РЛС обзора земной поверхности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

«РЛС обзора земной поверхности»

1. Назначение

РЛС обзора земной поверхности, предназначенные для картографирования земной поверхности, решения задач воздушной разведки и т.д., имеют высокую разрешающую способность, определяющую качество радиолокационного изображения, его детальность. Это достигается либо значительным увеличением размера антенны, располагаемой вдоль фюзеляжа самолёта, что позволяет увеличить разрешающую способность по сравнению с панорамными РЛС кругового обзора на порядок, либо применением метода искусственного раскрыва антенны позволяющего приблизиться к разрешающей способности оптических средств наблюдения при этом разрешающая способность не зависит от дальности наблюдения и длины волны зондирующего сигнала.

радиолокационный обзор земной станция

2. Классификация РЛС обзора земной поверхности

1. По виду обзора:

1.1 РЛС бокового обзора (РЛС БО).

1.1.1. С остро направленной антенной.

Лучи такой антенны направлены перпендикулярно оси самолета. При движении самолета происходит облучение двух полос слева и справа от линии курса, то есть боковой обзор.

1.1.2. С синтезированной апертурой.

Такая РЛС когерентная, ее обычная антенна при каждом излучении импульса делается «элементом» некоторой искусственной решетки. Расстояние между этими элементами определяется перемещением самолета. Антенна РЛС перемещается по прямолинейной траектории, последовательно занимая положения 1,2,…, N. В каждом положении антенна работает на передачу и прием, т.е. излучает зондирующий и принимает отраженный от точечной цели сигналы в виде плоской электромагнитной волны.

1.1.3. С реальной апертурой.

Проблема разрешения по дальности легко решается по средствам излучения коротких импульсов. Такие РЛС БО, азимутальное разрешения которых определяется шириной диаграммы направленности антенны (ДНА), а разрешение по дальности - длительностью импульса, называются РЛС с реальной апертурой.

1.1.4. Панорамные РЛС.

Большинство панорамных радиолокаторов, применяемых в дистанционном зондировании, представляет собой бортовые РЛС БО. Обычно они имеют прямоугольную антенну, большая сторона которой ориентирована вдоль направления самолета, а апертура расположена так, что луч антенны направлен вбок от платформы. ДНА в определенной плоскости обратно пропорциональна размеру антенны в этой плоскости.

1.2. РЛС кругового обзора.

РЛС кругового обзора имеют в вертикальной плоскости веерообразную ДН. Так как участки земной поверхности, находящиеся на разных дальностях, имеют различные эффективные отражающие площади (ЭОП) и дают отраженные сигналы разной интенсивности, то, поступая на управляющий электрод ЭЛТ с радиально - круговой разверткой, эти сигналы создают изображение, сходное с картой местности.

2. По методу обработки сигналов.

2.1. С оптической обработкой сигналов.

Большую роль в развитии РСА сыграли когерентные оптические аналоговые устройства обработки. Дело в том, что один кадр стандартной кинопленки (2436 ммІ) позволяет записать 10⁸ бит информации при числе каналов более 10³, а оптический спектроанализатор эквивалентен матрице из нескольких миллионов фильтров.

2.2. С цифровой обработкой сигнала.

В отличие от оптических устройств в цифровых устройствах целесообразно ввести обработку на видеочастоте.

Цифровое устройство представляет собой многоканальный по дальности вычислитель с числом каналов , где - интервал дискретизации (тактовая частота).

3. По используемому диапазону частот

Частотные диапазоны РЛС американского стандарта IEEE

Диапазон	Этимология	Частоты	Длина волны	Примечания
HF	англ. high frequency	3-30 МГц	10-100 м	Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
P	англ. previous	< 300 МГц	> 1 м	Использовался в первых радарах
VHF	англ. very high frequency	50-330 МГц	0,9-6 м	Обнаружение на больших дальностях, исследования Земли
UHF	англ. ultra high frequency	300-1000 МГц	0,3-1 м	Обнаружение на больших дальностях (например, артиллерийского обстрела), исследования лесов, поверхности Земли
L	англ. Long	1-2 ГГц	15-30 см	Наблюдение и контроль за воздушным движением
S	англ. Short	2-4 ГГц	7,5-15 см	Управление воздушным движением, метеорология, морские радары
C	англ. Compromise	4-8 ГГц	3,75-7,5 см	Метеорология, спутниковое вещание, промежуточный диапазон между X и S
X		8-12 ГГц	2,5-3,75 см	Управление оружием, наведение ракет, морские радары, погода, картографирование среднего разрешения; в США диапазон 10,525 ГГц ± 25 МГц используется в РЛС аэропортов
Ku	англ. under K	12-18 ГГц	1,67-2,5 см	Картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
K	нем. kurz - «короткий»	18-27 ГГц	1,11-1,67 см	Использование ограничено из-за сильного поглощения водяным паром, поэтому используются диапазоны Ku и Ka. Диапазон K используется для обнаружения облаков, в полицейских дорожных радарах (24,150 ± 0,100 ГГц).
Ka	англ. above K	27-40 ГГц	0,75-1,11 см	Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц)
mm		40-300 ГГц	1-7,5 мм	Миллиметровые волны, делятся на два следующих диапазона
V		40-75 ГГц	4,0-7,5 мм	Медицинские аппараты КВЧ, применяемые для физиотерапии, а также аппараты для диагностики (например, по методу Фолля)
W		75-110 ГГц	2,7-4,0 мм	Сенсоры в экспериментальных автоматических транспортных средствах, высокоточные исследования погодных явлений

3. Принцип работы и применение

Осмотреть все элементы зоны обзора можно последовательно и параллельно. При последовательном обзоре одно и то же устройство анализирует радиолокационный сигнал в каждом разрешаемом элементе, проходя их в определенной последовательности, один за другим. Такая одноканальная система максимально проста по своему устройству, но требует много времени для наблюдения во всей зоне обзора. При этом бесполезно теряется энергия сигналов целей, которые в данный момент находятся в не осматриваемых элементах. При параллельном обзоре применяют многоканальное устройство, каждый канал которого обрабатывает сигналы одного разрешаемого элемента. Каналы работают практически одновременно, поэтому для обзора всей зоны затрачивается примерно такое же время, как и для обзора одного разрешаемого элемента. Однако требуемое число каналов может оказаться столь большим, что реализация подобных систем будет затруднительна. В импульсной РЛС обзор по дальности можно осуществлять с помощью эли с амплитудной отметкой. Импульсы длительностью создают отметки, размеры которых при скорости распространения соответствуют расстоянию определяющему разрешающую способность РЛС по дальности. Такую систему радиолокационного наблюдения можно считать параллельной. Число каналов равно числу отметок целей, которые оператор может одновременно наблюдать на линии развертки.

Для автоматического наблюдения сигнал с выхода приемника стробируют - подключают к системе обработки только в течение короткого интервала времени, порядка длительности импульса. Последовательный обзор состоит в том, что положение этого временного интервала меняют, анализируя импульсы, приходящие с разными задержками. В параллельной системе нужно иметь множество таких устройств, каждое из которых рассчитано на определенную фиксированную дальность.

Обзор по угловым координатам, как и обзор по дальности, также бывает последовательным или параллельным. Последовательный обзор осуществляется путем сканирования - закономерного изменения положения луча остронаправленной антенны в пределах зоны обзора.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.1. Схемы кругового (а) и бокового (б) способов обзора поверхности

В двумерных РЛС, в которых одной измеряемой координатой является дальность, применяют два способа обзора: круговой и боковой (рис. 3.1). При круговом обзоре антенна с лучом, узким в горизонтальной плоскости, непрерывно вращается или совершает качания вокруг вертикальной оси, В качестве оконечного устройства часто применяют индикатор: кругового обзора с яркостной отметкой. Радиальная линия развертки на экране прочерчивается синхронно и синфазно с поворотом антенны. Совокупность линий развертки образует растр в форме круга или сектора. При качания луча кроме секторной применяют также прямоугольную развертку, при которой дальность и направление на цель воспроизводятся в прямоугольной системе координат.

Сигналы точечной цели, попавшей в пределы антенного луча, создают отметку, угловой размер которой без учета светового пятна равен ширине луча . Таким образом, размеры элемента зоны обзора равны по углу и по дальности.

Для максимальной дальности наблюдения время одного зондирования максимальна удаленной цепи составляет ; полагаем, что для ее наблюдения необходимо накапливать энергию за п периодов посылок. Тогда для обзора одного углового элемента потребуется время , а для всего сектора А минимально необходимое время обзора составит . Все точки зоны обзора, независимо от их удаления, облучаются в течение одинаковых интервалов времени.

Круговой, или секторный, обзор применяют как в стационарных, так и подвижных РЛС, если скорость носителя сравнительно невелика. Боковой обзор используют только в бортовых РЛС на быстро перемещающихся платформах - самолетах, вертолетах, космических аппаратах. Неподвижный антенный луч ориентируется в сторону от направления полета и перемещается поступательно за счет собственного движения РЛС (рис, 3.1, б). Зона обзора имеет вид полосы. Время, необходимое для наблюдения максимально удаленной цели , должно быть равно времени , в течение которого луч в своем поступательном движении со скоростью пересекает цель. Для других целей это время уменьшается обратно пропорционально расстоянию. В двухмерных РЛС (например, при обзоре земной поверхности) обычно используют веерообразный луч, так как разным дальностям соответствуют разные углы места. Оконечными устройствами РЛС бокового обзора являются специальные фоторегистраторы, которые фиксируют на фотопленке изображение полосы обзора.

Рис. 3.2 Схемы построчного сканирования пространства во всей сфере (а) и в ограниченной зоне (б)

Трехмерный последовательный обзор производят сканированием заданной зоны узким, так называемым игольчатым лучом. Чтобы осмотреть зону без пропусков за возможно меньшее время, пятно, образованное лучом на поверхности сферы радиусом , необходимо переместить на его ширину за время .

Если для простоты полагать, что сечение луча шириной имеет форму квадрата (рис. 3.2, а), то всю сферу можно перекрыть непересекающимися строками за время . В ограниченной зоне обзора в виде конуса или пирамиды сканирование неперекрывающимися строками можно вести по спирали или построчно, наподобие телевизионного растра (рис. 3.2, б). построчное сканирование в зоне действия РЛС с угловыми развертками А и В при разрешаемых углах и можно выполнить за минимальное время () (). Время обзора пространства при прочих равных условиях больше времени обзора поверхности на два порядка.

Методы пространственного сканирование игольчатым лучом применяют также и для обзора поверхности, это целесообразно в тех случаях, когда требуется осматривать поверхность под летательным аппаратом, где разрешение по дальности практически отсутствует. Так, для просмотра полосы вдоль направления движения РЛС применяются построчный способ обзора (рис. 3.3, а). Поперечные строки образуются при качании антенного луча и смещаются в результате движения летательного аппарата. Определенными достоинствами обладает циклоидальный способ обзора, когда луч вращается по образующей конуса, а в результате поступательного перемещения след на земной поверхности имеет вид циклоиды.



Рис. 3.3 Схемы построчного (а) и циклоидального (б) способов обзора

Параллельный обзор по угловым координатам осуществляется с помощью фазированных антенных решеток (ФАР). Каждый элемент решетки имеет диаграмму направленности, охватывающую всю зону обзора; совокупность элементов в раскрыве ФАР обеспечивает ширину луча в соответствии с требуемым угловым разрешением. Сигналы, принимаемые каждым элементом антенны, после предварительного усиления объединяются между собой с определенными фазовыми сдвигами, при которых формируется острая диаграмма направленности для заданного направления. Подобные комбинации соединений с разной фазировкой повторяются для всех разрешаемых направлений, образуя многоканальную систему обзора. Время наблюдения в такой системе равно времени обзора по дальности одного элемента телесного угла. При работе по отраженным сигналам многоканальная система должна иметь отдельную передающую антенну, охватывающую своим лучом всю зону обзора РЛС.

Так же РЛС устанавливаются на космические аппараты, так называемые РЛС космического базирования, устанавливаются как правило РСА, и применяются для наблюдения за поверхностью земли, осадками, всхожестью посевов и в других целях.

4. Структурные схемы

Рис. 4.1 Структурная схема РЛС бокового обзора с фоторегистратором

Структурная схема такой РЛС включает в себя синхронизатор, передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и фоторегистрирующее устройство. Для записи сигналов на фотопленку используют электроннолучевую трубку с малым послесвечением. Яркостные отметки, создаваемые однострочной разверткой дальности, проектируют оптической системой на фотопленку в поперечном направлении. Механизм протяжки перемещает пленку со скоростью, пропорциональной скорости носителя; в результате на фотопленке строка за строкой фиксируется изображение наблюдаемой полосы местности. Круг задач, решаемых РЛС обзора поверхности, прежде всего определяется наблюдаемостью сигналов целей и фона. Для оценки наблюдаемости необходимо отдельно рассматривать характеристики обнаружения сосредоточенных целей на фоне отражений от земной поверхности и сигналов, отраженных от фона местности, в шумах приемника.



Рис. 4.2 Структурная схема когерентной РЛС

Задающий генератор создает высокостабильные непрерывные колебания промежуточной частоты, которые подаются па фазовый детектор приемника. Эти же колебания, сохраняя свою фазу, преобразуются по частоте и используются в качестве зондирующего сигнала. Преобразование частоты происходит в смесителе, куда полается напряжение от стабильного высокочастотного местного гетеродина. Напряжение суммарной (или разностной) частоты поступает на передатчик. С помощью модулятора из этих непрерывных колебаний выделяют короткие импульсы, которые усиливаются мощным выходным каскадом передатчика и подаются в антенну.

Принятые отраженные сигналы преобразуются по частоте, причем смесители

Рис. 4.3 Структурная схема РСА

в приемном и передающем трактах работают с общим местным гетеродином. Поэтому фаза колебаний местного гетеродина не влияет на фазу сигнала промежуточной частоты (могут сказаться лишь ее отклонения за время распространения радиоволн). В результате опорное напряжение фазового детектора и импульсы отраженных сигналов промежуточной частоты оказываются когерентными. РСА используется когерентный приемопередающий тракт, который позволяет получать амплитудно-фазовое распределение отраженных сигналов при приеме их по траектории носителя РЛС. Для этого стабильное по частоте колебание с выхода задающего генератора используется как синхронизирующее колебание для передатчика и опорный сигнал для приемника. Антенная система формирует требуемую диаграмму направленности (ДН) излучения зондирующих и приема отраженных сигналов. Система обработки обеспечивает перемножение принимаемых сигналов с опорными сигналами и накопление полученных сигналов в течение времени синтезирования апертуры. Для получения изображения объектов и местности одновременно во всей ДН реальной антенны в общем случае требуется многоканальная система обработки, как по дальности (времени задержки), так и по азимуту (доплеровской частоте сигнала). Вид опорного сигнала для системы обработки задается вычислителем опорной функции, который входит в систему управления. Для повышения качества изображений процессор системы обработки осуществляет также накопление сигналов изображения, получаемых за все время облучения заданной зоны обзора. В зависимости от удаления зоны обзора, высоты полета, вида обзора и т.п., а также от маневра и траекторных нестабильностей движения носителя РЛС система управления корректирует опорную функцию алгоритма обработки и управляет положением ДН антенны. Система отображения на экране индикатора формирует радиолокационное изображения с требуемом масштабом, динамическим диапазоном и яркостью.

4. Антенные системы

Для нормального функционирования РЛС к антенне предъявляются целый ряд зачастую противоречивых требований. Антенна должна излучать мощные зондирующие электромагнитные импульсы и принимать слабые отраженные сигналы. При этом необходимо обеспечивать большой коэффициент усиления и малые потери в антенно-фидерном тракте. Диаграмма направленности антенны по азимуту должна быть достаточно широкой, чтобы получить необходимый угловой размер синтезированной апертуры и требуемую зону одновременного обзора в телескопическом режиме. В то же время эта ДН должна быть узкой для устранения неоднозначности по азимуту, возникающее вследствие периодического зондирующего сигнала. Диаграмма направленности по углу места должна быть согласована с требуемой шириной зоны обзора по дальности. При этом желательно иметь такую форму ДН, чтобы обеспечить равенство принимаемых сигналов от всех участков независимо от дальности в то же время для устранения неоднозначности о дальности сигнала, отраженные от участков местности, находящихся за пределами зоны обзора, должны быть минимальными. Необходимо, чтобы боковые лепестки ДН в азимутальной и угломестной плоскостях были малы, так как они принимают сигналы, соответствующие боковым пикам функции неопределенности по азимуту и дальности. Система управления антенной обеспечивает заданное положение ДН в пространстве в каждый момент времени в зависимости от режима обзора. При этом необходима стабилизация положения ДН при случайных колебаниях самолета по крену, курсу и тангажу. Важнейшим требованием к ДН по азимуту является устранение приема отраженных сигналов по боковым пикам функции неопределенности. Угловое расстояние между основным и боковым пиком функции неопределенности по азимуту равно ДИ=лFп/2uпsinИн. При ненаправленной антенне основной и соседние боковые пики в большинстве случаев отличаются по амплитуде незначительно, чтобы исключить прием сигналов по боковым пикам функции неопределенности ширина ДН по азимуту Ио должна быть меньше углового расстояния ДИо.

Для устранения неоднозначности при ДН вида F(И)=sinИ/И ее ширину выбирают так, что бы первые нули ДН совпадали с первыми боковыми пиками функции неопределенности, т.е. принимают Ио=ДИ. Будем пологать далее, что в РСА используется антенна с механическим сканированием по азимуту, имеющая эффективный раскрыв da и ширину ДН по азимуту И0=л/da, зависящую от углов наблюдения Ин?н. тогда для устранения неоднозначности размер раскрыва по азимуту должен быть:

da= 2uпFп?№sinИн.



5. Прием и передача информации потребителю.

Основным недостатком большинства современных РСА является большая временная задержка в получении разведывательной информации. Действительно, для того чтобы получить радиолокационное изображение объекта разведки, самолет - носитель РСА должен возвратиться на базовый аэродром. Затем первичная фотопленка с зарегистрированной на ней радиоголограммой должна быть перенесена с самолета в специализированную лабораторию, проявлена, подвергнута оптической обработке, и лишь после вторичного фотохимического процесса радиолокационное изображение еще на мокрой пленке может быть использовано оператором-дешифровщиком. Обычно на все эти операции требуется несколько часов [6]. За это время часть разведывательной информации устаревает, а иногда сведения, полученные с помощью РСА, полностью теряют ценность.

Заметное сокращение временной задержки получения радиолокационного изображения достигается введением радиоканала передачи сигналов РСА с борта самолета на наземный приемный пункт.

В такой системе запись первичного сигнала (формирование радиоголограммы) и все дальнейшие операции по его обработке производятся на земле, в то время как самолет - носитель РСА может находиться в районе разведки. Временная задержка получения радиолокационного изображения в этом случае уменьшается на время полета самолета из района разведки до базового аэродрома. Тем не менее временная задержка остается заметной, а при передаче информации на значительные расстояния возникают большие технические трудности. Кроме того, этот способ получения изображения не позволяет использовать радиолокационную информацию на борту самолета - носителя РСА.

Для оперативного использования разведывательной информации могут быть использованы РСА с бортовой системой обработки (рис. 5.1). В такой РСА кроме антенны и приемопередающего устройства необходимо иметь систему оперативной памяти для записи радиоголограммы, систему обработки, работающую в реальном масштабе времени, а также системы отображения и регистрации радиолокационного изображения местности.

Структурная схема РСА с бортовой системой обработки сигналов

Более приспособленными к бортовым условиям оказались электронные системы обработки, к которым прежде всего надо отнести системы электронной обработки на ЭЛТ, цифровые системы обработки и системы обработки на приборах с зарядовой связью (ПЗС).

Э л е к т р о н н а я с и с т.е. м а о б р а б о т.к. и на ЭЛТ является аналоговым устройством, то есть сигналы в системе непрерывны во времени и по амплитуде. В качестве системы оперативной памяти в таких устройствах используется специальная запоминающая ЭЛТ, а обработка сигналов производится на дисперсионныхлиниях задержки, подобно тому как производится обработка сигналов с линейной частотной модуляцией по дальности. Упрощенная структура электронной системы обработки сигналов на ЭЛТ показана на рис. 5.2.

Отраженные от земной поверхности сигналы после усиления преобразуются в видеоимпульсы с помощью фазового детектора (ФД). Усиленные в видеоусилителе (ВУ) сигналы поступают на запоминающую ЭЛТ. Запись развертки по дальности отраженного сигнала производится по вертикали период за периодом. Таким образом, за время, равное времени синтезирования, на ЭЛТ оказывается записанной радиоголограмма. Считывание сигналов с ЭЛТ для дальнейшей обработки производится по горизонтали (по азимуту) для различных каналов дальности. Длина записанного по горизонтали сигнала соответствует длине интервала синтезирования. В дальнейшем по мере полета информация по ЭЛТ сдвигается и часть ее по мерс сдвига обновляется. Сигнал, считанный с ЭЛТ, усиливается в усилителе низкой частоты (УНЧ), смешивается в смесителе (СМ) с сигналом частоты /ф, на которую рассчитан сжимающий фильтр (СФ), обрабатывается фильтром, детектируется (АД) и полученный сигнал радиолокационного изображения поступает в систему отображения.



Структурная схема системы обработки РСА с использованием запоминающей ЭЛТ

Однако такие бортовые системы обработки дают радиолокационное изображение недостаточно высокого качества. Главными причинами этого являются потери при преобразовании сигнала и ограниченный динамический диапазон запоминающих ЭЛТ.

Наиболее перспективными считаются цифровые системы бортовой обработки сигналов РСА.

В ц и ф р о в ы х с и с т.е. м а х о б р а б о т.к. и (ЦСО) сигнал представляется в виде последовательности чисел. Аналоговый радиолокационный сигнал преобразуется при этом в дискретизированный по времени и амплитуде сигнал. Сама по себе ЦСО представляет специализированную цифровую вычислительную машину, а процесс обработки сигналов сводится к выполнению математических операций над последовательностями чисел (цифровым сигналом). Упрощенная структурная схема ЦСО сигналов РСА показана на рис. 5.3.

Отраженный сигнал, как и в системе обработки на запоминающих ЭЛТ, после усиления преобразуется на фазовом детекторе (ФД) в видеосигнал. Далее сигнал поступает на аналогоцифровой преобразователь (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Цифровой сигнал записывается в оперативную цифровую память, причем запись в каждом периоде зондирования ведется по дальности. По мере полета информация в памяти накапливается, затем сдвигается и частично обновляется.

Считывание цифрового сигнала производится по азимуту. Строка цифровой памяти по азимуту определяет длину интервала синтезирования. Считанный цифровой сигнал поступает в цифровой процессор (ЦП), в котором реализуются математические операции синтезирования апертуры. С выхода ЦП цифровой сигнал радиолокационного изображения подается в систему отображения.

Структурная схема цифровой системы обработки сигналов РСА

Основными недостатками ЦСО сигналов РСА в настоящее время считаются их громоздкость и большая потребляемая мощность. Однако считают, что быстрый прогресс в области технологии производства цифровых интегральных микросхем позволяет надеяться на значительное улучшение массовых и энергетических характеристик ЦСО сигналов РСА в ближайшем будущем.

6. Применение

Современные радиолокационные средства, устанавливаемые на самолетах и космических аппаратах, в настоящее время представляют один из наиболее интенсивно развивающихся сегментов радиоэлектронной техники. Идентичность физических принципов, лежащих в основе построения этих средств, делает возможным рассмотрение их в рамках одной статьи. Основные различия между космическими и авиационными РЛС заключаются в принципах обработки радиолокационного сигнала, связанными с различным размером апертуры, особенностями распространения радиолокационных сигналов в различных слоях атмосферы, необходимостью учета кривизны земной поверхности и т.д. Несмотря на подобного рода различия, разработчики РЛС с синтезированием апертуры (РСА) прилагают все усилия для того, чтобы добиться максимальной схожести возможностей данных средств разведки.

В настоящее время бортовые РЛС с синтезированием апертуры позволяют решать задачи видовой разведки (вести съемку земной поверхности в различных режимах), селекции мобильных и стационарных целей, анализа изменений наземной обстановки, осуществлять съемку объектов, скрытых в лесных массивах, обнаружение заглубленных и малоразмерных морских объектов.

Основным назначением РСА является детальная съемка земной поверхности.

РСА космического базирования универсальная, многорежимная аппаратура, позволяющая решать широкий круг пользовательских задач, включая дистанционное зондирования Земли (ДЗЗ):

мониторинг растительного покрова;

геологическое и топографическое картографирование;

мониторинг океана и ледовую разведку;

экологический мониторинг моря и суши;

землепользование, ведение земельного кадастра;

мониторинг чрезвычайных ситуаций;

контроль судовождения.



7. Достоинства и недостатки

Недостатки:

1. Для панорамных рлс:

- Увеличение разрешающей способности РЛС летательных аппаратов ограничивается прежде всего трудностью размещения вращающихся антенн кругового обзора. С другой стороны, укорочение волны радиоизлучения и переход, например, от сантиметровых к миллиметровым волнам не всегда представляется перспективным, особенно для РЛС большой дальности действия. Миллиметровые волны, как известно, не позволяют реализовать основное достоинство радиолокационной техники - независимость получения информации от метеорологических условий. Особенность использования ММВ для радиосвязи (наземной, спутниковой, а также для связи летательных аппаратов) состоит в том, что при их распространении радиоизлучение затухает в атмосферных газах и гидрометеорах. При взаимодействии излучения со средой возникают процессы рассеяния, ослабления и деполяризации излучения, а также амплитудные и фазовые искажения сигналов. Ослабление радиоизлучения в атмосфере имеет общую тенденцию возрастать с ростом частоты и зависеть от погодных условий. Однако на ММВ интенсивность поглощения радиоволн не столь велика как в субмиллиметровом диапазоне волн и обусловлена наличием молекул кислорода и водяного пара на частотах 22,2 (Н2О), 60 (O2), 118,8 (O2) и 180 (H2O) ГГц.

В целом ММВ относятся к волнам с переменной дальностью действия из-за сравнительно большого молекулярного поглощения в парах воды и кислороде воздуха, а также из-за ослабления в различных гидрометеорах атмосферы

- При оценке возможностей получения детальных радиолокационных изображений определяющее значение имеет линейная разрешающая способность по азимуту, которая убывает с увеличением расстояния до района целей, что существенно ухудшает эффективность панорамных РЛС на больших расстояниях. Поэтому при решении задач, связанных с обнаружением и распознаванием малоразмерных объектов, таких, как воздушная разведка, картографирование и т.п., панорамные РЛС нашли ограниченное применение.

2. РЛС бокового обзора:

- значительно уступают по своим возможностям оптическим устройствам.

В отличие от аэрофотографии, полученной с помощью отраженного солнечного света, антенна РЛС сама является для наблюдаемой местности источником освещения, а изображение формируется за счет отраженного излучения радара. Можно считать, что волны от радара распространяются прямолинейно, поэтому области, закрываемые холмами или другими крупными вертикальными объектами, не освещаются и, следовательно, не возвращают обратно СВЧ импульсы. Затемненные участки на радарном изображении местности воспринимаются как темные пустоты. Они не похожи на слабо освещенные рассеянным атмосферой солнечным светом участки земной поверхности, находящиеся в тени, например сфотографированные при восходящем или заходящем солнце и слабо освещаемые рассеянным атмосферой светом. Характер радиолокационного изображения зависит от длины волны и поляризации падающего сигнала, а также геометрических характеристик и электрических свойств отражающих участков местности.

- При приближении зоны обзора к линии пути разрешающая способность по азимуту резко ухудшается. Это не позволяет получить радиолокационные изображения с высокой разрешающей способностью в передней зоне обзора.

Достоинства: Панорамные РЛС:

- зона обзора панорамной РЛС представляет собой круг или сектор с радиусом, соответствующим дальности действия рлс.

РЛС бокового обзора:

- высокая угловая разрешающая способность;

- время облучения значительно больше, чем при круговом. Поэтому РЛС БО обладает существенными энергетическими преимуществами по сравнению с РЛС кругового обзора.

- дальность действия РЛС в режиме бокового обзора значительно больше, чем при круговом обзоре.

8. Проблемы и перспективы развития

Проблемы:

В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию радиолокационных станций с высокой разрешающей способностью. Для решения этой задачи требуется проведение большого количества экспериментов. В связи с чрезвычайно высокой стоимостью натурных экспериментов поставлена задача использовать для этих целей машинный эксперимент, т.е. провести исследование вновь разрабатываемых РЛС (их параметров и режимов работы) на имитационных моделях.

Для решения этих задач осуществлена разработка методов и средств анализа и синтеза радиолокационных изображений основных типов подстилающей поверхности со сложным рельефом местности.

Перспективы:

Cущественно повысить информативность космических средств радиолокационного зондирования Земли на мировом уровне должна осуществиться при вводе в эксплуатацию радиолокатора синтезированной апертуры антенны, спроектированного ОАО «Концерн «Вега» в качестве полезной нагрузки для космического аппарата «Кондор-Э», разрабатываемого ОАО «ВПК «НПО машиностроения».

Ключевыми решениями, принятыми при выборе облика РСА, были:

· выбор рабочей длины волны в S диапазоне (9,5 см);

· применение зеркальной антенны с рефлектором диаметром 6 м, разработки ОКБ МЭИ; такая антенна имеет большую эффективную площадь, необходимую для расширения полосы обзора до 500 км с механическим разворотом для двустороннего обзора, она легче и дешевле, чем АФАР;

· применение цифрового формирователя сигналов и частот с гибким управлением, позволяющим в широких пределах менять параметры импульсов в рабочих и калибровочных режимах и для проведения экспериментов;

· использование транзисторного выходного усилителя с суммированием мощности 16 модулей, обеспечивающего более 200 Вт средней мощности излучения с запасом на проведение экспериментов;

· использование в приёмнике оригинального циклотронного защитного устройства, быстродействующих ограничителей и цифровых аттенюаторов, управляемых по программе или от цифрового АРУ;

· предусмотрены режимы работы с ГГ или ВВ поляризациями; приём перекрёстных поляризаций не предусмотрен, но ожидается, что высокое разрешение облегчит идентификацию подстилающей поверхности по текстурным признакам.

От применения этих систем научное сообщество ожидает в ближайшем будущем существенного прогресса в решении таких глобальных проблем, как предсказание землетрясений и извержений вулканов, понимания процессов глобального изменения климата и в науке о Земле в целом. Помимо научного назначения эти системы сегодня являются уникальным инструментом при решении таких практических задач как контроль чрезвычайных ситуаций, экологический мониторинг, картография, сельское хозяйство, мореплавание во льдах и пр.

Список литературы

1. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983. - 536 с, ил.

2. Реутов А.П. - «Радиолокационные станции обзора земной поверхности», 1984 Г.

3. Фролов А.Ю., Кондратенков Г.С. Радиовидение: М.: «Радиотехника», 2005 г. - 368 с., ил

4. Гришин Ю.П. Радиотехнические системы: Учебное пособие М.: Высшая школа, 1990 - 496 с., ил

6 Кондратенков Г.С. Радиолокационные станции воздушной разведки: М.: Воениздат, 1983. - 152 с, ил.

Размещено на Allbest.ru