Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 [ 90 ] 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116

Магнетроны дали возможность генерировать очень большие импульсные мощности на сантиметровых волнах, благодаря чему резко повысилась дальность действия и точность РЛС.

Что же касается приемников сантиметровых волн, то наибольшее распространение получил супергетеродин с кристаллическим смесителем (СМ) на входе. Спещ{альный полупроводниковый диод с малой емкостью р-п перехода монтируется прямо в волноводе, идущем от антенного переключателя. К принимаемому сигналу добавляется сигнал местного гетеродина, собранного на маломощном отражательном клистроне. Частота гетеродина отличается от частоты принимаемых импульсов на значение, равное промежуточной частоте (ПЧ). Промежуточная частота выбирается в диапазоне 30... 100 МГц, т. е. там, где сравнительно несложно получить большое усиление с помощью электронных ламп или транзисторов.

Основное усиление сигнала происходит в тракте ПЧ. Оно может достигать 10*. Принимаются меры по выравниванию амплитуд сильных и слабых отраженных сигналов. К ним относятся усилители ПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой, различные системы автоматической регулировки усиления. На входе приемника сильные сигналы от близких объектов и слабые от далеких целей могут различаться на 100... 120 дБ. В усилителе ПЧ эта разница уменьшается до 20...30 дБ, и тогда все отражения будут хорошо видны на экране индикатора. Последними элементами структурной схемы приемника являются детектор и усилитель видеоимпульсов.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все более мощные магнетрюны. антен-

Ггггродин


Супергетеродинный приемник РЛС



ны все больших размеров, устанавливавшиеся на могучих поворотных платформах. Платформа вращалась со скоростью несколько оборотов в минуту, и поэтому операторы не выдерживали более двух часов подобной карусели. В последующих разработках операторы уже размещались вне поворотных платформ. Мощность РЛС достигала 10 и более мегаватт (миллионов ватт) в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС. Кто-то из операторов зимой погрел руки в фокусе параболической антенны. На руках перестали заживать царапины, а нервные каналы и лимфатические узлы воспали лись. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см).

Итак, мощности дошли до предела. Но у радара, выполненного по традиционной, уже описанной схеме есть еще много других внутренних противоречий. Например, между точностью определения координат и временем поиска цели. Для повышения точности нужен «игольчатый» луч. Но обнаружить им цель в безбрежном воздушном океане-это все равно, что найти иголку в стоге сена! Искать цель лучше широким лучом. Следовательно, надо управлять формой луча. Но как это сделать, если антенной служит несгибаемое, штампованное из металла зеркало, закрепленное на литой станине?

Другая проблема. Надо узнать дальность до самолета и его скорость. Скорость лучше всего определяется доплеровским методом, по разности частот посланного и отраженного и.мпульсов. Но импульс надо сделать как можно короче, чтобы точнее измерить дальность. А чем короче импульс, тем с большей погрешностью определяется его частота. Ведь для этого надо сосчитать число периодов за определенный промежуток времени. Этот промежуток равен длительности импульса; чем она меньше, тем меньше периодов укладывается в импульсе и тем хуже точность определения скорости. Следовательно, нужно управлять и формой импульса: во время измерения дальности импульс надо сделать коротким, а во время определения скорости-длинным. Ученые предложили и другое, лучшее решение-излучать сравнительно длинные импульсы, а внутри импульса ввести модуляцию, т. е. изменять частоту или фазу колебаний по определенному закону. Такие сложные радиолокационные сигналы позволили преодолеть роковое «соотношение неопределенности» в радиолокации и одновременно повысить точ- ность определения и дальности, и скорости.

Вот пример сложного сигнала. Относительно длинный радиолокационный импульс разбивается на некоторое число более коротких отрезков. В течение каждого отрезка фаза сигнала имеет значение либо О, либо п, в сответствии с цифровым двоичным кодом. Код Баркера, например, обладает интересным свойством: помноженный на такой же код с некоторым сдвигом и усредненный, ел дает максимальное значение результата только в том случае, когда сдвиг равен нулю. В приемнике отраженный сигнал детектируется фазовым детектором и подается на сравнивающее устройство, в котором уже заложен переданный код. Когда все разряды сравниваемых кодов совпадают, на выходе сравнивающего устройства появляется сигнал совпадения. На рисунке показан семиразрядный код Баркера. Хотя длительность всего импульса в семь раз больше длительности




1000


Фазоманипулироватый сигнал

юредачи одного разряда, разрешающая способность РЛС по даль-юсти будет соответствовать именно длительности одного разряда. Энергия всего импульса увеличится в семь раз, что повысит и (альнойсть действия, и точность определения скорости.

Возможность когерентного накопления сигнала, т.е. суммиро-1ания амплитуд многих последовательно излучаемых импульсов, юстигается лишь тогда, когда фаза следующих друг за другом пмпульсов не изменяется. Передатчик в этом случае уже нельзя 1ьшолнить в виде автогенератора, например, на магнетроне. Нужен вдающий генератор, вырабатывающий непрерывные колебания со табильной частотой и фазой и усилитель мощности с импульсной лодуляцией.

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке ювершенно новой техники. С появлением транзисторов мощные легаваттные передатчики РЛС постепенно ушли в прошлое. Что же, гменьшилась излучаемая мощность? Ничуть не бывало! Даже воз-юсла. Только создаваться она стала не одним мощным передат-иком, а многими маломощными. Вот как это случилось.

ЭВМ управляет радаром

Опять управление? Конечно. В радиолокации, как нигде, лы сталкиваемся с такими тремя китами современной электроники, ак управление, сигналы, информация. Надо управлять диаграммой иправленности антенны и ее положением в пространстве, надо отравлять формой сигнала и, наконец, надо обрабатывать принятые игналы и извлекать из них информацию об объектах. Интуитивно кно, что лучше всего с этими задачами справится компьютер. А как »н будет это делать, я сейчас расскажу.

Подлинная революция в радиолокационной технике началась с побретением фазированньгх антенных решеток. Представьте себе шоскость, равномерно заполненную излучателями: диполями, рас-рывами маленьких рупоров или просто щелями в волноводах. 1лоскость-это раскрыв антенны. Математики рассчитали: чтобы олучить заданную диаграмму направленности, надо создать опре-.еленное распределение амплитуд и фаз излучаемого поля в раскры-е. Диаграмма и распределение по раскрыву однозначно связаны. 1ужное распределение легко получается, если регулировать ампли-уды и фазы волн, создаваемых отдельными излучателями. Но не





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 [ 90 ] 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116