Этот метод не позволяет получить высокую точность измерения дальности, так как для отсчета времени гс требуется фиксировать положение цели на краях диаграммы направленности, где отношение сигнал/шум Мало, и точность измерения гс поэтому Невелика. Лучшие результаты, по-видимому, может дать метод, основанный на использовании двух антенн с диаграммами направленности, разнесенными иа угол фр (рис. 25-192,6). При установке РТЛ на подвижном объекте возможно временное формирование базы; при этом измерение курсового угла цели производится дважды на временном интервале г6. Здесь измерение ts производится по максимумам сигналов цели, проходящих через обе диаграммы направленности.

Подводя итог, можно сказать, что все описанные методы измерения дальности имеют более низкую точность по сравнению с методами временной модуляции, используемыми в активной радиолокации.

Дальность действия РТЛ станций в режиме слеження за целью с малыми угловыми размерами определяется формулой

=ir7 Y

&а -ш Цц Тц QG

7 2PlBbIX

exp [-qa г];

(25-199)

ой-коэффициент, учитывающий пог юще ние в пространстве между целью и антенной РТЛ;

+Та-с + а.ф

- коэффициент

приведения шума; Та.с, Га.ф - приращения антенной температуры за счет излучения среды и фона соответственно; т) - к. п. д. антенно фидерного устройства РТЛ; Sn - площадь цели;

Тц = Тио - Ttf; Тцо - кажущаяся температура цели; Тф - кажущаяся температура фона; Q - качество радиометра; G - КНД антенны; Пк - радиометрический коэффициент, зависящий от параметров радиометра (формы частотной характеристики ВЧ и НЧ фильтра, степени отлнчия характеристики детектора от квадратичной, формы сигнальной функции

т д.) и определяемый в [Л. 13}; 2РВых-заданное выходное отношение сигнал/шум;

- длительность сигнала;

То = 290° К. Величина 2R вых, входящая в соотношение (25 199), определяется рядом факторов. Основными из них являются рабочие характеристики приемника для сигнала с не известной фазой и флуктуирующей амплитудой при заданных значениях вероятности

правильного обнаружения и ложной тревоги, методы приема (тип радиометра), а также полосы пропускания УПЧ и фильтра НЧ частот. Более подробно - см. в [Л. 13].

Подставляя в формулу (25-199) значе ние Г0 и выражая Q для удобства в мегагерцах в степени 1/2, получаем:

г х 0,148 VK km т5ц T,fi(j х

(25-200)

Если Sn выражена в квадратных метрах, а tc - в секундах, дальность, определенная с помощью формул (25-199) и (25-200), выражается в метрах.

Для обзорного РТЛ в случае цели с большими угловыми размерами

+ 1,2}, (25-201)

л[ кДфд ] + 1Л &c2RBbix J J

где р-коэффициент рассеяния антенны; Афц - угловой размер объекта; &с - угловая скорость прохода строки при сканировании; Q - качество радиометра, выраженное в мегагерцах 2/2-

На основании формулы (25-201) можно заключить, что сильнеее всего на дальность действия влияют площадь и кажущаяся температура цели, а также качество радиометра. Влияние коэффициента усиления антенны на дальность значительнее проявляется у следящих РТЛ. Для обзорных РТЛ это влияние слабее, а его степень зависит от режима обзора и относительных размеров цели.

Измерение скорости

Так же как и при измерении дальности, при измерении скорости в радиотеплолокации возникают специфические трудности, обусловленные отсутствием опорного сигнала; кроме того, использованию допплеров-ских методов мешает и Шумообразная структура сигналов. Тем не менее некоторые возможности измерения скорости с помощью РТЛ средств все же существуют.

Возможные методы измерения скорости могут быть разбиты на две группы:

1) методы, использующие спектральные отличия естественных радиоизлучений от белого спектра;

2) методы, использующие опорный канал в качестве генератора опорного сигнала.

Методы первой группы сравнительно давно используются в радиоастрономии для определения скорости облаков нейтрального водорода, излучающих на дискретной час-тоте-1420 Мгц ХА=21,1 см).

Так как истинное значение частоты излучения известно с высокой точностью, то, измеряя частоту этого излучения, принимаемого на Земле, можно судить о скорости и характере перемещения водородных облаков.

Измерение скорости по методам второй группы осуществляется с помощью двухка-нальных и многоканальных РТЛ.

Рис. 25-193. Иитерферометрический метод измерения дальности.

Обратимся к рис 25-192; в, на котором изображен интерферометр, работающий в режиме измерения дальности. Если дальность до цели известна, то, исходя из соот ношения (25-198), может быть найдена тангенциальная составляющая скорости движения цели

АфсГ

(25-202)

В данном случае Афс(гс) представляют собой угловую ширину лепестка интерферо-метрической диаграммы и время прохождения цели через этот лепесток (рис. 25-193). Учтем равенство

. = /с о

где f с - частота заполнения сигнального импульса.

Таким образом,

Wt - АфиГфс. (25-203)

Разделив обе части (25-203) на г, получим:

fin = Aq*fc. . (25-204)

где Qn-WB/rB - угловая скорость цели относительно РТЛ. Выражение (25-204) свидетельствует о возможности измерения угловой скорости относительного движения. В случае, если одна из интересующих нас величин г или W? известна, вторая может быть определена с помощью соотношений (25-198), (25-202), (25-203).

25-14. ОСНОВНЫЕ СХЕМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОТЕПЛОЛОКАТОРОВ

Современные радиотеплолокаторы

(РТЛ) работают в широком спектре частот, начиная с единиц и кончая десятками и да-

же сотнями гигагерц, что соответствует сантиметровому, миллиметровому и субмиллиметровому диапазонам. Этим объясняется большое разнообразие схемных элементов, применяемых в таких устройствах. Схемные элементы, используемые в РТЛ сантиметрового диапазона, аналогичны соответствующим элементам, применяемым в активной радиолокации. С другой стороны устройство РТЛ миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов имеет много общего с радиометрами, применяемыми в инфракрасном диапазоне.

Основными схемными элементами РТЛ являются антенно-фидерная система, приемное устройство - радиометр и.выходное индикаторное устройство (рис. 25-190).

Аитеино-фидерная система

Антенно -фндерная система РТЛ по существу не отличается от аналогичных систем, применяемых в активной локации. Характерными требованиями, которым должны удовлетворять антенны, являются максимальный коэффициент направленного действия, максимальный к. п. д. и минимальный уровень боковых лепестков. Кроме того, такие антенны должны работать в очень широкой полосе частот, составляющей 20-30% от средней частоты диапазона. Следует заметить, что в отличие от активной локации в радиотеплолокации используются главным образом диаграммы направленности карандашного типа. При этом желательно, чтобы конструкция антенны допускала возможность осуществления электронного сканирования. Названным требованиям в наибольшей степени отвечают антенны поверхностного типа - зеркальные параболические и линзовые антенны, а также многоэлементные синфазные антенны.

Приемное устройство

Приемное -устройство представляет собой наиболее важный элемент радиотеплолокатора и в значительной мере определяет его характеристики.

Уровень широкополосных шумоподоб-иых сигналов, применяемых в радиотеплолокации, обычно весьма мал (порядка Ю-11-Ю-15 вт). Отсюда следует, что одним из основных требований, предъявляемых к пр *емникам, является высокая чувствительность. Максимализация соотношения (25-193), определяющего качество радиометра, может быть достигнута как увеличением полосы пропускания, так и уменьшением шумовой температуры радиометра. Следует, однако, заметить, что требования уменьшения шумовой температуры и расширения полосы пропускания не являются взаимнонезависимыми. В общем случае расширение полосы вызывает ухудшение шумовых свойств приемного устройства, вследствие чего необходимо выбирать разумное соотношение этих параметров. Для получения наилучшего качества радиометра еле-

дует стремиться к минимизации выражения Ш- 1

т. е. расширять полосу пропускания Af до тех пор, пока (Ш-1) растет медленнее,

чем Оптимальной является такая

/ дШ-1 Ш-\

полоса, при которой

При этом

Ш - 1

f (Af) = пил.

Таким образом, при прочих равных условиях повышение чувствительности целесообразно осуществлять путем уменьшения шумовой температуры. С этой целью в качестве входных каскадов радиометрических приемников целесообразно использовать малошумящие усилители высокой частоты.

В связи с широким применением в РТЛ радиометров модуляционного типа (см. рис. 25-188) сделаем несколько замечаний относительно устройства модуляторов.

Механические модуляторы. При работе таких модуляторов в диапазоне сантиметровых волн кроме модуляции полезного сигнала неизбежно происходит модуляция и некоторой части собственных шумов системы - паразитная модуляция. Существует ряд причин возникновения этой модуляции, в частности помехи от коммутационного мотора, вращающего поглощающий диск, поступающие на вход приемного устройства, а также механические вибрации, возникающие во вращающейся системе за счет микрофонного эффекта. Названные виды паразитных сигналов могут быть исключены путем замены механического модулятора электронным.

Одним из наиболее перспективных видов электронных модуляторов являются ферритовые циркуляторы, одновременно служащие в качестве развязывающих элементов. При использовании таких циркуляторов в качестве модуляторов радиометров намагничивающее поле создается с помощью катушки, намотанной иа участок волновода, содержащий ферритовый стержень, а переключение волноводных каналов осуществляется с помощью изменения ори- ентации магнитного поля, производимой переменой направления тока в катушке.

Основными требованиями, предъявляемыми к такому модулятору, являются малое прямее и большое обратное ослабление и достаточное быстродействие, обеспечиваю-, щее переключение с частотой модуляции в несколько десятков герц.

Супергетеродинные радиометры в настоящее время получили наибольшее распространение. Такие приемники мало чем отличаются от обычных супергетеродинов, применяемых в различных радиотехнических схемах. Отметим лишь некоторые их специфические особенности.

Требования к УВЧ были рассмотрены выше. Одним из основных требований, предъявляемых к смесителям радиометров, является широкополосность. Для улучшения шумовых характеристик в таких смесителях применяют диоды с соответствующими шумовыми параметрами, а также выбирают оптимальное напряжение гетеродина. Вредное влияние шумов гетеродина в радиомет- pax часто исключается путем применения балансных смесителей.

При отсутствии УВЧ первым каскадом радиометрического приемника является смеситель. При этом УПЧ должен быть мало-шумящим и широкополосным. В случае применения обычных УПЧ расширение полосы свыше 30-60 Мгц не имеет смысла вследствие значительного ухудшения шумовых свойств такого усилителя при очень больших полосах пропускания. В этой связи целесообразным является переход на сверхвысокую (> 200 Мгц) промежуточную частоту, позволяющую расширить полосу тракта и использовать в качестве УПЧ малошумящие усилители.

Другим путем удовлетворения названных требований является применение в качестве УПЧ усилителей с распределенным усилением.

При выборе детектора особое внимание должно обращаться на квадратичность его характеристики.-

Низкочастотная часть типового радиометра состоит, как правило, из каскадов предварительного усиления, синхронного детектора, интегрирующей ячейки (фильтра нижних частот) и оконечных усилительных каскадов. Отличительная особенность этой части - больший коэффициент усиления. Каскады предварительного усиления выполняются часто в виде избирательных усилителей. В них обычно применяются специализированные малошумящие лампы или транзисторы с пониженным микрофонным эффектом.

Синхронный детектор выделяет из подаваемого на него напряжения лишь сигнал, совпадающий с опорным напряжением как по частоте, так и по фазе, и является поэтому узкополосной системой. Таким образом, теоретически не требуется сужать полосу стоящего перед детектором предварительного усилителя. Однако сказанное остается справедливым лишь в пределах линейного участка характеристики синхронного детектора. Поэтому для защиты последнего от перегрузок предварительный усилитель делают узкополосным. Практически ширину полосы пропускания усилителя выбирают приблизительно 5% от частоты мо- дуляции.

Оконечные каскады представляют собой обычные усилители постоянного тока с полосой пропускания, несколько большей ширины спектра сигнала. В качестве фильтров низкой частоты чаще всего применяются RC- и ТС/?-фильтры.

Радиометры прямого усиления отличаются простотой устройства. В таких схемах