В этой мини-лекции мы с Вами поговорим о так называемой разрешаемой способности РЛС. Как это понимать? Посмотрите на рис5. Самолёт пролетает над местностью по направлению жёлтой линии. На самолёте работает РЛС кругового обзора. Внизу на местности зелёный треугольник, это как бы след ДН РЛС (Диаграммы Направленности РадиоЛокационной Станции). Здесь он, след слишком широкий, это я специально сделал для наглядности. На самом же деле он узкий. Жёлтая стрелка показывает направление вращения ДН и стало быть поворота антенны РЛС. Отражаясь от различных предметов импульсы РЛС рисуют на ИКО, — индикаторе кругового обзора картинку этой самой местности. На рис3,4 как бы два экрана ИКО, двух различных РЛС при локации одной и той же местности. Я намеренно отобразил их в негативе, — где чёрное должно быть белое и наоборот. Слева как бы суша и видна бухта, а на зелёном фоне видны морские цели. Такие продолговатые прямоугольники. В реальности это дуги. Посчитайте цели на рис3 и сравните всё это на рис4. Как видите на рис4 целей 7, а на рис3 только пять! Догадались? Правильно для РЛС рис3 две пары близко расположенные цели сливаются в одну. Она не может их различить. Голубые стрелочки показывают как бухта уменьшилась из-за утолщения береговой линии. У РЛС c ИКО на рис3, разрешающая способность ниже. Так кто же здесь виноват и, что с этим делать?
В нашем случае два основных виновника. Посмотрите на рис1. Здесь РЛС сопровождает две летящие цели, находящиеся на одном азимуте и угле места. Так ещё, на одном направлении, на одной прямой проходящей от антенны РЛС и через обе цели. На рис1a показаны временные графики двух отражённых импульсов соответственно от целей: Ц1 и Ц2. От первой цели импульс пришёл раньше и стало быть между ним и вторым импульсом есть время задержки tз. Для наглядности я импульсы разукрасил и как бы упаковал в какие-то оболочки. На самом же деле каждый из них это кусочек синусоиды и от того как они поведут себя на месте приёма придя почти одновременно зависит то, что мы и увидим на ИКО! А увидим мы (в сумме) в общем виде после обработки вот то, что на рис9a, рис9b, или 9с?! Всё зависит от данный момент сдвига фаз? След на экране ИКО от одногорбных суммарных импульсов как небольшая дужка. И мы воспринимаем всё это как одну цель. И только двухгорбный импульс мы воспримем как две почти раздельные дужки, две цели. И то это будет только тогда, когда впадина между горбами не поднимется выше уровня 0,5!
Ну, и? Ну, да! Нужно генерировать более короткие импульсы. И только тогда они будут гарантированно соответствовать двум целям. Теперь рассмотрим второго виновника. Посмотрите на рис6a. Здесь опять две цели, но находящиеся на одном, одинаковом наклонном расстоянии от РЛС. Жёлтый лепесток это ДН, — диаграмма направленности антенны. И два направления на цели. Стрелочка показывает в каком направлении вращается антенна с угловой скоростью ОМЕГА А. На рис 6b мы видим старых знакомых, всё те же импульсы от целей. Вот они (импульсы) только по форме и цвету похожи и не более. Потому как они заполнены импульсами и образовались они при пересечении целей диаграммой направленности антенны РЛС. Скорость пересечения ДН целей естественно меньше чем скорость света (радиоволн) и поэтому на вход приёмника приходит целое месиво из этих импульсов! А, в итоге мы имеем ту же проблему, что и в первом случае, — слияние импульсов. А, мы видим только как бы одну цель. Что же делать? Правильно, нужно делать ДН более узкой! И только тогда мы увидим две цели, а не одну!
Но есть ещё один «враг народа»! Это ИКО! Точнее электронный луч. Как бы мы не старались сделать его тонкопишущим, всё равно на экране будет не идеальная форма цели из точек, а из пятен. А наши цели видимые раздельно в электронно-графическом виде, на экране ИКО сольются! Как бы мы не старались сжать электронный луч, всё равно какая-то часть электронов распылится по сторонам. А кривая яркости светящегося пятна будет примерно такой как на рис9с.
Чтобы понять что такое разрешающая способность РЛС по углу рассмотрим как образуется метка цели на экране ИКО (индикаторе кругового обзора)? Посмотрите на рис8. Это РЛС и ДН во время кругового обзора. Но прежде чем продолжить посмотрите на рис6a. Это ДН РЛС, точнее главный лепесток, от него же всё зависит. Линии направления образуя угол, пересекают ДН в двух точках. Что это за точки и причём здесь цифра 0,707? Если бы мы замерили напряжённость поля излучения в направлении середины угла и приняв это значение за единицу, то в наших точках пересечения уровень был бы лишь 0,707 от максимального. А вот если всё это отнести к мощности, то это будет уровень 0,5 и наш получившийся угол не что иное как ширина ДН на уровне 0,5 по мощности. В литературе можно встретить и цифорки 0,5 и 0,707. Графически это одно и тоже.
Вот теперь можно продолжить тему. Вернёмся к рис8. Отрезок А-В и есть уровень 0,5 так ещё, цель на продолжение отрезка попала в ширину ДН при вращении антенны по часовой стрелке. Мы этот момент пометили цифрой 1. ДН продолжает вращение и последовательно пересекает цель по направлениям 2'и 3'. В результате появятся точки пересечения и отрезки А-С и А-D. Если продолжить наши рассуждения, то ДН пересечёт остальные линии направления и создадутся новые точки пересечения скажем Е и F, симметрично В и С. Почему так получилось? Всего лишь пять направлений и точек пересечения? Согласно рисунку, каждое направление это излучение одного импульса и соответственно получение отражённого. По картинке получается, что за время полного оборота антенны цель получает пять импульсов
В то самое время на ИКО РЛС синхронно с антенной движется луч, а наша цель высвечивается на экране точкой от одного отражённого импульса. На рис2 это положение помечено цифрой 1. Следующий цифрой 2 и далее 3,4,5 А так-как экран (люминафор) обладает послесвечением то точка светящаяся не исчезает как минимум до окончания полного оборота антенны и ДН. А луч соответственно делает один оборот вокруг центра ИКО. Пришедшие остальные отражённые импульсы оставляют свой след на экране в виде точки. В итоге получается цепочка из пяти точек. Из-за того, что точка на экране имеет вид пятна то точки сливаются в отрезок дуги. Это и будет отображение цели. Луч проходивший через точку 3 даст азимут, а расстояние r от центра до метки наклонную дистанцию до цели.
Ну вот мы наконец-то выпутались из всех этих меток и прочего... Так что же такое разрешающая способность РЛС по углу? Не важно азимуту или углу места. Мы рассмотрим по азимуту как более наглядную для понимания. Теперь глядя на рис7 мы не так будем удивляться и надеюсь Вы всё-таки поймёте что к чему?.. Итак, что мы здесь видим? Во-первых это экран ИКО. Все раскраски лишь для лучшего восприятия и понимания. На экране, на расстояние r две цели и след в виде чёрных точек. Это так сказать идеальная картина. А жёлтые углы охватывающие метки целей та самая ширина ДН на уровне 0,5 и соответственно обозначены как греческая буква тэта. Получается, что по картинке обе цели одинаковые.
На рис7 справа выражения определяющие ту самую разрешающую способность РЛС. Здесь угол определяющий ширину ДН на уровне 0,5 и есть способность, но? Но потенциальная в обоих выражениях она стоит на первом месте. А какова же реальная способность? Всё дело в том, что теоретические точки, метки на экране ИКО как я уже говорил выглядят как конкретные пятна определённого диаметра. На рис7 они в виде кружков зелёного цвета. И если теоретические дуги мишеней можно было разместить близко на экране и различить эти цели, то здесь приходится встраивать угол (синим цветом). Ведь теперь сближаются не точки, а пятна поэтому к жёлтому углу добавляется ещё синий. Его величина и есть разрешающая способность теперь ещё и экрана и она равна dп/r, где dп диаметр пятна. Если Вы ещё не забыли то такое отношение есть длина дуги в радианах, то есть их можно перевести в угловые... В нижней формуле как раз и показаны составляющие разрешающей способности РЛС.
Хорошо? Хорошо-то хорошо, да ничего хорошего! Ведь эта формула действительна только для определённого радиуса дистанции цели. И чем ближе РЛС к цели, тем способность становится хуже. И всё это видно на том же рис7. Внизу показано как одно и то же пятно при приближении к центру экрана ИКО начинает вписываться во всё больший угол. А величина способности увеличивается. Но вот только здесь принцип чем больше, тем лучше не работает, здесь всё наоборот! Решение проблемы нашли в переходе на прямоугольный растровый экран.
И последнее. Есть такое понятие как разрешаемый объём. Это часть пространства в котором РЛС не может различить две цели рис10. На большом расстоянии объём рассматривают как объём цилиндра с высотой равной разрешению РЛС по дальности, а диаметр цилиндра разрешение по углу. А в общем виде, всё, что мы хотели понять, по-простому, чем тоньше ДН и короче импульсы, тем выше разрешающая способность РЛС. Собственно с этого всё мы с Вами и начинали рис3,4.
Продолжение темы в следующей мини-лекции. Локатор в вашем доме.
http://www.proza.ru/2018/05/27/693