Основи радіолокації

Вимірювання дальності за допомогою радіолокатора

Принцип дії радіолокатора:
Електромагнітний імпульс рухається зі швидкістю світла від антени до повітряної цілі. Там енергія відбивається, і ехо-сигнал рухається назад з тією ж швидкістю і приймається антеною. Вимірювання часу (на малюнку зображено секундомірами) дозволяє розрахувати відстань до повітряної цілі за часом пробігу та відомою швидкістю.

Рисунок 1. Вимірювання дальності цілі радіолокатором

transmitted energie

echo signal

Рисунок 1. Вимірювання дальності цілі радіолокатором

Прозора анімація:
Електромагнітний імпульс рухається (зі швидкістю світла) від антени до літаючої цілі. Там енергія відбивається, а відлуння рухається назад з тією ж швидкістю і приймається антеною. На осцилограмі при цьому пробігає світла пляма. У момент отримання ехо-сигналу туди записується ехо-імпульс. Відстань цього луна-імпульсу до передавального імпульсу пропорційна відстані до цілі.

Рисунок 1. Вимірювання дальності цілі радіолокатором

Вимірювання дальності за допомогою радіолокатора

Радіолокатор випромінює у простір короткі радіоімпульси високої потужності, які називають зондувальними сигналами (зондувальними імпульсами). Зондувальний імпульс фокусується у визначеному напрямку за допомогою направленої антени і розповсюджується у вільному просторі зі швидкістю світла.

Якщо на шляху розповсюдження зондувального імпульсу трапляється перешкода, наприклад, літак, то частина енергії імпульсу буде відбиватися у всіх напрямках. Деяка, дуже мала її частина буде також відбиватися у зворотному напрямку, тобто у напрямку антени радіолокатора. Тут вона може бути прийнята та використана для подальшої обробки. Дальність до цілі може бути виміряна за допомогою звичайного осцилографу. Принцип такого вимірювання пояснюється на Рисунку 1. Світла точка на осцилограмі переміщується синхронно із зондувальним імпульсом, залишаючи слід. Рух точки починається одночасно з випроміненням зондувального імпульсу в простір. В той момент, коли антена прийме відбитий від цілі сигнал, на екрані осцилографу з’являється імпульс. Часова затримка між двома імпульсами, зондувальним та прийнятим, пропорційна дальності до цілі.

Оскільки розповсюдження радіохвиль відбувається із постійною відомою швидкістю (дорівнює швидкості світла, c₀), то дальність до цілі може бути визначена по часу затримки прийнятого сигналу відносно зондувального. Виміряна дальність від радіолокатора до цілі зветься похилою дальністю цілі. Похила дальність цілі — це відстань по прямій (по лінії візування) від антени радіолокатора до опромінюваного об’єкту. В той же час, горизонтальна дальність (проекція похилої дальності на земну поверхню), для обчислення потребує інформації про висоту або кут місця цілі. Оскільки під час виявлення цілі електромагнітна хвиля проходить шлях до ціли та назад, то час проходження сигналу поділяється на два і, таким чином розраховується час руху імпульсу в один бік. Виходячи із зазначеного, формула для визначення похилої дальності цілі має вигляд:

(1)

c₀ — швидкість світла = 3·10^8 м/_с;
t — виміряне значення часу проходження імпульсу [с];
R — відстань від антени до цілі [м].

Відстань зазвичай вимірюється в кілометрах або морських милях (1 м. миля = 1,852 км).

Виведення рівнянняn

Дальність цілі — це відстань від антени радіолокатора до цілі по лінії прямої видимості.

Equation 2: speed (v) as a function of time (t) and range (s)

(2)

Formel 3: wie die Formel 2, aber die Strecke (s) wurde durch die zweifache Entfernung (2·R) ersetzt. Die Geschwindigkeit (v) ist also nun dargestellt durch den Quotienten aus der zweifachen Entfernung (2R) geteilt durch die gemessene Zeit (t). Die Maßeinheit ist immer noch Meter pro Sekunde.

(3)

Дальність помножена на два, оскільки імпульс має пройти шлях до цілі та назад, щоби відбулось виявлення цілі.

Formel 4 = Formel 1: Die Formel drei wurde umgestellt: die Entfernung (R) ist nun die Hälfte des Produktes aus der Lichtgeschwindigkeit (C0) und der gemessenen Zeit (t). Die Maßeinheit ist Meter.

(4)

Тут c₀= 3·10⁸ ^м/_с — швидкість світла, з якою розповсюджуються електромагнітні хвилі у вільному просторі. Таким чином, знаючи час розповсюдження імпульсу від антени до цілі і назад, від цілі до антени, можливо визначити дальність цілі.