблюдаемых целей. Разрешение сводится к обнаружению и измерению параметров движения нескольких обнаруженных целей в исследуемой области пространства. Распознавание состоит в установлении принадлежности объекта к определенному классу.

Физической основой определения местоположения объектов является то, что в однородной среде радиоволны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью $c={3*10}^8$ м/с. Это позволяет определить направление на излучатель радиоволн или их отражатель, а также измерить расстояние, пройденное радиоволной (дальность) $R=c\tau$ , осуществляя измерение времени распространения $\tau$ между излучателем и приемником. В действительности, реальная среда не является строго однородной, поэтому траектория пути отличается от строгой прямой, с другой стороны скорость распространения радиоволн меняется на пути. Это приводит к ошибкам в определении местоположения объекта.

В ряде РЛС и PH С для определения местоположения объекта дополнительно используется эффект Доплера, заключающийся в изменении частоты приходящих электромагнитных колебаний при изменении расстояния R. При использовании гармонической несущей с частотой $f_0$ и начальной фазой ${\varphi }_0$ текущее значение фазы колебания на входе приемника определяется значением $\varphi (t)=2\pi f_0(t-R/c)$ . При изменении расстояния R, например, из-за движения излучателя с радиальной скоростью $V_R=dR/dt$ , частота принимаемого колебания $f=\frac{1}{2\pi }\frac{d\varphi }{dt}=f_0-f_0\frac{V_R}{c}$

отличается от частоты излучаемого на значение

$\ f_D=-f_0\frac{V_R}{c}=\frac{V_R}{\lambda }$ , (2)

где $\lambda =c/f_0$ --- длина волны (предполагается, что $V_R\ll c$ ). Величина $f_D$ называется частотой Доплера, или доплеровским смещением частоты.