Monopulse radar

A monoimpulzus radar egy objektum szögkoordinátáinak radarállomással (RLS) történő mérésének módszere, amely az általa visszavert, több térbeli csatornán egyidejűleg vett jelek amplitúdójának vagy fázisának az iránytól való függésén alapul. hullám érkezésének, ezért másképpen többcsatornásnak nevezik. A módszer történelmi elnevezése azt tükrözi, hogy egyetlen impulzusból képes meghatározni egy objektum irányát, bár az iránymeghatározás hasonló módon történhet folyamatos hullámú radar segítségével. A fő előny az egycsatornás radaros módszerekkel szemben, amelyek több vett impulzus kúpos letapogatásán vagy szekvenciális feldolgozásán alapulnak, a nagyobb mérési pontosság.

Történelem

A Monopulse radar először Robert Morris Page amerikai fizikus irányítása alatt készült az US Naval Research Laboratory-ban (NRL) 1943-ban. Drága, időigényes és megbízhatatlan, a készüléket csak akkor használták, ha iránykeresési pontosságra volt szükség, ami indokolta a költségét. Később Monopulse radarokat használnak a Nike Ajax MIM-3 rakéta irányítására, ami nagyon nagy irányítási pontosságot igényelt. A rakéta félig aktív irányításához először a MIM-23B HAWK légvédelmi rakétán használták a monoimpulzusos módszert . A Monopulse radarok fontos szerepet játszottak az űrhajókban, az Mk 74-es Tartar légvédelmi rakétarendszer tűzvezérlő rendszerében használták őket .

A Szovjetunióban monoimpulzusos radarokat használtak például az R-23R légi harci rakéta irányítására , kommunikáció biztosítására az Altair műholdrelékkel és a Mir orbitális állomás repülésének vezérlésére , 1988-ban - kommunikáció biztosítására a Buran orbiter repülése » [1] . Az antenna átjátszó műholdra irányításának pontossága 20' volt. Az átjátszó műholdra mutató antenna széles szögtartományban többlépcsős iránykereső segítségével biztosított.

A monoimpulzusos rendszerek típusai

A monoimpulzus radarok fő elemei a szögérzékelő és a szögdiszkriminátor. A szögérzékelőt úgy tervezték, hogy szöginformációt vonjon ki a vett jelből, és az iránykeresési módszertől függően 3 típusú lehet: amplitúdó, fázis vagy amplitúdó-fázis. A szögdiskriminátor összehasonlítja a szögérzékelő csatornái által vett jeleket. A benne használt informatív paraméter típusa szerint 3 fajta diszkriminátort is megkülönböztetünk: amplitúdó, fázis és összegkülönbség. A szögérzékelő és a szögdiszkriminátor típusainak kombinációjától függően a különböző monoimpulzus-rendszerek 9 osztálya lehetséges. A gyakorlatban leggyakrabban használt 4 közülük: amplitúdó-amplitúdó, fázis-fázis, amplitúdóösszeg-különbség és fázisösszeg-különbség.

A célpont szöghelyzetének meghatározásának folyamata a szögdiszkriminátorban a vevőcsatornákban lévő jelek arányának valós függvényének kinyerésére redukálódik, amely egyedülállóan összefügg a hullámfront érkezési szögével. Ezt a függvényt iránykeresési karakterisztikának nevezzük. A cél irányának sikeres meghatározásához a következő feltételeknek kell megfelelnie: $S(\theta )$

a jel érkezési szögének páratlan függvénye;
linearitása van a célnak az egyenjel irányától való kis eltérései esetén (olyan irány, amelyből egy jelet kap, amely azonos jeleket okoz a szögérzékelő csatornáiban). Ugyanakkor a diszkriminátor kimenetén lévő jel változási sebességének kvantitatív leírásához bevezetjük az irányadó karakterisztika meredekségének fogalmát:

\mu =\left\vert {\frac {dS(\theta )}{d\theta }}\right\vert _{\theta =0}

. A meredekség határozza meg a rendszer iránykereső érzékenységét: minél nagyobb a μ érték, annál kisebb a célpont szögeltérésének értéke.

A szögdiszkriminátor típusától függően a szög multiplikatív függvénye felhasználható az iránykeresési karakterisztika kialakítására.

r(\theta )={\frac {{\hat {E}}_{1}(\theta )}{{\hat {E}}_{2}(\theta )))

(amplitúdó- vagy fázisdiszkriminátorhoz)

vagy adalékanyag

r(\theta )={\frac {{\hat {E}}_{1}(\theta )-{\hat {E}}_{2}(\theta )}{{\hat { E}}_{1}(\theta )+{\hat {E}}_{2}(\theta )))

(az összeg-különbség diszkriminátorhoz),

ahol

{\hat {E}}_{1}(\theta )

, a szögérzékelő csatornáinak kimenetein lévő jelek komplex amplitúdói.

{\hat {E}}_{2}(\theta )

Egy monoimpulzus rendszer vételi csatornáinak számát az egyidejűleg feldolgozott jelek száma határozza meg, és egy síkban iránykeresésnél 2. 2 síkban történő iránykeresésnél a csatornák száma 3 lehet (összeg-különbség rendszereknél - egy összesen és két különbség) vagy 4.

Amplitúdó iránykereső rendszerek

Egy ilyen rendszer minden koordinátasíkjában 2 nyaláb van kialakítva, amelyek szöggel eltérnek az equisignal irányától . $\theta _{0}$

A célpontról visszavert jel érkezzen a rendszer bemenetére

{\hat {E}}(t)=E_{m}e^{i{\omega }t}

majd amikor a célpont θ szöggel eltér az egyenjel irányától, a nyalábok által vett jeleket a következő kifejezések határozzák meg:

{\hat {E}}_{1}(t,\theta )=E_{m}F(\theta _{0}-\theta )e^{i{\omega }t}

{\hat {E}}_{2}(t,\theta )=E_{m}F(\theta _{0}+\theta )e^{i{\omega }t}

ahol

F(\theta )

az antennamintázat értéke.

Ha a cél az equisignal irányban van, a jelértékek azonosak lesznek.

Amplitúdó-amplitúdó rendszer

Az amplitúdó-amplitúdó rendszerben minden nyalábnak saját független vevőcsatornája van. Egy ilyen rendszer jellemző tulajdonsága a logaritmikus erősítők jelenléte a vevő útján.

Frekvenciaátalakítás, köztes frekvenciaerősítés és amplitúdódetektálás után a csatornák kimenetén a jelek így néznek ki:

u_{1}(\theta )=\ln[k_{1}E_{m}F(\theta _{0}-\theta )]

u_{2}(\theta )=\ln[k_{2}E_{m}F(\theta _{0}+\theta )]

ahol a csatorna átviteli együtthatói. $k_{1}$ $k_{2}$

A szögdiszkriminátor egy kivonási séma, amelynek kimenete:

S(\theta )=\ln {\frac {k_{2}F(\theta _{0}+\theta )}{k_{1}F(\theta _{0}-\theta )} }

A vevő csatornák azonosságával ( ), az irányadó karakterisztika linearitásával és a célpont szögeltérésének kicsinyével $k_{1}=k_{2}$

S(\theta ){\approx }\ln {\frac {1+\mu \theta }{1-\mu \theta }}{\approx }2\mu \theta

Így a vett jelek amplitúdóinak különbsége egyértelműen meghatározza a célpont eltérési szögét az equisignal iránytól, és ennek a különbségnek az előjele jellemzi a célpont elmozdulásának irányát az equisignal irányhoz képest.

Egy ilyen rendszer hátránya, hogy a csatornákban a logaritmikus amplitúdó karakterisztikáját magas szinten kell tartani.

Amplitúdó összeg-különbség rendszer

Az összeg-különbség rendszerek jellegzetessége az összeg- és különbségjelek hullámvezető vagy mikroszalag konverter segítségével történő képzése. Az ilyen konverter kimenetén lévő jelek az iránymeghatározási karakterisztika linearitása és a cél szögeltérése kicsinysége esetén a következő formájúak:

{\displaystyle {\hat {u}}_{\Sigma }(t,\theta )={\hat {E}}_{1}(t,\theta )+{\hat {E}}_{2 }(t,\theta ){\kb. }E_{m}F(\theta _{0})e^{i{\omega }t))

{\displaystyle {\hat {u}}_{\Delta }(t,\theta )={\hat {E}}_{1}(t,\theta )-{\hat {E}}_{2 }(t,\theta ){\approx }E_{m}F(\theta _{0})\mu {\theta }e^{i{\omega }t))

A különbségjel normalizálása során a teljes jelet referenciaként használják. A normalizálás lehetővé teszi, hogy kiküszöböljük az időbeli jelingadozások hatását a végeredményre. Ezenkívül a teljes jelet akkor használják fel, amikor a céltárgyat az interferencia hátterében észlelik, meghatározva annak hatótávolságát és sebességét.

A fázisérzékelő szögdiszkriminátorként működik, melynek kimenőjele az

S(\theta )={\frac ((\hat {u))_{\Delta ))({\hat {u))_{\Sigma ))}{\approx }\mu \theta

Az összeg-különbség szögdiszkriminátor kevésbé igényli a vételi csatornák jellemzőinek azonosságát, ezért szélesebb körben használják.

A legelterjedtebb a három csatornás amplitúdó-összeg-különbség rendszer, amely két különbségi csatornát (az azimutális és magassági iránykereső síkra) és egy teljes, mindkét síkra közös.

Rendszerek fázisirány meghatározásával

A fázisirány meghatározásával a cél irányát a két antenna által vett jelek fázisainak összehasonlításával határozzuk meg. Mivel az antennák közötti távolság sokkal kisebb, mint a célpont távolsága, az antennák által vett jelek amplitúdója közel azonos, de fázisban különbözik, ha a célpont nem az equisignal irányban van, az útkülönbség miatt. a sugarakról

\Delta \varphi ={\frac {2{\pi }d\sin \theta }{\lambda }}

ahol

d az antennák közötti távolság, θ az egyenlő jel iránya és a cél látóvonala közötti szög, λ a hullámhossz.

A következő jelek jelennek meg a szögérzékelő csatornák kimenetein:

E_{1}(t,\theta )=E_{m}F(\theta )e^{i({\omega }t+{\tfrac {\Delta \varphi }{2))))

E_{2}(t,\theta )=E_{m}F(\theta )e^{i({\omega }t-{\tfrac {\Delta \varphi }{2))))

. Fázis-fázis rendszer

A jel átalakítása után az egyik csatornában, amely fáziseltolás hozzáadásával biztosítható, hogy a kimenő jel nullával egyenlő legyen, amikor az equisignal irányt kombináljuk a cél irányával, a szögdiszkriminátor fázisdetektor formájában multiplikatív függvényt képez a vevőcsatornák jeleinek, elvégzi azok szorzását és átlagolását. A kimeneten a jel a következő (állandó tényezőig): ${\frac {\pi }{2))$

S(\theta )\thicksim \sin \Delta \varphi =\sin {\frac {2{\pi }d\sin \theta }{\lambda ))

vagyis a célnak az equisignal irányától való kis eltérései esetén ezzel az eltéréssel arányos.

A fázisszög-diszkriminátor hátránya, hogy az iránykeresési pontosság nagymértékben függ a vevőcsatornák fázisjellemzőinek azonossági fokától és stabilitásuktól.

Fázisösszeg-különbség rendszer

A fázisösszeg-különbség rendszerben az antennák kimenőjelein végrehajtott transzformációkat először az összeg- és különbségjelek amplitúdóösszeg-különbség rendszerrel analógiájára redukálják, majd azokon a fázisban végzettekhez hasonló műveletek végrehajtására. -fázis rendszer a vevő csatornák jelein. A fázisérzékelő kimenetén egy állandó tényezőig a következőket kapjuk:

S(\theta ){\thicksim }tg{\frac {\Delta \varphi }{2))=tg{\frac {{\pi }d\sin \theta }{\lambda ))

Antennák monoimpulzusos rendszerekhez

Antennaként parabola-, lencse-, spirál-, fázisú antennatömbök használhatók.

Az összeg-különbség-rendszerekben az összeg- és különbségjelek beszerzésére besugárzót használnak, amely kialakítja a szükséges amplitúdó-fázis-eloszlást az antennanyílás besugárzásához az adás során, és a szükséges vételi mintákat az egyes csatornákban. Horn [2] , hornyolt, hullámvezető-vibrátoros besugárzók használhatók . A legegyszerűbb a 4 kürtös betáplálás, amely az összes kürt jeleinek fázisonkénti összeadását biztosítja a teljes jel kialakulása során, a felső-alsó és bal-jobb kürtpárok ellenfázisát pedig a különbség kialakulása során. Hátránya, hogy a besugárzó széles sugárzási mintája és a magas oldallebenyek miatt alacsony az iránykereső érzékenység. A 4-szarvú takarmány továbbfejlesztése a 8- és 12-szarvú tápok. Ezekben a teljes jelet továbbra is ugyanaz a négy központi kürt alkotja, és további oldalsó kürtpárokat adnak hozzá, hogy megkapják a különbségi jeleket. Hullámvezető-kürt besugárzók is használatosak többféle hullám felhasználásával - többhullámú besugárzók. A legegyszerűbb ilyen típusú besugárzó egy mágneses síkban felcsavart kettős hullámvezető póló.

A betáplált fázisú antennatömbökben nyalábképző áramköröket használnak részmintázatok kialakítására.

Előnyök

A kúpos letapogatási rendszerekben a célpont szögben történő irányításának pontossága 0,1 fokos nagyságrendű, az egyimpulzusos radarok 10-szeres pontosságot javítanak, a fejlett radarok, például az AN / FPS-16 pedig 0,006 fokos pontosságot érnek el. Ez a pontosság 100 km távolságban körülbelül 10 m-nek felel meg. Egy ilyen rendszer elnyomásához az interferenciajelnek meg kell ismételnie a jel polarizációját, valamint a kibocsátásának idejét, ami meglehetősen nehéz.

Ellentétben a kúpos pásztázó radarokkal, amelyekben a nyaláb az adót és a vételt is pásztázza, ami kettős parazita amplitúdó modulációt okoz, az egyimpulzus radaroknál a cél irányát teljes mértékben a vevő sugárzási mintázat határozza meg, míg az adó ugyanaz marad. egy hagyományos impulzuslokátor. Lehetővé teszi az equisignal irányban kisugárzott jel teljesítményének növelését is.

Alkalmazás

A monoimpulzusos radarrendszerek költségének csökkenése és megbízhatóságának növekedése miatt a mai napig a legtöbb modern nyomkövető radarban (MSRL Aurora [3] , SVK [4] , Krona [5] , a Crotal nyomkövető állomásaiban) használják őket. komplexek [6] , Roland [ 7] , Patriot [8] , S-300 [9] [10] , S-400 [11] , Buk [12] , Tor [13] , Tor-M1 [14] , Shell [15] , Állatkert [16 ] ] , Shahine [17] , Skyguard-Sparrow [18] , AN/FPQ-6, AN/TPQ-18, AN/MPS-36 [19] földi nyomkövető radarok ) és a sokféle rakéta elhelyezése.

Irodalom

Rhodes, D.R. Bevezetés az egyimpulzus-radarba. - M . : Szovjet rádió, 1960. - 158 p.
Nagy szovjet enciklopédia. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
V. E. Vishnekov, V. G. Kravets, A Mir Station és a Buran Űrhajó kommunikációs rendszerének fejlesztési és üzemeltetési tapasztalatainak felhasználási lehetőségei a Nemzetközi Űrállomás orosz szegmensében. Folyóirat „Space Technique and Technologies” 3/2013.
S. P. Koroljev nevével fémjelzett Rakéta- és Űrtársaság Energia. Két évszázad fordulóján. 1996-2001 / Koroljev: RSC Energia, 2001.

Jegyzetek

↑ Buran újrafelhasználható orbitális hajó / Szerkesztette: Yu. P. Semenov, G. E. Lozino-Lozinsky, V. L. Lapygin és V. A. Timchenko: Mashinostroenie, 1995.
↑ Kürt radiátor monoimpulzus antenna
↑ VRL "Aurora-S" . www.vniira-ovd.com. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Automatizált ATC rendszerek és új generációs radarberendezések » Aviapanorama Archívum . aviapanorama.su. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Egyimpulzus másodlagos radar "Krona-M" . library.voenmeh.ru. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Légvédelmi rakétarendszer (SAM) "Krotal" NG | A világ katonai fegyverei és hadseregei . Letöltve: 2019. július 6. (Orosz)
↑ „Roland” légvédelmi rakétarendszer . Külföldi katonai szemle. Letöltve: 2019. július 6. (Orosz)
↑ Vestnik PVO . pvo.guns.ru. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ 9S32 rakétavezető állomás | Rakéta technológia . rbase.new-factoria.ru. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Repülési magazin. 2. szám (91) 2017. június . www.socium-a.ru. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ S-400 "Triumph" hosszú és közepes hatótávolságú légvédelmi rakétarendszer - VPK.name . vpk.name. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Vasilin N.Ya., Gurinovich A.L. Légvédelmi rakétarendszerek. - M . : Potpourri, 2002. - S. 238. - 472 p. — ISBN 985-438-681-3 .
↑ RusArmy.com – „Tor” autonóm katonai légvédelmi rakétarendszer . rusarmy.com. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Jelcin S.N. "Tor-M1" légvédelmi rakétarendszer. - Szentpétervár. : BSTU, 2015. - S. 9. - 67 p.
↑ Légvédelmi rakéta- és lövegrendszer 96K6 "Pantsir-S" (96K6 "Pantsir-S" / SA-22 Greyhound föld-levegő rakétarendszer) . xn----7sbb5ahj4aiadq2m.xn--p1ai. Letöltve: 2019. július 6. (határozatlan)
↑ Radar felderítő komplexum 1L219 "Állatkert " . Letöltve: 2019. július 6.
↑ Vasilin N.Ya., Gurinovich A.L. Légvédelmi rakétarendszerek. - M . : Potpourri, 2002. - S. 309. - 472 p. — ISBN 985-438-681-3 .
↑ Vasilin N.Ya., Gurinovich A.L. Légvédelmi rakétarendszerek. - M . : Potpourri, 2002. - S. 450. - 472 p. — ISBN 985-438-681-3 .
↑ A radar kézikönyve / Szerk. M.I. Skolnik. 2 könyvben. 1. könyv - M . : Technosfera, 2014. - S. 439-466. — 672 p. — ISBN 978-5-94836-381-3 .

Szótárak és enciklopédiák	nagy kínai Britannica (online)