1. Podstawy radiolokacji

Radiolokacja jest gałęzią radiotechniki wykorzystującą zjawisko odbicia fal elektromagnetycznych od przedmiotów w celu ich wykrycia i określenia współrzędnych położenia.

Współczesne urządzenia radarowe wykorzystują cztery główne właściwości fal radiowych:

• właściwości odbijania się od napotkanych przeszkód;

• stałą szybkość rozchodzenia się fal;

• prostoliniowość rozchodzenia się fal;

• możliwość kierunkowego wypromieniowania,

Opierając się na pierwszej właściwości można stwierdzić, że podstawowe zadania radiolokacji, a mianowicie wykrywanie odległych obiektów powietrznych jest realizowane dzięki niej. Natomiast dzięki pozostałym realizuje się kolejne, tj. wyznaczanie współrzędnych wykrytych obiektów oraz określanie ich cech szczególnych.

2. Właściwości fal e-m wykorzystywanych w radiolokacji

• prostoliniowe rozchodzenie się fal w ośrodkach jednorodnych (podstawa pomiaru odległości i współrzędnych kątowych);

• duża i stała praktycznie prędkość propagacji, ok. 300 tys. km/h (podstawa pomiaru prędkości);

• możliwość kierunkowego promieniowania (podstawa przy pomiarze współrzędnych kątowych);

• możliwość odbicia od obiektu;

Metody radiolokacji

A. Bierna metoda radiolokacji

OBIEKT PROMIENIUJĄCY

Bierna metoda radiolokacji polega na wykrywaniu tych obiektów, które same są źródłem promieniowania elektromagnetycznego. Realizuje się to przez odbiór tego promieniowania przy pomocy bardzo czułych odbiorników. Przykładem może być radionamierzanie, czyli wykrywanie radiostacji w czasie rozpoznania radarowego.

B. Czynna (aktywna) metoda radiolokacji.

Aktywna metoda radiolokacji jest głównie stosowana we współczesnych urządzeniach radiolokacyjnych. Wykorzystuje wymienione właściwości fal radiowych do wykrywania obiektu i wyznaczania jego podstawowych współrzędnych, tj. odległości, azymutu i wysokości.

C. Wtórna metoda radiolokacji

Metoda ta umożliwia zlokalizowanie tylko tych statków powietrznych, które mają zainstalowany transponder, czyli urządzenie odzewowe, które pracując na zasadzie czynnej odpowiedzi wysyła określone, zakodowane sygnały odpowiedzi na sygnał wywoławczy wysłany z ziemi przez radar wtórny, który ściśle współpracuje z radarem pierwotnym.

3. Podstawowe parametry radarów

- częstotliwość nośna lub długość fali;

- moc promieniowania;

- parametry modulacji sygnałów;

- metody pomiaru współrzędnych;

- charakterystyka antenowa (zysk kierunkowy, poziom listków bocznych, kształt, powierzchnia apertury);

- sposób przeszukiwania przestrzeni;

- czułość kanału odbiorczego (moc progowa)

- rozróżnialność w określaniu współrzędnych;

- typ urządzeń końcowych

- inne.

4. Układy współrzędnych stosowane w radiolokacji

1. Układ współrzędnych biegunowych (sferycznych); pozwala na bezpośredni pomiar trzech współrzędnych: odległość bezpośrednia (pochyła) R, azymut *, kąt wzniesienia celu * - elewacja.

2. Układ współrzędnych cylindrycznych; odległość pozioma r, azymut *, wysokość H.

3. *b= *c - azymut nie ulega zmianie;

r = R cos *; H = R sin *

Po uwzględnieniu krzywizny Ziemi (RZ=6368 km - promień ziemi) i wysokości zawieszenia anteny:

H = hA + R sin * + R2/2RZ

Uwzględniając zjawisko refrakcji (RE = 4/3 RZ = ok. 8500 km) mamy:

H = hA + R sin * + R2/2RE

4. Objętość rozróżnialności radaru Radar Resolution Cell

V-obszar (przestrzeń) rozróżnialności radaru

KLASYFIKACJA OBIEKTÓW

- obiekt punktowy - to taki obiekt, którego wymiary liniowe nie są większe od wymiarów liniowych przestrzeni rozróżniania radaru;

często samolot jest dla radaru obiektem punktowym;

- obiekt przestrzenny - to taki obiekt, którego wymiary wykraczają poza przestrzeń rozróżniania radaru; są to np. chmury,opady;

- obiekt powierzchniowy - obiekt widziany z radaru pokładowego

5. Definicja skutecznej powierzchni odbicia (Radar Cross Section)

Skuteczna powierzchnia odbicia obiektu jest to współczynnik wyrażony w m2 charakteryzujący zdolność obiektu do wtórnego promieniowania energii elektromagnetycznej w kierunku odbiornika radaru.

Obiekt RCS [m2]

Jumbo airliner 100

Large bomber or airliner 40

Large fighter 6

Small fighter 2

Medium bomber or airliner 20

Conventional winged missile 0,5

Bird 0,01

Small single engined aircraft 1

Man 1

B-52 100

B-2 Spirit 1

F-4 Phantom 5

F-117A 0,01

F-15 Eagle 3

6. Impulsowa metoda pomiaru odległości

Impulsowa metoda pomiaru odległości oparta jest o bezpośredni pomiar czasu tR przejścia impulsowej fali elektromagnetycznej z radiolokatora do celu i z powrotem przy założeniu, że szybkość rozchodzenia się fali jest znana. Na podstawie pomiaru tego czasu określamy odległość R ze wzoru: R = c tR / 2

7. Przebiegi czasowe. Impulsowy pomiar odległości

Synchronizator wytwarza co okres czasu T impulsy (a) określające kolejność i czas pracy poszczególnych podzespołów stacji. Impulsy te m.in. uruchamiają okresowo i prawie jednocześnie modulator i odpowiednie układy urządzenia końcowego.

Zadaniem modulatora jest formowanie krótkotrwałych impulsów wysokonapięciowych dużej mocy i określonego z góry kształtu (b), stanowiących następnie warunek periodycznego wzbudzania drgań w generatorze u.w.cz. (c).

Przełącznik N-O, w czasie trwania impulsu stanowi elektryczne połączenie wyjścia generatora i wejścia linii przesyłowej anteny oraz jednocześnie izoluje wejście odbiornika, co jest konieczne gównie w celu zabezpieczenia odbiornika przed przesterowaniem silnym sygnałem sondującym.

Jeżeli impulsy sondujące napotkają cel to nastąpi odbicie części energii wypromieniowanego impulsu. Po czasie tR=2R/c znikoma część tej energii (d) zostanie odebrana z powrotem przez antenę i poprzez przełącznik N-O skierowana do odbiornika.

W odbiorniku następuje obróbka odbitego sygnału, tzn. wzmocnienie, przekształcenie na sygnał wizyjny (e) i odfiltrowanie zakłóceń, których widmo nie pokrywa się z widmem sygnału odbitego.

Tak przygotowane sygnały, zawierające informację o istnieniu i współrzędnych celu przekazywane są do urządzeń końcowych.

8. Oscyloskopowy wskaźnik odległości

Generator impulsów prostokątnych wytwarza synchronicznie z impulsami synchronizatora impulsy dodatnie (f) i ujemne (g), których czas trwania uwarunkowany jest żądanym zakresem pomiarowym odległości i określa czas trwania tp części roboczej (liniowej) napięcia podstawy czasu (h).

Jeżeli cel znajdzie się na odległości leżącej w zakresie pomiarowym wskaźnika, to impuls odbity (e) wystąpi na płytkach pionowego odchylania lampy po czasie tR względem impulsu synchronizującego, a linia podstawy czasu zostanie odkształcona w odległości od jej początku, proporcjonalnej do odległości od celu.

a

b

a

e

d

c

ODBIORNIK

ODBIORNIK

NADAJNIK

CEL

RADAR

ODBIORNIK

NADAJNIK

NADAJNIK

ODBIORNIK

---