1.2. Физические основы и методы радиообнаружения

Проблема обнаружения какой-либо цели с чисто радиотехнической точки зрения сводится к обнаружению сигнала, излучаемого или переизлучаемого этой целью, на фоне различного рода помех.

Активное радиообнаружение основано на явлении отражения или рассеивания радиоволн, которое, как известно, имеет место в том случае, когда на пути распространения радиоволн встречается какое-либо физическое тело с электрическими параметрами, отличными от параметров среды. Поскольку все цели, подлежащие обнаружению, удовлетворяют этому условию, то любая цель, будучи облученной радиолокатором, становится источником отраженного, т. е. вторичного электромагнитного поля.

Мощность вторичного излучения зависит от ряда факторов, как то: интенсивности первичного поля около цели, параметров цели (габаритов, формы и электрических свойств), положения цели относительно радиолокатора, поляризации первичного поля и длины волны. Последняя зависимость является особенно важной, поскольку характер этой зависимости и определяет диапазон радиоволн, пригодный для радиолокации. В общем случае указанная зависимость является довольно сложной. Однако в частном случае, когда линейные размеры цели существенно больше длины волны, мощность вторичного излучения либо слабо зависит от длины волны, либо вовсе не зависит. В другом частном случае, когда линейные размеры цели существенно меньше длины волны, мощность вторичного излучения обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Следовательно, при увеличении длины волны мощность вторичного излучения будет резко падать, что, естественно, приведет к соответствующему уменьшению дальности обнаружения. Поэтому для радиолокации могут быть эффективно использованы только такие радиоволны, длина которых существенно меньше линейных размеров целей, подлежащих обнаружению. Если иметь в виду такие цели, как, например, самолеты, баллистические ракеты, автомашины и т. п., то пригодным для радиолокации оказывается только диапазон метровых волн и короче, т. е. диапазон с. в. ч. Единственным фактором, ограничивающим целесообразное укорочение длины волны, является затухание радиоволн в атмосфере, которое на сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн может оказаться значительной величиной, особенно при плохих условиях погоды.

Итак, при облучении какой-либо цели на вход приемника радиолокатора будет поступать отраженный сигнал, что позволяет как обнаружить цель, так и определить ее координаты.

Следует, однако, иметь в виду, что в силу невозможности полной развязки передающей и приемной антенн на вход приемника будет поступать также и прямой сигнал, мощность которого обычно значительно превосходит мощность отраженного сигнала. Поэтому сразу же возникает вопрос о том, как в этих условиях обнаружить отраженный сигнал.

Различают два метода радиообнаружения: метод непрерывного излучения и импульсный метод.

При методе непрерывного излучения обнаружение отраженного сигнала возможно только в том случае, когда частота отраженного сигнала отличается от частоты прямого сигнала. Реализация этого метода радиообнаружения возможна либо путем использования эффекта Допплера, либо путем использования фазовой или частотной модуляции.

В первом случае при облучении цели немодулированными колебаниями частота отраженного сигнала будет отличаться от частоты прямого сигнала на величину частоты Допплера, которая, как известно, приближенно равна

где f₁ - частота прямого сигнала,

υ_r - радиальная составляющая скорости цели,

с - скорость распространения радиоволн.

Степень приближения приведенного выражения определяется отношением где и - скорость цели. Так как обычно υ << c, то формула (1.1) является достаточно точной.

Поскольку эффект Допплера возникает только в том случае, когда взаимное расположение радиолокатора и цели изменяется, то рассматриваемый метод радиообнаружения позволяет выполнить селекцию движущихся целей. Если в "поле зрения" радиолокатора будет несколько движущихся целей с различными значениями υ_r, то из выходного сигнала приемника можно выделить при помощи соответствующего анализатора спектра допплеровские частоты, соответствующие обнаруживаемым целям. Это означает, что рассматриваемый метод обнаружения обладает разрешающей способностью по скорости.

Во втором случае, т. е. при облучении цели фазо- или частотно-модулированными колебаниями, в результате сложения прямого и отраженного сигналов возникают биения, частота которых зависит не только от радиальной составляющей скорости цели, но и от расстояния до цели. Поэтому такой метод обнаружения обладает разрешающей способностью по дальности и по скорости цели.

При импульсном методе обнаружения цель облучается не непрерывно, а короткими импульсами, длительность которых обычно значительно меньше длительности паузы между импульсами (рис. 1.4). В этом случае возможно обнаружение всех отраженных импульсов, которые поступают на вход приемника в течение пауз между зондирующими импульсами. Этот метод обнаружения также обладает разрешающей способностью по дальности и скорости цели.

Рис. 1.4. Осциллограмма радиолокационных сигналов

Пассивное радиообнаружение основано на явлении излучения электромагнитной энергии любым физическим телом, температура которого выше абсолютного нуля. Так как все цели удовлетворяют этому условию, то, в принципе, возможно их обнаружение без предварительного облучения.

Существенно, что излучаемая целью энергия зависит не только от температуры, но и от физических свойств цели. Поэтому представляется возможность различать цели с неодинаковыми физическими свойствами даже в том случае, когда их температуры одинаковы.