Коническое сканирование - Википедия - Conical scanning

Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Март 2020 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Концепция конического сканирования. Луч радара вращается по небольшому кругу вокруг оси визирования, которая направлена ​​на цель.

Коническое сканирование это система, которая использовалась в радар единиц, чтобы повысить их точность, а также упростить управление антенна правильно навести на цель. Коническое сканирование по своей концепции аналогично предыдущему. переключение лепестков концепция использовалась на некоторых из самых ранних радаров, и многие примеры наборов переключения лепестков были изменены в полевых условиях на коническое сканирование во время Вторая Мировая Война, особенно немецкий Вюрцбургский радар. Наведение антенны можно сделать полностью автоматическим, как в американском. SCR-584. Возможные виды отказов и подверженность обман привели к замене конических систем сканирования на моноимпульсный радар наборы. Они до сих пор используются Сеть Deep Space для поддержания связи с космические зонды.^[1] В спин-стабилизированный Пионер 10 и Пионер 11 зонды использовали бортовые маневры конического сканирования для отслеживания Земли на ее орбите.^[2]

Концепция

Типичная антенна радара обычно имеет ширину луча в несколько градусов. Хотя этого достаточно для определения местоположения цели в предварительное оповещение роль, это недостаточно точно для кладка оружия, что требует точности порядка 0,1 градуса. Увеличить ширину луча можно за счет использования антенн большего размера, но это часто непрактично.

Чтобы отслеживать направление намеченной цели, необходимо только направить антенну прямо на цель. Знание направления наведения антенны затем дает информацию о направлении цели. Для того, чтобы радиолокационная система автоматически следовала за движущейся целью, необходима система управления, которая удерживает луч антенны, направленный на цель во время ее движения. Приемник радара получит максимальный уровень возвращаемого сигнала, когда цель находится в центре луча. Если луч направлен прямо на цель, когда цель перемещается, она выйдет из центра луча, и мощность принимаемого сигнала снизится. Схема, предназначенная для отслеживания любого уменьшения мощности принимаемого сигнала, может использоваться для управления серводвигателем, который направляет антенну, чтобы следовать за движением цели. У этого метода есть три трудности:

1. Радар не будет иметь информации о том, в каком направлении переместилась цель, и, следовательно, не будет указывать, в каком направлении следует переместить антенну, чтобы следовать за ней.
2. Когда цель удаляется от центра луча, принимаемая мощность сначала изменяется очень медленно. Таким образом, система довольно нечувствительна к ошибкам наведения антенны.
3. Изменения мощности эхо-сигнала от цели, вызванные сцинтилляцией, интерпретируются как движение цели.

Коническое сканирование

Изменение эхо-сигнала при коническом сканировании

Коническое сканирование решает эту проблему за счет небольшого смещения луча радара от средней линии антенны или осмотр, а затем повернуть его. Рассмотрим пример антенны, которая генерирует луч шириной 2 градуса - довольно типичный - радар с коническим сканированием может сместить луч на 1,5 градуса в одну сторону от центральной линии, слегка сместив подачу. Полученная диаграмма в любой момент времени покрывает среднюю линию антенны примерно на 0,5 градуса и 1,5 градуса в сторону. При вращении рупора с помощью мотора рисунок становится конусом с центром на средней линии, простирающимся на 3 градуса в поперечнике.

Ключевая концепция заключается в том, что цель, расположенная в точке средней линии, будет генерировать постоянный возврат независимо от того, где в данный момент направлен лепесток, тогда как, если он находится в одну сторону, он будет генерировать сильный возврат, когда лепесток будет направлен в этом общем направлении и слабый, когда указывает в сторону. Кроме того, часть, покрывающая осевую линию, находится около края лепестка радара, где чувствительность быстро падает. Самолет, находящийся в центре луча, находится в зоне, где даже небольшие движения приведут к заметному изменению отдачи, которая станет намного сильнее в том направлении, в котором радар должен двигаться. Система управления антенной предназначена для перемещения антенны по азимуту и ​​углу места таким образом, чтобы получить постоянный возврат от отслеживаемого летательного аппарата.

Хотя использование одного только главного лепестка может позволить оператору «охотиться» за наиболее сильным отражением и, таким образом, направить антенну в пределах некоторого градуса или около того в эту зону «максимального отражения» в центре лепестка, при коническом сканировании возможно гораздо меньшее перемещение. быть обнаруженным, и возможна точность менее 0,1 градуса.

Строительство

Есть два способа вызвать перенаправление луча от средней линии антенны. Первый называется повернутый подача. Как следует из названия, рупор устанавливается рядом с параболической точкой фокусировки, что приводит к тому, что энергия немного фокусируется от средней линии антенны. Затем подача вращается вокруг фокальной точки параболоида для создания конического вращения. Другая система - это нутированный подача. Нутированный источник питания смещает антенну под углом к ​​фиксированному рупору, а затем вращает антенну. Вариант нутированной подачи заставляет подачу двигаться по небольшому кругу, быстро и непрерывно меняя направление наведения луча. В этом последнем типе ни фидер, ни антенна не вращаются вокруг оси наведения антенны; изменяется только направление наведения, очерчивая узкий конус.

Основное различие между двумя основными схемами заключается в поляризации. Когда рупор подачи во вращающемся процессе вращается, поляризация изменяется вместе с вращением и, таким образом, будет отклоняться на 90 градусов по поляризации, когда подача будет на 90 градусов от своей начальной оси. Поскольку рупор установлен в нутированных источниках питания, изменений поляризации не происходит. В большинстве ранних систем использовалась вращающаяся подача из-за ее механической простоты, но в более поздних системах часто использовалась нутированная подача, чтобы использовать информацию о поляризации.

В ВМС США Mk. РЛС управления огнем 25 орудий, режим спирального сканирования, управляемый захват цели. В основном коническое сканирование (типа невращающейся нутирующей подачи), размер конуса сканирования циклически увеличивался и уменьшался примерно дважды в секунду. Область сканирования в целом составляла несколько градусов. (Как только цель была захвачена, оператор переключился на коническое сканирование для отслеживания.)

Поскольку лепесток вращается вокруг средней линии антенны, коническое сканирование действительно подходит только для антенн с круглым поперечным сечением. Так было в случае с Вюрцбургом, который действовал в микроволновая печь область, край. Большинство других сил использовали радары с гораздо большей длиной волны, что потребовало бы параболоид антенны действительно огромных размеров, и вместо них использовалось "пружинное" расположение множества мелких дипольные антенны расположен перед пассивным отражателем. Чтобы организовать коническое сканирование в такой системе, потребовалось бы переместить все диполи, что непрактично. По этой причине Армия США просто отказались от своих ранних радаров наведения орудий, SCR-268. Это не особенно раздражало, учитывая, что они находились в процессе внедрения своего собственного микроволнового радара после аварии. Миссия Тизарда. в SCR-584, то Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института введено автоматическое отслеживание.

Автоматическое наведение для антенны и, следовательно, любые ведомые орудия или вооружение могут быть добавлены к радару с коническим сканированием без особых проблем. Система управления должна направлять антенну таким образом, чтобы от цели принимался сигнал постоянной амплитуды.

К сожалению, существует ряд факторов, которые могут резко изменить отраженный сигнал. Например, изменения направления целевого самолета могут представлять разные части фюзеляж к антенне и резко изменит количество возвращаемого сигнала. В этих случаях радар с коническим сканированием может интерпретировать это изменение силы как изменение положения. Например, если летательный аппарат внезапно «просветлел», когда он находился вне оси влево, схема может интерпретировать это как отклонение вправо, если изменение происходит, когда лепесток выровнен в этом направлении. Эта проблема может быть решена путем использования двух одновременных перекрывающихся приемных лучей, ведущих к моноимпульсный радар, названный так потому, что он всегда сравнивает мощность сигнала от одного импульса с самим собой, тем самым устраняя проблемы со всеми, кроме невозможных быстрых изменений мощности сигнала.

Коническое сканирование только для приема (COSRO)

Системы COSRO не изменяют сигнал передачи, отправляемый с антенны.

Антенный волновод в системах COSRO включает в себя структуру рупора для приема РЧ, которая формирует левую / правую принимаемую выборку РЧ и восходящую / нижнюю принимаемую выборку РЧ. Эти два сигнала мультиплексируются внутри волноводного устройства с вращающейся лопастью. Выход мультиплексного устройства - это один радиочастотный сигнал и два сигнала положения, которые указывают влево / вправо и вверх / вниз.

Техника COSRO не передает никаких сигналов, указывающих на положение вращающейся лопасти.

Выборка антенны

Прием РЧ-сигналов из нескольких передающих импульсов математически комбинируется для создания вертикального и горизонтального сигнала. Вертикальный сигнал создается путем добавления РЧ отсчетов, когда лопатка / рупор находится в верхнем направлении, и вычитания РЧ отсчетов, когда лопасть / рупор находится в нижнем направлении. Горизонтальный сигнал создается путем добавления отсчетов РЧ, когда лопасть / рупор находится в левом направлении, и вычитания отсчетов радиочастот, когда пластина / рупор находится в правом направлении.

Это создает пару сигналов угловой ошибки, используемых для привода приводных двигателей позиционирования антенны.

Джемминг

Радары с коническим сканированием можно легко заклинило. Если цель знает общие рабочие параметры радара, можно послать ложный сигнал, рассчитанный по времени нарастания и затухания по той же схеме, что и лепесток радара, но с инвертированной силой. То есть ложный сигнал наиболее сильный, когда сигнал радара самый слабый (лепесток находится на «дальней стороне» антенны по сравнению с самолетом), и самый слабый, когда сигнал самый сильный (направлен на самолет). . При суммировании с «реальным» сигналом на приемнике радара результирующий сигнал «всегда сильный», поэтому система управления не может точно оценить, где в диаграмме направленности находится цель.

На самом деле сделать это аппаратно не так сложно, как может показаться. Если кто-то знает, что сигнал вращается со скоростью 25 об / мин, как это было в радаре Вюрцбурга, глушитель построен так, чтобы плавно переходить от максимума к нулю с той же скоростью, 25 раз в минуту. Затем все, что нужно, - это синхронизировать сигналы, что достигается путем поиска нижней точки в сигнале (которую обычно легче найти) и запуска шаблона в этой точке. Эта система, известная как глушение обратного усиления, использовался оперативно королевские воздушные силы против радара Вюрцбурга во время Второй мировой войны.

Можно расположить радар так, чтобы лепестки не перемещались в радиовещательной станции, а перемещались только в приемнике. Для этого нужно добавить вторую антенну с вращающимся лепестком только для приема - систему, известную как COSRO, за Коническое сканирование только при получении (сравнить с ЛОРО, аналогичная система используется против переключение лепестков радары). Несмотря на то, что это отрицало информацию о частоте падающего сигнала для генератора помех в самолете, все же можно было просто посылать случайные пики и тем самым сбивать с толку систему слежения (или оператора). Эта техника, называемая SSW за Развернутая прямоугольная волна, не защищает самолет с такой же эффективностью, как обратное усиление, но лучше, чем ничего, и часто довольно эффективно.

Рекомендации

внешняя ссылка

• Основы работы с радаром