Для студентов специальности: 5B – «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет Тема: Основы радиолокации Дисциплина: «Электронные технологии, микроэлектроника и СВЧ техника» Кафедра технологий и систем связи Слайд - лекция Авторы: зав. каф. Мехтиев А.Д доцент Оганезов Э. С. ст. преподаватель Алдошина О. В. преподаватель Ануарбеков Н. Б.

План лекции: 1.Радиолокация; 2. История возникновения радиолокации; 3. История создания радара; 4. Применение радиолокации; 5. Метеорологические радиолокаторы для прогнозирования погоды.

Список литературы: Финкельштейн М.И. - « Основы радиолокации»; 3. Поляков В. Т. - «Посвящение в радиоэлектронику»; 4. Белоцерковский Г. Б. - «Основы радиолокации и радиолокационные устройства»; 5. Миловзоров О.В – «Основы радиолокации».

Радиолокация Радиолокация - (от латинских слов «radio» -излучаю и «lokatio» – расположение) обнаружение и точное определение положения объектов с помощью радиоволн.

В сентябре 1922 г. в США, Х.Тейлор и Л. Янг проводили опыты по радиосвязи на декаметровых волнах (3-30 МГц) через реку Потомак. В это время по реке прошел корабль, и связь прервалась - что натолкнуло их тоже на мысль о применении радиоволн для обнаружения движущихся объектов. В 1930 году Янг и его коллега Хайленд обнаружили отражение радиоволн от самолета. Вскоре после этих наблюдений они разработали метод использования радиоэха для обнаружения самолета. А. С. Попов в 1897 году во время опытов по радиосвязи между кораблями обнаружил явление отражения радиоволн от борта корабля. Радиопередатчик был установлен на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшем на якоре, а радиоприемник на крейсере «Африка». Во время опытов, когда между кораблями попадал крейсер «Лейтенант Ильин», взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии. История возникновения радиолокации

Шотландский физик Роберт Уотсон-Уатт первый в 1935 г. построил радарную установку, способную обнаружить самолеты на расстоянии 64 км. Эта система сыграла огромную роль в защите Англиии от налетов немецкой авиации во время второй мировой войны. В СССР первые опыты по радиообнаружению самолётов были проведены в Промышленный выпуск первых РЛС, принятых на вооружение, был начат в 1939 г. (Ю.Б.Кобзарев). Роберт Уотсон-Уатт ( гг.) История создания радара RADAR аббревиатура Radio Detection And Ranging, т.е. радиообнаружение и измерение дальности.

Радиолокация основана на явлении отражения радиоволн от различных объектов Заметное отражение возможно от объектов в том случае, если их линейные размеры превышают длину электромагнитной волны. Поэтому радары работают в диапазоне СВЧ ( Гц). А так же мощность излучаемого сигнала ~ω 4.

Антенна радиолокатора Для радиолокации используются антенны в виде параболических металлических зеркал, в фокусе которых расположен излучающий диполь. За счет интерференции волн получается остронаправленное излучение. Она может вращаться и изменять угол наклона, посылая радиоволны в различных направлениях. Одна и та же антенна попеременно автоматически с частотой импульсов подключается то к передатчику, то к приёмнику.

Принцип работы радиолокатора

Работа радиолокатора Передатчик вырабатывает короткие импульсы переменного тока СВЧ, которые через антенный переключатель поступают на антенну и излучаются.В промежутках между излучениями антенна принимает отраженный от объекта сигнал, подключаясь при этом ко входу приемника. Приёмник выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны. Современный радар включает в себя компьютер, который обрабатывает принятые антенной сигналы и отображает их на экране в виде цифровой и текстовой информации.

S – расстояние до объекта, t – время распространения радиоимпульса к объекту и обратно. Определение расстояния до объекта Зная ориентацию антенны во время обнаружения цели, определяют её координаты. По изменению этих координат с течением времени определяют скорость цели и рассчитывают её траекторию.

Глубина разведки радиолокатора Минимальное расстояние, на котором можно обнаружить цель (время распространения сигнала туда и обратно должно быть больше или равно длительности импульса) Максимальное расстояние, но котором можно обнаружить цель (время распространения сигнала туда и обратно не должно быть больше периода следования импульсов): - длительность импульса Т - период следования импульсов

По сигналам на экранах радиолокаторов диспетчеры аэропортов контролируют движение самолётов по воздушным трассам, а пилоты точно определяют высоту полёта и очертания местности, могут ориентироваться ночью и в сложных метеоусловиях. Авиация Применение радиолокации

Главная задача - наблюдать за воздушным пространством, обнаружить и вести цель, в случае необходимости навести на нее ПВО и авиацию. Основное применение радиолокации – это ПВО

Крылатая ракета Управление ракетой в полете полностью автономное. Принцип работы её системы навигации основан на сопоставлении рельефа местности конкретного района нахождения ракеты с эталонными картами рельефа местности по маршруту ее полета, предварительно заложенными в память бортовой системы управления. Радиовысотомер обеспечивает полет по заранее заложенному маршруту в режиме огибания рельефа за счет точного выдерживания высоты полета: над морем - не более 20 м, над сушей - от 50 до 150 м (при подходе к цели - снижение до 20 м). Коррекция траектории полета ракеты на маршевом участке осуществляется по данным подсистемы спутниковой навигации и подсистемы коррекции по рельефу местности.

«Стелс»-технология уменьшает вероятность того, что самолет будет запеленгован противником. Поверхность самолёта собрана из нескольких тысяч плоских треугольников, выполненных из материала, хорошо поглощающего радиоволны. Луч локатора, падающий на нее, рассеивается, т.е. отражённый сигнал не возвращается в точку, откуда он пришёл (к радиолокационной станции противника). Самолёт - невидимка

Одним из важных методов снижения аварийности является контроль скоростного режима движения автотранспорта на дорогах. Первыми гражданскими радарами для измерения скорости движения транспорта американские полицейские пользовались уже в конце Второй мировой войны. Сейчас они применяются во всех развитых станах. Радар для измерения скорости движения транспорта

Объектами радиолокационного обнаружения могут быть облака, осадки, грозовые очаги. Можно прогнозировать град, ливни, шквал. Метеорологические радиолокаторы для прогнозирования погоды

Применение в космосе В космических исследованиях радиолокаторы применяются для управления полётом и слежения за спутниками, межпланетными станциями, при стыковке кораблей. Радиолокация планет позволила уточнить их параметры (например расстояние от Земли и скорость вращения), состояние атмосферы, осуществить картографирование поверхности. Использование американских планетных радиолокаторов для исследования космического мусора позволило измерить на низких орбитах концентрацию и распределение частиц с размерами от 2 мм. До этих исследований экспериментальные данные о миллиметровом космическом мусоре практически отсутствовали.

Успехи наземных радиолокационных исследований ближнего космоса Радиолокационные исследования околоземных астероидов позволили резко увеличить надежность многолетних (на интервале до 700 лет) прогнозов их движения, что наиболее актуально для так называемых потенциально опасных астероидов, которых на 15 сентября 1999 года открыто 187 штук. Радиолокаторам удалось с Земли "разглядеть" астероиды, удаленные на миллионы километров, синтезировать их изображения и трехмерные модели с разрешением, позволяющим анализировать геологические особенности этих объектов. Так, при недавней радиолокации астероида 1999 JG было достигнуто рекордное разрешение, равное 7,5 метрам по поверхности, что при дальности до него более 8 млн. км эквивалентно угловому разрешению в 0,2 миллисекунды дуги (это примерно в 500 раз выше разрешения лучшего оптического телескопа).

Методы измерения дальности Частотный метод измерения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов. В данном методе за период излучается частота, меняющаяся по линейному закону от f1 до f2. Отраженный сигнал придёт про модулированным линейно в момент времени, предшествующий настоящему на время задержки. Т. о. частота отраженного сигнала, принятого на РЛС, будет пропорционально зависеть от времени. Время запаздывания определяется по резкой перемене в частоте разностного сигнала.

Фазовый метод Фазовый (когерентный) метод радиолокации основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов, которая возникает из-за эффекта Доплера, когда сигнал отражается от движущегося объекта. При этом передающее устройство может работать как непрерывно, так и в импульсном режиме. Основным преимуществом данного метода является то, что он «позволяет наблюдать только движущиеся объекты, а это исключает помехи от неподвижных предметов, расположенных между приёмной аппаратурой и целью или за ней». Так как при этом используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности составляет порядка единиц метра. Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот.

Достоинства: маломощное излучение, так как генерируются незатухающие колебания; точность не зависит от доплеровского сдвига частоты отражения; достаточно простое устройство. Недостатки: отсутствие разрешения по дальности; ухудшение чувствительности приёмника вследствие проникновения через антенну в приёмный тракт излучения передатчика, подверженного случайным изменениям.

Современные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт излучающий сигнал только в течение очень краткого времени, коротким импульсом (обычно приблизительно микросекунда), после чего переходит в режим приёма и слушает эхо, отражённое от цели, в то время как излучённый импульс распространяется в пространстве. Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, между временем, прошедшим с момента посылки импульса до момента получения эхо-ответа, и расстоянием до цели прямая зависимость. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того как импульс придёт обратно. Принцип действия импульсного радара

Принцип Радары низкой частоты дальнего обзора, обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду. Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС. Достоинства импульсного метода измерения дальности: возможность построения РЛС с одной антенной; простота индикаторного устройства; удобство измерения дальности нескольких целей; простота излучаемых импульсов, длящихся очень малое время, и принимаемых сигналов. Недостатки: необходимость использования больших импульсных мощностей передатчика; невозможность измерения малых дальностей; большая мёртвая зона действия импульсного радара.

Определение рельефа волнующейся поверхности морей и океанов, картографирование береговой линии, наблюдение за биологическими явлениями, проведение ледовой разведки. Метеорологическое обеспечение полетов, управление воздушным движением, обеспечение ближней и дальней радионавигации, радиолокационное обеспечение посадки воздушных судов и космических аппаратов, обеспечение дальнего и ближнего обнаружения воздушных целей и наведения на них перехватчиков, обеспечение перехвата воздушных целей и прицеливания, панорамный обзор поверхности, распознавание государственной принадлежности летательных аппаратов, обеспечение радиолокационного сопровождения воздушных и наземных объектов и т.д.

Не так давно был предпринят значительный радиотехнический эксперимент радиолокация планеты Венеры. В этом опыте участвовал передатчик, излучавший радиоволны мощностью в 265 киловатт. Огромная антенна концентрировала радиоволны в луч и посылала их в одном направлении к Венере. Эффективность передатчика тем самым была усилена более чем в семь тысяч раз. Это все равно, что повысить его мощность до двух миллионов киловатт!

1. Что такое радиолокация? 2. История возникновения радиолокации. 3. История создания радара. 4. Применение радиолокации. 5. Принцип действия импульсного радара. 6. Какие существуют методы радиолокации? 7. Достоинства и недостатки импульсного метода. Контрольные вопросы: