1.2.Основные системы
координат, используемые в радиолокации
Местоположение объекта (цели)
характеризуется положением центра объекта
(его центра масс) в некоторой опорной
системе координат (СК). При радиолокационном
определении местоположения наиболее
часто применяют местную горизонтальную
сферическую систему координат, начало
которой находится в точке размещения
антенны РЛС. Если цель точечная, то ее
положение в пространстве полностью определяется
тремя координатами (рисунок 3) [9, c. 45].
В наземной РЛС одна из осей
координатной системы совпадает с севернымнаправлением
меридиана, проходящего через позицию
антенны РЛС, поэтомуместоположение цели
(Ц) находится по результатам измерения
наклоннойдальностиД, азимута α и угла
места β (рисунок 3, а), при этом СК неподвижнаотносительно
земной поверхности [9, c. 45–46].
Рисунок 3. Местные
сферические системы координат:
а – при расположении
РЛС на поверхности Земли;
б – при расположении
РЛС на борту летательного аппарата
Наклонной дальностью Дназывается
расстояние по прямой от РЛС до цели.
Азимут цели α – это угол между
вертикальной плоскостью, проходящейчерез
цель, и исходным направлением отсчета.
Азимут называют истиннымпеленгом цели,
если отсчет производится от северного
меридиана, или курсовымуглом (КУ), если
направлением отсчета служит продольная
ось самолета илидиаметральная плоскость
корабля.
Угол места β – угол между направлением
на цель и его проекцией нагоризонтальную
плоскость.
Если РЛС располагается на летательном
аппарате и ось X координатной системысовмещается
с продольной осью летательного аппарата,
а ось Z – с направлением правого крыла(рисунок
3, б), то для определения местоположения
цели измеряют наклоннуюдальностьД, курсовой
угол – азимут цели α и угла места β. Такая
связанная с лета система координат перемещается
относительно земной поверхности соскоростью,
равной скорости полета летательного
аппарата, и поворачивается относительно
Землипри его эволюциях [9, c. 46].
Наряду со сферической системой
координат в радиолокации применяют также
цилиндрическую систему с координатами,
при которойгоризонтальная дальность
Дг, азимут α
и высота Н (рисунок 4).
Рисунок 4.Цилиндрическая
система координат
При этом горизонтальная дальностьДг= ОМ׳ является проекцией линии наклонной дальности ОМ на горизонтальную плоскость, а высота цели Н равна длине перпендикуляра,
опущенного из М на горизонтальную плоскость, то есть Н = ММ. Из этого следует, что:
Дг= Д cosβ ;
(8)
Н = Д sinβ ;
(9)
Д = .
(10)
При определении местоположения
применяют как местные СК (рисунок 3, 4),
так и глобальные системы. Местные СК используют
при дальностяхД, не превышающих
несколько сотен километров (в зоне прямой
видимости), а глобальные – при большей
дальности. Глобальные СК жестко связаны
с Землей и охватывают всю или значительную
часть земной поверхности. Наиболее распространенными
глобальными СК являются географическая
(геодезическая) и геоцентрическая (геосферическая)
СК [9, c. 47].
В географической (геодезической)
СК (рисунок 5) за
поверхностьЗемли принимают поверхность
эллипсоида вращения. Положение точки
С на поверхности эллипсоида вращения
определяетсягеодезическими координатами
– геодезической широтой и геодезическойдолготой.
Рисунок 5.Географическая
(геодезическая) система координат
Геодезической широтой точки
называется угол между плоскостьюэкватора
и нормалью к поверхности эллипсоида в
этой точке. Следуетзаметить, что нормаль
пересекает плоскость экватора в общем
случае не вцентре. Широта отсчитывается
от плоскости экватора к северному () июжному () полюсам
от 0 до соответственно. Буквами O, x,
y,z обозначена основная система координат,
связанная с центром Земли ивращающаяся
вместе с ней [9, c. 47–48].
Геодезической долготой называют
двугранный угол, заключенный междуплоскостями
Гринвичского (начального) меридиана (ГМ)
и местногомеридиана (ММ) точки С, проходящего
через проекцию объекта на земнуюповерхность.
Долгота измеряется либо центральным
углом в плоскостиэкватора, либо дугой
экватора в пределах от 0 до . Долгота, отсчитываемаяв
восточном направлении, имеет знак плюс,
а в западном – минус.
Хотя поверхность эллипсоида
имеет строгое математическое описание,но
формулы, описывающие решение задач радиолокации,
оказываются стольсложными, что практически
могут быть реализованы лишь с помощьювысокоскоростных
цифровых вычислительных машин (ЦВМ), обладающихбольшим
объемом памяти. Поэтому модель Земли
упрощают, представляя ее ввиде шара радиусом
6 371 110 м [9, c. 48].
Рисунок 6. Геоцентрическая
(геосферическая) система координат
Система координат, в которой Земля
представляется в виде шара, называетсягеоцентрической
(геосферической) (рисунок 6). Отсчет геоцентрическойшироты производится между
плоскостью экватора и направлением
радиуса-вектора (направлением от объекта
к центру Земли). Способ отсчетагеоцентрической
долготы () совпадает со способом отсчета
географическойдолготы [9, c. 48].
Таким образом, в современной
радиолокации используются местные иглобальные
системы координат, при этом местные СК
подразделяются на цилиндрические исферические
СК, глобальные СК – на географические
и геосферические.
1.3.Основные методы
радиолокации.
Существующие на сегодняшний
день методырадтолокации можно условно
объединить в две группы:
- методы образования радиолокационных
сигналов;
- методы определения местоположения
объектов.
Зондирующее излучение не является
сигналом, так как электромагнитные волны
становятся носителем информации о цели,
то естьрадиолокационным сигналом, лишь
после соприкосновения с целью, при этом
цель играет активную или пассивную роль.
Отсюда происходит следующая классификация
методов радиолокации по способу образования
радиолокационных сигналов [15].
Рисунок 7. Упрощенные
схемы формирования радиолокационных
сигналов:
а – при активной
локации с пассивным ответом;
б – при активной
локации с активнымответом;
в – при пассивной
локации; г – при полуактивной локации.
При активной радиолокации
(рисунок 7, а) радиоволны, излучаемые антенной
передающего устройства РЛС, направляются
на цель; приемное устройство той же РЛС
принимает отраженные волны и преобразует
их так, что выходное устройство с помощью
опорных сигналов (пунктирная стрелка)
извлекает содержащуюся в отраженном
сигнале информацию: наличие цели, ее дальность,
направление, скорость и др. Этот метод
радиолокации называется активным потому,
что предусматривает облучение цели антенной
РЛС [15].
Активная радиолокация с активным
ответом(рисунок 7, б) предполагает наличие
на объекте ответчика (ретранслятора),
который состоит из приемного устройства,
предназначенного для приема и усиления
прямого сигнала, поступающего от РЛС
– запросчика, и передающего устройства
– для создания ответного сигнала (переизлучения).
Пассивная радиолокация (рисунок
7, в) означает, что сама цель является источником
электромагнитного излучения, а РЛС выполняет
функции приемного устройства, предназначенного
для определения направления на этот источник.
Собственное излучение создается нагретыми
частями объекта, ионизированной атмосферой,
окружающей объект, и, наконец, радиопередающим
устройством, которое может оказаться
на данном объекте [15].
Разнесенная система(рисунок
7, г) – разновидность радиолокации по
пассивным целям. Ее характерная черта:
передающее и приемное устройства разнесены
на значительное расстояние. На рисунке
такжепоказана функциональная схема разнесенной
системы активной радиолокации, в которой
передающее устройствопринадлежит наземной
станции, а приемные устройства – управляемому
снаряду. Одно из них (I) предназначено
для приема отраженных от цели сигналов,
а другое (II) – для приема от передатчика
опорных сигналов, а выходное устройство,
используя эти сигналы, вырабатывает команды
наведения снаряда на цель [15].
Возможна разнесенная система
пассивной радиолокации, где цель не облучается
со стороны РЛС, а наоборот, сама излучает
волны с помощью имеющегося на ней специального
передатчика – маяка; РЛС только принимает
и обрабатывает эти сигналы. В обоих вариантах
системы та ее часть, где производится
радиолокационные измерения, в облучении
цели не участвует. Поэтому разнесенную
систему относят к полуактивной радиолокации
[17].
Активная радиолокация в отличие
от пассивной позволяет определять все
координаты цели (не только направление
на нее); преимущество пассивной системы
– скрытый характер локации (со стороны
РЛС нет излучения).Полуактивную радиолокацию
целесообразно применять в РЛС управления
летательными аппаратами, где возможность
уменьшить вес и габариты бортовой аппаратуры
за счет исключения из нее передающей
части РЛС особенно важна. Передатчик
вместо этого устанавливают на пункте
управления.
При активной радиолокации
с активным ответом запросный и ответный
сигналы кодируются, чтобы по коду можно
было определить государственную принадлежность
цели («свой – чужой») и получить дополнительную
информацию. Такой метод радиолокации
весьма эффективен и как средство навигации.
Третье важное преимущество систем с активным
ответом – выигрыш в дальности действия,
обусловленный значительно большей мощностью
ответного сигнала по сравнению с отраженным
от цели.Однако ответную аппаратуру можно
установить только на «своем» объекте.
Поэтому наибольшее применение получила
активная радиолокация по пассивным целям
(рисунок 7, а), которую для краткости будем
называть активной [17].
Таким образом, по принципам
образования радиолокационных сигналов
методы радиолокации разделяются на активные,
полуактивные и пассивные, но на практике
часто их совмещают при проектировании
радиолокационных систем.
Глава 2.Практическое
применение радиолокации
2.1.Военное применение
радиолокации.
С появлением радиолокации
она нашла свое широкое практическое применение
непосредственно в военном деле, так, например,
первые РЛС, поступившие на вооружение
армии, использовались для обнаружения
самолетов и входили в подразделения противовоздушной
обороны. На сегодняшний день РЛС успешно
применяются не только на борту истребителей,
многофункциональныхсамолетов, вертолетов,
но и беспилотных летательных аппаратов
(БЛА) и других типов и классов летательных
аппаратов, используемых для разведки
целей, обнаружения и наблюдения заними,
на которые устанавливается многорежимная
РЛС с синтезированной апертурой [5, c. 6].
Следует отметить, что на просторах
необъятных морей и океанов моряки тоже
используют преимущества радиолокации,
так корабельные РЛС предназначены
для:
- обнаружения и
сопровождения воздушных и надводных
целей;
- обзора надводной
и береговой поверхности в
интересах навигации;
- целеуказания и
наведения зенитных, противокорабельных
и других управляемых ракет
и орудий;
- контроля и управления
полетами авиации, наведения палубных
истребителей;
- обеспечения поисково-спасательных
операций.
В свою очередь береговые
РЛС обеспечивают судовождение в прибрежной
зоне, охрану морских границ [14].
В современных сухопутных войсках
применяются портативные РЛС, которые,
несмотря на свою «малокалиберность»,
выполняют весьма важную задачу – это,
конечно, наблюдение за полем боя. По данным
зарубежной печати, в настоящее время
общевойсковой командир имеет в своем
распоряжении, например, такие станции:
-переносная
полевая радиолокационная станция– работающий на ней оператор обнаруживает
движение войсковой колонны за 1,5–2 километра,
машину – за 6 километров, а обнаружение
цели производится оператором на слух,
так как принятый отраженный сигнал преобразуется
в звуковой, высота тона и громкость которого
зависят от характера цели;
- портативные
станции, которые заменяют часовых при
охране важных объектов - они обнаруживают человека за
45 метров, машины за 180 метров и определяют
скорость движения замеченных объектов;
- противоартиллерийские
радиолокаторы–защищают свои войска от артиллерийского
или минометного огня противника и от
тактических ракет, так как радиолокаторы
непрерывно наблюдают за позициями противника
и как только замечают летящую мину, снаряд
или ракету противника, то сразу же переходят
на слежение за ними, при этом та же самая
станция, которая обнаружила врага, корректирует
огонь своих орудий, прослеживая на этотраз
траекторию полета своих снарядов и определяя
место их падения;
- радиолокаторы наблюдения
за воздушным пространством– это станции
наведения зенитных ракет и истребителей
противовоздушной обороны [19].
Нужно подчеркнуть тот факт,
что, несмотря на то, что космические войска
–это самый молодой вид войск, по насыщенности
радиолокационными станциями они уверенно
и прочно заняли лидирующее положение,
так на сегодняшний день почти все, что
делают военнослужащие космических войск,
так или иначе связано с радиолокацией
[13].
Следует отметить, что основной
информационный канал в современном оружии
– это радиоканал. Совокупность технических
средств и методов противодействия этому
каналу в сочетании с тактикой их использования
определила новый вид оружия – средства
радиоэлектронной борьбы (РЭБ), важнейшую
составную часть вооружения армии.