Логика РЛС: как вычислить расстояние

antenna117Продолжаем серию записок, затрагивающих внутреннее устройство радаров. Вообще, в наборе уже опубликованных записок с темой РЛС, как-то остались за бортом сведения о самых базовых принципах и логике работы радаров. И вроде бы многие о них читали/слышали, а вот оказывается, всё равно вопросы остаются и непонимание – тоже. Так что нужно навёрстывать.

Понятно, что главное свойство радара – это способность определять координаты наблюдаемых целей. В рамках решения задач по определению координат, возникает задача определения расстояния “до цели”. Как можно вычислить расстояние? В самом банальном случае, конечно, речь нужно вести о расстоянии между приёмо-передатчиком радара и отражающей сигнал целью. Если утрировать ситуацию ещё больше, то и возникает то самое распространённое наблюдение, что расстояние вычисляется делением пополам времени между отправкой зондирующего импульса и приёмом отражённого с последующим умножением результата на “скорость света”. Действительно, практически такой подход и работает: главное, научиться точно определять время.

В популярной литературе традиционно рисуют картинку, где передатчик отправляет импульс в сторону цели, потом вся система “засекает время” отправки и ждёт “ответа”, то есть отражённого импульса. Чтобы понять, что эта технологически рафинированная картина в практике реального мира встречается лишь чуть чаще, чем идеальная окружность, вспомните: радары могут быть импульсными, а могут быть и непрерывного излучения; настоящие цели склонны перемещаться, отражающих объектов в “поле зрения” радара может быть одновременно несколько. А есть ведь и другие трудности, похитрее (например, активные помехи).

Посмотрим внимательнее: если радар использует непрерывное (ну да, тут имеется в виду некоторый условный длительный промежуток времени) излучение – а именно так работали многие старые радары, работает целый ряд современных и “проектируемых”, например бортовые РЛС перспективных истребителей – то для того, чтобы сравнивать принятый сигнал с отправленным, придётся использовать специальную модуляцию, создающую “метки времени”.

Подумайте сами: если совсем простой радар передаёт “монотонный писк” (“гармонику”), то расстояние до цели можно бы определять по углу сдвига фазы в принятом сигнале. Однако тут сразу возникает такая проблема: как отличать расстояния, кратные периоду колебаний “писка”? Ведь получается, что очень много целей (ага, в чисто математическом смысле бесконечно много – вообще обидно) окажутся как бы на одном расстоянии. Проблема. Решается использованием сложной модуляции (или кодирования), загоняющей в сигнал “линейку” с нужным периодом.

С импульсным радаром, казалось бы, проще, всё как в идеальной картинке: отправил импульс, получил “ответ”. Но, понятно, радар не может всякий раз ждать отражённого сигнала, прежде чем передать новый импульс. Предположим, что импульсы следуют с какой-то частотой. Тогда получается, что отражённый сигнал может прийти к приёмнику через время, превышающее время молчания между передачей соседних импульсов. Как понять, что принят ответ на позапрошлый импульс? То есть, в общем-то, получается та же неприятная штука, что и с непрерывным сигналом. Поэтому опять придётся придумать такую модуляцию, которая позволит после приёма отличать отдельные импульсы внутри некоторой последовательности. Что, собственно, и делается на практике. Выходит, даже самый простой случай требует серьёзных ухищрений для определения расстояния по времени задержки сигнала.

Как ещё можно определять расстояние? Можно по углам направления (пеленгам) на одну и ту же цель из разных точек пространства, с известными координатами (так сказать, “триангуляцией”). Не обязательно одновременно фиксировать направление из нескольких точек (скажем, используя набор истребителей). Один самолёт достаточно быстро летит, поэтому, измерив направление на цель из нескольких точек траектории полёта, зная относительное положение этих точек, можно вычислить искомое расстояние. Первая проблема тут такая: как вообще понять, что направление при каждом измерении фиксируется действительно на одну и ту же цель? Помогает сохранение сигнатур и реализация других методов распознавания целей.

Есть и вторая проблема, которая мешает всем методам определения расстояния радаром, но особенно только что упомянутой “триангуляции” по серии последовательных измерений: что делать, если цель движется? Так что на практике используют довольно сложные алгоритмы и уточняют результаты измерений сразу несколькими способами. Конечно, помогают и данные о скорости движения цели. Об этом – в продолжении, которое следует.

Кстати, вопрос: в записке упомянуто два “простых” метода измерения расстояния “практическим радаром”: по “задержке сигнала”, по азимутам; кто сможет назвать другой метод?

()

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Комментарии читателей блога: 11

  • 1. 18th June 2009, 01:19 // Читатель A.I. написал:

    Может по схожему принципу как видит глаз. Два источника на некотором расстоянии пытаются совместить картинку. Но это близко к триангуляции.

  • 2. 18th June 2009, 03:14 // Читатель Тош написал:

    радар сантиметрового диапазона может и линейные размеры померить, и форму объекта определить. а далее — по каталогу))
    ну, и мощность отраженного сигнала несет некую приблизительную информацию о дальности до цели. если заранее (из каких-то других источников) известно, чёзахрень там летает, и какая у нее ЭПР.

  • 3. 18th June 2009, 03:15 // Читатель Тош написал:

    пардон, лажу спорол. в первом приближении читать “угловые размеры”

  • 4. 18th June 2009, 07:42 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Ещё кривизну волнового фронта можно использовать. Например, сфокусировать отражённый сигнал линзой и посмотреть, на каком расстоянии окажется зона максимальной резкости. Только это не очень практично.

  • 5. 18th June 2009, 07:44 // Читатель arcman написал:

    Доплер наверное, про него вроде ни слова небыло.

  • 6. 18th June 2009, 08:40 // Читатель fresco написал:

    разностно-частотный метод, вроде был такой.

  • 7. 18th June 2009, 13:59 // Читатель arcman написал:

    (сорри, сразу не понял вопроса, доплер разумеется только для определения скорости цели годится и выделения движущихся целей)

  • 8. 19th June 2009, 23:28 // Читатель filin написал:

    А ещё можно поставить активный ответчик,
    он не только точные координаты по GPS выдаст но и , то сколько топлива в баках осталось.

    PS

    В Чечне предатили за 4 часа до вылета докладывали, куда полетят и что бомбить будут.

  • 9. 20th June 2009, 14:51 // Читатель Apollo написал:

    Здравствуйте, а вы ракетомоделизмом увлекаетесь или только читаете по это теме материалы? Вот мой немного аскетичный сайт по этой теме http://flyingapollo.com Если интересно давайте вместе что-нибудь запустим. Или разделим труд я, и возможно мои соратники запустим, а вы новый материальчик на эту тему напишете. Хочется показать и рассказать людям про это увлеактельное занятие. А то народ в основном думает только о земном.

  • 10. 20th June 2009, 14:54 // Читатель Apollo написал:

    Ой! Хотел написать в теме про ракетомоделизм. Два окна было открыто вот и промазал. :-) Переместите, если что не так.

  • 11. 7th July 2009, 02:17 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Так какой третий простой метод измерения расстояния практическим радаром?