Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Концепция конического сканирования. Луч радара вращается по небольшому кругу вокруг оси визирования, которая направлена ​​на цель.

Коническое сканирование - это система, используемая в ранних радарах для повышения их точности, а также для облегчения правильного направления антенны для наведения на цель. Коническое сканирование похоже на концепцию более раннего переключения лепестков, использовавшуюся на некоторых из самых ранних радаров, и многие примеры наборов переключения лепестков были изменены в полевых условиях на коническое сканирование во время Второй мировой войны , в частности, немецкий радар Вюрцбург . Наведение антенны можно сделать полностью автоматическим, как в американском SCR-584 . Возможные режимы отказа и подверженность ложным помехам привели к замене систем конического сканирования на моноимпульсный радар.наборы. Они по-прежнему используются Сетью дальнего космоса для поддержания каналов связи с космическими зондами . [1] В спин-стабилизированного Pioneer 10 и Pioneer 11 зондов использовали на борту конических маневров сканирования для отслеживания Земли по своей орбите. [2]

Концепция [ править ]

Типичная антенна радара обычно имеет ширину луча в несколько градусов. Хотя этого достаточно для определения местоположения цели в качестве раннего предупреждения , этого недостаточно для наводки орудия , которая требует точности порядка 0,1 градуса. Можно увеличить ширину луча за счет использования антенн большего размера, но это часто непрактично.

Чтобы отслеживать направление намеченной цели, необходимо только направить антенну прямо на цель. Знание направления наведения антенны затем дает информацию о направлении цели. Чтобы радиолокационная система автоматически следовала за движущейся целью, необходима система управления, которая удерживает луч антенны, направленный на цель во время ее движения. Приемник радара получит максимальный уровень возвращаемого сигнала, когда цель находится в центре луча. Если луч направлен прямо на цель, когда цель перемещается, она выйдет за пределы центра луча, и мощность принимаемого сигнала упадет. Схема, предназначенная для отслеживания любого уменьшения мощности принимаемого сигнала, может использоваться для управления серводвигателем, который направляет антенну, чтобы следовать за движением цели.У этого метода есть три трудности:

  1. Радар не будет иметь информации о том, в каком направлении переместилась цель, и, следовательно, не будет указывать, в каком направлении следует переместить антенну, чтобы следовать за ней.
  2. Когда цель удаляется от центра луча, принимаемая мощность сначала изменяется очень медленно. Таким образом, система довольно нечувствительна к ошибкам наведения антенны.
  3. Изменения мощности эхо-сигнала от цели, вызванные сцинтилляцией, интерпретируются как движение цели.

Коническое сканирование [ править ]

Изменение эхо-сигнала при коническом сканировании

Коническое сканирование решает эту проблему, перемещая луч радара немного смещением от центра от средней линии антенны или направления визирования , а затем поворачивая его. Рассмотрим пример антенны, которая генерирует луч шириной 2 градуса - довольно типичный - радар с коническим сканированием может сместить луч на 1,5 градуса в одну сторону от центральной линии, слегка сместив подачу. Полученная диаграмма в любой момент времени покрывает среднюю линию антенны примерно на 0,5 градуса и на 1,5 градуса в сторону. При вращении рожка подачи с помощью двигателя рисунок становится конусом с центром на средней линии, простирающимся на 3 градуса в поперечнике.

Ключевая концепция заключается в том, что цель, расположенная в точке средней линии, будет генерировать постоянный возврат независимо от того, где в данный момент направлен лепесток, тогда как если он находится в одну сторону, он будет генерировать сильный возврат, когда лепесток будет направлен в этом общем направлении и слабый, когда указывает в сторону. Кроме того, часть, покрывающая осевую линию, находится рядом с краем лепестка радара, где чувствительность быстро падает. Самолет, находящийся в центре луча, находится в зоне, где даже небольшие движения приведут к заметному изменению отдачи, которая станет намного сильнее в том направлении, в котором радар должен двигаться. Система управления антенной предназначена для перемещения антенны по азимуту и ​​углу места таким образом, чтобы получить постоянный возврат от отслеживаемого летательного аппарата.

Хотя использование одного только главного лепестка может позволить оператору «охотиться» за наиболее сильным отражением и, таким образом, направить антенну в пределах некоторого градуса или около того в эту зону «максимального возврата» в центре лепестка, при коническом сканировании могут быть гораздо меньшие перемещения. быть обнаруженным, и возможна точность менее 0,1 градуса.

Строительство [ править ]

Есть два способа вызвать перенаправление луча от средней линии антенны. Первый называется вращающейся подачей. Как следует из названия, рупор устанавливается рядом с параболической точкой фокусировки, что приводит к тому, что энергия немного фокусируется от средней линии антенны. Затем подача вращается вокруг фокальной точки параболоида, чтобы произвести коническое вращение. Другая система - нутированнаяподача. Нутированный источник питания смещает антенну под углом к ​​фиксированному рупору, а затем вращает антенну. Вариант нутированной подачи заставляет подачу двигаться по небольшому кругу, быстро и непрерывно меняя направление наведения луча. В этом последнем типе ни фидер, ни антенна не вращаются вокруг оси наведения антенны; изменяется только направление наведения, очерчивая узкий конус.

Основное различие между двумя основными схемами заключается в поляризации. Когда рупор подачи во вращающемся процессе вращается, поляризация изменяется с вращением и, таким образом, будет отклоняться на 90 градусов по поляризации, когда подача будет на 90 градусов от своей начальной оси. Поскольку рупор установлен в нутированных источниках питания, изменений поляризации не происходит. В большинстве ранних систем использовалась вращающаяся подача из-за ее механической простоты, но в более поздних системах часто использовалась нутированная подача, чтобы использовать информацию о поляризации.

В ВМС США Mk. РЛС управления огнем 25 орудий, режим спирального сканирования, управляемый захват цели В основном коническое сканирование (типа невращающейся нутирующей подачи), размер конуса сканирования циклически увеличивался и уменьшался примерно дважды в секунду. Область сканирования в целом составляла несколько градусов. (Как только цель была захвачена, оператор переключился на коническое сканирование для отслеживания.)

Поскольку лепесток вращается вокруг средней линии антенны, коническое сканирование действительно подходит только для антенн с круглым поперечным сечением. Так было с Würzburg, работавшим в микроволновом диапазоне . Большинство других сил использовали радары с гораздо большей длиной волны, для которых потребовались бы параболоидные антенны действительно огромных размеров, и вместо этого использовали «пружинную» конструкцию из множества небольших дипольных антенн, расположенных перед пассивным отражателем. Чтобы организовать коническое сканирование в такой системе, необходимо было бы переместить все диполи, что непрактично. По этой причине армия США просто отказалась от своей ранней РЛС наводки - SCR-268.. Это не особенно раздражало, учитывая, что они были в процессе внедрения своего собственного микроволнового радара после миссии Тизарда . В SCR-584 , то Лучевая лаборатория MIT введена автоматическое отслеживание.

Автоматическое наведение для антенны и, следовательно, любые ведомые орудия или вооружение могут быть добавлены к радару с коническим сканированием без особых проблем. Система управления должна направлять антенну так, чтобы от цели принимался сигнал постоянной амплитуды.

К сожалению, существует ряд факторов, которые могут резко изменить отраженный сигнал. Например, изменение направления целевого самолета может привести к появлению различных частей фюзеляжа для антенны и резко изменить количество возвращаемого сигнала. В этих случаях радар с коническим сканированием может интерпретировать это изменение силы как изменение положения. Например, если летательный аппарат внезапно «засветился», когда он находился вне оси влево, схема может интерпретировать это как отклонение вправо, если изменение происходит, когда лепесток выровнен в этом направлении. Эту проблему можно решить, используя два одновременных перекрывающихся луча приемника, ведущих к моноимпульсному радару., названный так потому, что он всегда сравнивает мощность сигнала от одного импульса с самим собой, тем самым устраняя проблемы со всеми, кроме невозможных быстрых изменений мощности сигнала.

Коническое сканирование только для приема (COSRO) [ править ]

Системы COSRO не изменяют сигнал передачи, отправляемый с антенны.

Антенный волновод в системах COSRO включает в себя структуру рупора для приема РЧ сигнала, которая формирует левую / правую принимаемую выборку РЧ и восходящую / нижнюю принимаемую выборку РЧ. Эти два сигнала мультиплексируются внутри волноводного устройства с вращающейся лопастью. Выход мультиплексного устройства - это один радиочастотный сигнал и два сигнала положения, указывающие влево / вправо и вверх / вниз.

Техника COSRO не передает никаких сигналов, указывающих на положение вращающейся лопасти.

Выборка антенны [ править ]

Прием РЧ-сигналов из нескольких импульсов передачи математически комбинируется для создания вертикального и горизонтального сигнала. Вертикальный сигнал создается путем добавления РЧ отсчетов, когда лопасть / рупор находится в верхнем направлении, и вычитания РЧ отсчетов, когда лопатка / рупор находится в нижнем направлении. Горизонтальный сигнал создается путем добавления РЧ отсчетов, когда лопасть / рупор находится в левом направлении, и вычитания РЧ отсчетов, когда лопатка / рупор находится в правом направлении.

Это создает пару сигналов угловой ошибки, используемых для привода приводных двигателей позиционирования антенны.

Джемминг [ править ]

РЛС с коническим сканированием легко могут быть заблокированы . Если цель знает общие рабочие параметры радара, можно послать ложный сигнал, рассчитанный по времени нарастания и затухания по той же схеме, что и лепесток радара, но с инвертированной силой. То есть ложный сигнал является самым сильным, когда сигнал радара самый слабый (лепесток находится на «дальней стороне» антенны по сравнению с самолетом), и самым слабым, когда сигнал самый сильный (направлен на самолет). . При суммировании с «реальным» сигналом в приемнике радара результирующий сигнал «всегда сильный», поэтому система управления не может точно оценить, где в диаграмме направленности находится цель.

На самом деле сделать это аппаратно не так сложно, как может показаться. Если кто-то знает, что сигнал вращается со скоростью 25 об / мин, как это было в радаре Вюрцбурга, глушитель построен так, чтобы плавно переходить от максимума к нулю с той же скоростью, 25 раз в минуту. Затем все, что нужно, - это синхронизировать сигналы, что достигается путем поиска нижней точки в сигнале (которую, как правило, легче найти) и запуска шаблона в этой точке. Эта система, известная как глушение с обратным усилением , использовалась Королевскими ВВС против радаров Вюрцбурга во время Второй мировой войны.

Можно расположить радар так, чтобы лепестки не перемещались в радиовещательной станции, а перемещались только в приемнике. Для этого добавляют вторую антенну с вращающимся лепестком только для приема, систему, известную как COSRO , для конического сканирования только при приеме (сравните с LORO , аналогичной системой, используемой против радаров с переключением лепестков ). Несмотря на то, что это отрицало информацию о частоте падающего сигнала для генератора помех в самолете, все же можно было просто посылать случайные пики и тем самым сбивать с толку систему слежения (или оператора). Этот метод называется SSW для развертки прямоугольной волны., не защищает самолет с той же эффективностью, что и обратное усиление, но лучше, чем ничего, и часто довольно эффективно.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гавронски, Водек; Craparo, Эмили (декабрь 2002), "Антенна сканирования Методы оценивания космических аппаратов установки" (PDF) , IEEE Антенны и распространение журнала , 44 (6): 38-45, DOI : 10,1109 / map.2002.1167263 , ISSN  1045-9243
  2. ^ "Энциклопедия космических полетов Weebau" . 9 ноября 2010 . Проверено 11 января 2012 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Основы работы с радаром