Бір импульстік радар жүйесі

Кіріспе

Бір импульсті радар жүйесі

Монопульсті радар – бұл радиосигналды қосымша кодтау арқылы дәл бағыттау туралы ақпаратты қамтамасыз ететін радар жүйесі. Атау оның бір сигнал импульсінен қашықтық пен бағытты анықтау мүмкіндігіне байланысты берілген. Монопульсті радар, сигнал күшінің жылдам өзгеруінен шатасуға бейім конустық сканерлеу радар жүйелерінде кездесетін мәселелерден сақтайды. Бұл жүйе кедергі жасауды да қиындатады. 1960 жылдан бері жасалған радарлардың көп бөлігі монопульстік жүйелер болып табылады. Монопульстік әдіс электрондық қолдау шаралары және радиоастрономия сияқты пассивті жүйелерде де қолданылады. Монопульстік радар жүйелерін рефлекторлық антенналармен, линзалық антенналармен немесе антенналық тізімдермен құруға болады. Тарихи тұрғыдан алғанда, монопульстік жүйелер фазалық салыстыру монопульсі немесе амплитудалық монопульс ретінде жіктеліп келген. Қазіргі заманғы жүйелер бағытты монопульстік қатынас арқылы анықтайды, ол амплитудалық және фазалық ақпаратты қамтиды. Монопульстік әдіс өлшенген сигналдардың импульстік болуын қажет етпейді. Сондықтан "бір уақыттағы лоббинг" деген балама атау ұсынылған, бірақ ол кеңінен танымал болған жоқ.

Конустық сканерлеу

Конустық сканерлеу монопульстік радардың түрі саналмайды, бірақ келесі мағлұмат түсінуге көмектесетін аяны ұсынады. Конустық сканерлеу жүйелері антеннаның бағытынан сәл жаңғырық сигнал жібереді, содан кейін антенна мүйізін айналдырады, нәтижесінде сәуле бағыт бойынша айналады. Антенна бағытына тура орталастырылған нысана әрқашан сәуледен сәл жарық алады және күшті кері сигнал береді. Егер нысана бір жақта болса, ол тек сәуле сол бағытқа бағытталғанда ғана жарықтанады, бұл жалпы сигналдың әлсіреуіне (немесе айналу жеткілікті баяу болса, жыпылықтауына) әкеледі. Бұл өзгеретін сигнал антеннаны нысана бағытына бұрған кезде максималды мәнге жетеді. Осы максимумды іздеу және антеннаны сол бағытта жылжыту арқылы нысананы автоматты түрде қадағалауға болады. Бұл процесті екі антеннаны пайдалану арқылы жеңілдетуге болады, олар антенна бағытынан екі жаққа сәл бұрышпен орналасқан. Қадағалауды екі антеннадан алынған сигналды қарапайым электроникада салыстыру арқылы жүзеге асыруға болады, антенна айналу кезеңінде ең жоғары нүктені іздеудің орнына. Бұл тәсілдің бір мәселесі – радар сигналының амплитудасы көбінесе сәуле позициясымен байланысы жоқ себептермен өзгереді. Мысалы, бірнеше ондаған секунд ішінде нысананың бағытының өзгеруі, жаңбыр бұлттары және басқа да факторлар кері сигналға күрт әсер етуі мүмкін. Конустық сканерлеу жүйелері сигналдың күшеюіне немесе әлсіреуіне тек нысананың сәулеге қатысты орналасуына байланысты болғандықтан, кері сигналдағы мұндай өзгерістер жүйенің сәуленің сканерлеу аймағындағы нысананың орналасуы туралы жаңылысуына әкелуі мүмкін. Конустық сканерді кедергіге салу да салыстырмалы түрде оңай. Кедергі жасайтын құрылғы радар жиілігінде жеткілікті қуатты сигналдарды жіберіп, оны ең күшті кері сигнал деп қабылдауына себеп болуы керек. Бұл жағдайда сигналдың кездейсоқ қысқа импульстары сәуле ішіндегі әртүрлі жерлерде орналасқан нысаналардың тізбегі сияқты көрінеді. Мұндай кедергіні сигналдарды антенна айналу жылдамдығымен синхронды түрде, бірақ сәл кешіктіріп тарату арқылы күшейтуге болады, бұл сәуле ішіндегі екінші күшті шыңға әкеледі, оларды ажырату мүмкін емес. Мұндай кедергі жасайтын құрылғылар өте ерте пайда болды. Британдықтар оларды Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде неміс конустық сканерлеу Вюрцбург радарларына қарсы қолданды.

Conical scanning is not considered to be a form of monopulse radar, but the following summary provides background that can aid understanding. Conical scan systems send out a signal slightly to one side of the antenna's boresight and then rotate the feed horn to make the lobe rotate around the boresight line. A target centered on the boresight is always slightly illuminated by the lobe, and provides a strong return. If the target is to one side, it will be illuminated only when the lobe is pointed in that general direction, resulting in a weaker signal overall (or a flashing one if the rotation is slow enough). This varying signal will reach a maximum when the antenna is rotated so it is aligned in the direction of the target. By looking for this maximum and moving the antenna in that direction, a target can be automatically tracked. This is greatly eased by using two antennas, angled slightly to either side of the boresight. Tracking can be accomplished by comparing the signal from the two antennas in simple electronics, as opposed to having to hunt for a maximum point over the period of the antenna's rotation. One problem with this approach is that radar signals often change in amplitude for reasons that have nothing to do with beam position. Over the period of a few tenths of seconds, for instance, changes in target heading, rain clouds and other issues can dramatically affect the returned signal. Since conical scanning systems depend on the signal growing or weakening due only to the position of the target relative to the beam, such changes in reflected signal can cause it to be "confused" about the position of the target within the beam's scanning area. Jamming a conical scanner is also relatively easy. The jammer simply has to send out signals on the radar's frequency with enough strength to make it think that was the strongest return. In this case, a series of random short bursts of the signal will appear to be a series of targets in different locations within the beam. Jamming of this sort can be made more effective by timing the signals to be the same as the rotational speed of the feed, but broadcast at a slight delay, which results in a second strong peak within the beam, with nothing to distinguish the two. Jammers of this sort were deployed quite early. The British used them during World War II against the German conical scanning Würzburg radar.

Монопульстің негізгі қағидалары

Моноимпульстік радарлар жалпы құрылысы бойынша конустық сканерлеу жүйелеріне ұқсас, бірақ сәулені бөліктерге бөліп, содан кейін екі нәтижедегі сигналды антеннадан сәл әртүрлі бағытта жібереді. Алға қайтарылған сигналдар қабылданғанда, олар жеке-жеке күшейтіліп, бір-бірімен салыстырылады, осы арқылы қай бағыттағы кері байланыс күштірек екенін көрсетеді, демек нысананың бағыты. Бұл салыстыру бір импульс ішінде, әдетте бірнеше микросекундта жүзеге асырылады, сондықтан нысананың орны мен бағытының өзгеруі салыстыруға әсер етпейді. Мұндай салыстыру үшін сәуленің әртүрлі бөліктерін бір-бірінен ажырату қажет. Әдетте, бұл импульсті екіге бөліп, әрқайсысын жеке поляризациялап, содан кейін оларды осьтен сәл ауытқыған фидерлік мүйіздер жиынтығына жіберу арқылы жүзеге асырылады. Нәтижесінде, көру осінде бірімен-бірі жабысқан, әдетте екі лоб пайда болады. Бұл лобтар қалыпты конустық сканердегідей айналады. Қабылдау кезінде сигналдар қайта бөлінеді, содан кейін бір сигнал қуаты бойынша инверсияланады, және екеуі қосылады (суретте). Егер нысана көру осінің бір жағында болса, нәтижедегі сома оң болады, ал екінші жағында болса, теріс болады. Егер лобтар жақын орналасса, бұл сигнал сәуле ішінде жоғары дәлдікке қол жеткізуге мүмкіндік береді, бұл конустық сканерлеу жүйесінің табиғи дәлдігін арттырады. Классикалық конустық сканерлеу жүйелері шамамен 0,1 градусқа дейін дәлдік береді, ал моноимпульстік радарлар оны әдетте 10 есе жақсартады, ал AN/FPS 16 сияқты жетілдірілген іздеу радарлары 0,006 градусқа дейін дәлдікке ие. Бұл 100 км қашықтықта шамамен 10 метрлік дәлдікке тең. Конустық сканерлеуге қарағанда кедергіге төзімділік едәуір жақсартылған. Поляризацияланбаған немесе тек бір бағытта поляризацияланған сигналдарды жою үшін сүзгілер орнатылуы мүмкін. Мұндай жүйені шатастыру үшін кедергі сигналы сигналдың поляризациясын және уақытын қайталай алуы керек, бірақ ұшақ тек бір лобты қабылдайтындықтан, сигналдың нақты поляризациясын анықтау қиын. Моноимпульстік жүйелерге қарсы ЭКМ әдетте жалған локальдік кері байланыстар жасауға тырысудың орнына радарды соқыр ету үшін ақ шуды таратуға көшеді.

Monopulse radars are similar in general construction to conical scanning systems, but split the beam into parts and then send the two resulting signals out of the antenna in slightly different directions. When the reflected signals are received they are amplified separately and compared to each other, indicating which direction has a stronger return, and thus the general direction of the target relative to the boresight. Since this comparison is carried out during one pulse, which is typically a few microseconds, changes in target position or heading will have no effect on the comparison. Making such a comparison requires that different parts of the beam be distinguished from each other. Normally this is achieved by splitting the pulse into two parts and polarizing each one separately before sending it to a set of slightly off axis feed horns. This results in a set of lobes, usually two, overlapping on the boresight. These lobes are then rotated as in a normal conical scanner. On reception the signals are separated again, and then one signal is inverted in power and the two are then summed ( in the image). If the target is to one side of the boresight the resulting sum will be positive, if it's on the other, negative. If the lobes are closely spaced, this signal can produce a high degree of pointing accuracy within the beam, adding to the natural accuracy of the conical scanning system. Whereas classical conical scan systems generate pointing accuracy on the order of 0.1 degree, monopulse radars generally improve this by a factor of 10, and advanced tracking radars like the AN/FPS 16 are accurate to 0.006 degrees. This is an accuracy of about 10 m at a distance of 100 km. Jamming resistance is greatly improved over conical scanning. Filters can be inserted to remove any signal that is either unpolarized, or polarized only in one direction. In order to confuse such a system, the jamming signal would have to duplicate the polarization of the signal as well as the timing, but since the aircraft receives only one lobe, determining the precise polarization of the signal is difficult. Against monopulse systems, ECM has generally resorted to broadcasting white noise to simply blind the radar, instead of attempting to produce false localized returns.

Массивтік антенналар үшін іске асыру

Төрт квадранттық массив антеннасы төрт кіші массивтен тұрады. Кіші массивлер d қашықтығымен бөлінеді. θ бұрышы (көлденең немесе тік жазықтықта) монопульс қатынасы арқылы есептеледі, ол айырма сигналдың жиынтық сигналға қатынасы болып табылады. Есептеу теңдеуі: Бұл теңдеудің жалпыланған түрі мынада келтірілген. 1970-жылдардан кейін цифрлық сигналды өңдеу мүмкіндігі туғаннан кейін монопульстік іздеуді жүзеге асырудың құны мен күрделілігі төмендеді, ал сенімділігі артты. Бұл технологияның көптеген заманауи іздеу радарларында және зымырандар сияқты бір рет қолданылатын қару-жарақтардың көптеген түрлерінде қолданылатыны белгілі.