Radarul monopuls este o metodă de măsurare a coordonatelor unghiulare ale unui obiect de către o stație radar (RLS), bazată pe utilizarea dependenței amplitudinii sau fazei semnalelor reflectate de acesta, recepționate simultan prin mai multe canale spațiale, de direcția de sosire a undelor și, prin urmare, este numit diferit multicanal. Denumirea istorică a metodei reflectă capacitatea sa de a determina direcția către un obiect dintr-un singur impuls, deși determinarea direcției poate fi efectuată într-un mod similar cu ajutorul radarului cu undă continuă. Principalul avantaj față de metodele radar cu un singur canal bazate pe scanare conică sau procesare secvențială a mai multor impulsuri recepționate este precizia de măsurare mai mare.
Radarul Monopulse a fost construit pentru prima dată sub conducerea fizicianului american Robert Morris Page la Laboratorul de Cercetare Navală din SUA (NRL) în 1943. Scump, consumator de timp și nefiabil, dispozitivul a fost folosit numai atunci când era necesară precizia de găsire a direcției, ceea ce a justificat costul său. Radarele monopulse au fost folosite ulterior pentru a ghida racheta Nike Ajax MIM-3 , care necesita o precizie foarte mare de ghidare a comenzii. Pentru orientarea semi-activă a unei rachete, metoda monopuls a fost utilizată pentru prima dată pe racheta de apărare aeriană MIM-23B HAWK . Radarele monopulse au jucat un rol important pentru navele spațiale, au fost utilizate în sistemul de control al focului al sistemului de rachete antiaeriene de bord Mk 74 Tartar .
În URSS, radarul monopuls a fost folosit, de exemplu, în orientarea rachetei de luptă aeriană R-23R , pentru a asigura comunicarea cu releele satelitului Altair și pentru a controla zborul stației orbitale Mir , în 1988 - pentru a asigura comunicarea în timpul zborul orbiterului Buran » [1] . Precizia îndreptării antenei către satelitul repetitor a fost de 20'. Antena îndreptată către satelitul repetor într-o gamă largă de unghiuri a fost furnizată prin utilizarea unui ghidaj de direcție în mai multe etape.
Elementele principale ale radarelor monopuls sunt senzorul de unghi și discriminatorul de unghi. Senzorul unghiular este conceput pentru a extrage informații unghiulare din semnalul primit și, în funcție de metoda de găsire a direcției, acesta poate fi de 3 tipuri: amplitudine, fază sau amplitudine-fază. Discriminatorul de unghi compară semnalele primite de canalele senzorului de unghi. După tipul de parametru informativ utilizat în acesta, se disting și 3 tipuri de discriminatori: amplitudine, fază și diferență-sumă. În funcție de combinația de tipuri de senzor de unghi și discriminator de unghi, sunt posibile 9 clase de sisteme monopulse diferite. Cele mai utilizate în practică sunt 4 dintre ele: amplitudine-amplitudine, fază-fază, amplitudine sumă-diferență și faze sum-diferență.
Procesul de determinare a poziției unghiulare a țintei în discriminatorul unghiular se reduce la extragerea unei funcții reale a raportului semnalelor din canalele receptor, care este legată în mod unic de unghiul de sosire al frontului de undă. Această funcție se numește caracteristica de găsire a direcției. Pentru a determina cu succes direcția către țintă, aceasta trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
În funcție de tipul discriminatorului de unghi, funcția multiplicativă a unghiului poate fi utilizată pentru a forma caracteristica de găsire a direcției
(pentru discriminator de amplitudine sau de fază)sau aditiv
(pentru discriminatorul sumă-diferență),Unde
, sunt amplitudinile complexe ale semnalelor la ieșirile canalelor senzorului de unghi.Numărul de canale de recepție ale unui sistem monopuls este determinat de numărul de semnale procesate simultan și este egal cu 2 pentru determinarea direcției într-un plan. Pentru determinarea direcției în 2 planuri, numărul de canale poate fi 3 (pentru sistemele cu diferență în sumă). - un total și două diferențe) sau 4.
În fiecare plan de coordonate al unui astfel de sistem, se formează 2 fascicule, deviate de la direcția echisemnalului printr-un unghi .
Lăsați semnalul reflectat de la țintă să ajungă la intrarea sistemului
,atunci, când ținta se abate de la direcția echisemnalului cu unghiul θ, semnalele primite de fascicule vor fi determinate de expresiile:
, ,Unde
este valoarea modelului antenei.Când ținta este în direcția echisemnalului, valorile semnalului vor fi aceleași.
Sistem amplitudine-amplitudineÎn sistemul amplitudine-amplitudine, fiecare fascicul are propriul său canal de recepție independent. O trăsătură caracteristică a unui astfel de sistem este prezența amplificatoarelor logaritmice pe calea receptorului.
După conversia frecvenței, amplificarea frecvenței intermediare și detectarea amplitudinii, semnalele de la ieșirea canalelor vor arăta astfel:
, ,unde , sunt coeficienții de transfer al canalului.
Discriminatorul unghiular este o schemă de scădere, a cărei ieșire este:
.Cu identitatea canalelor de recepție ( ), liniaritatea caracteristicii de stabilire a direcției și micimea deviației unghiulare a țintei
.Astfel, diferența de amplitudini ale semnalelor primite determină în mod unic unghiul de abatere al țintei de la direcția echisemnalului, iar semnul acestei diferențe caracterizează direcția deplasării țintei în raport cu direcția echisemnalului.
Dezavantajul unui astfel de sistem este necesitatea de a menține o identitate ridicată a caracteristicilor de amplitudine logaritmică în canale.
Sistem sumă-diferență de amplitudineO trăsătură caracteristică a sistemelor de sumă-diferență este formarea semnalelor de sumă și diferență folosind un ghid de undă sau un convertor microbandă. Semnalele la ieșirea unui astfel de convertor în condițiile de liniaritate a caracteristicii de stabilire a direcției și micimea deviației unghiulare a țintei au forma:
, .Semnalul total este folosit ca referință la normalizarea semnalului de diferență. Normalizarea face posibilă eliminarea influenței fluctuațiilor semnalului temporal asupra rezultatului final. În plus, semnalul total este utilizat atunci când se detectează o țintă pe fundalul interferenței, determinând intervalul și viteza acesteia.
Detectorul de fază acționează ca un discriminator unghiular, al cărui semnal de ieșire este
.Discriminatorul unghiular sumă-diferență este mai puțin solicitant cu privire la identitatea caracteristicilor canalelor de recepție și, prin urmare, este mai utilizat pe scară largă.
Sistemul sumă-diferență de amplitudine cu trei canale care conține două canale de diferență (pentru planul azimutal și, respectiv, de stabilire a direcției de elevație) și unul total, comun pentru ambele planuri, este cel mai utilizat.
Cu determinarea direcției de fază, direcția către țintă este determinată prin compararea fazelor semnalelor primite de cele două antene. Deoarece distanța dintre antene este mult mai mică decât distanța până la țintă, semnalele primite de antene sunt aproape aceleași ca amplitudine, dar diferă în fază dacă ținta nu este în direcția echisemnalului, din cauza diferenței de cale. a razelor
,Unde
d este distanța dintre antene, θ este unghiul dintre direcția echisemnalului și linia de vedere a țintei, λ este lungimea de undă.Următoarele semnale vor apărea la ieșirile canalelor senzorului de unghi:
, . Sistem fază-fazăDupă conversia semnalului pe unul dintre canale, care constă în adăugarea unui defazaj pentru a se asigura că semnalul de ieșire este egal cu zero atunci când direcția echisemnalului este combinată cu direcția către țintă, discriminatorul unghiular sub forma unui detector de fază formează o funcție multiplicativă a semnalelor canalelor receptor, efectuând înmulțirea și medierea acestora. La ieșire, semnalul este următorul (până la un factor constant):
,adică pentru abateri mici ale țintei de la direcția echisemnalului, este proporțional cu această abatere.
Dezavantajul discriminatorului unghiului de fază este dependența mare a preciziei de găsire a direcției de gradul de identitate a caracteristicilor de fază ale canalelor receptor și stabilitatea acestora.
Sistem sumă-diferență de fazăTransformările efectuate în sistemul sumă-diferență de fază asupra semnalelor de ieșire ale antenelor se reduc mai întâi la obținerea semnalelor de sumă și diferență prin analogie cu sistemul sumă-diferență de amplitudine, apoi la efectuarea unor operații asupra acestora similare cu cele efectuate în fază. -sistem de fază pe semnalele canalelor receptoare. La ieșirea detectorului de fază, până la un factor constant, se obține următoarele:
.Ca antene pot fi utilizate rețele de antene parabolice, lentile, spirale, fazate.
În sistemele sumă-diferență, pentru a obține semnalele de sumă și diferență, se folosește un iradiator care formează distribuția amplitudine-fază necesară a câmpului pentru iradierea deschiderii antenei în timpul transmisiei și a modelelor de recepție necesare în fiecare dintre canale. Pot fi utilizate iradiatoare cu corn [2] , cu fante, cu ghid de undă-vibrator . Cel mai simplu este o alimentare cu 4 cornuri, care asigură adăugarea în fază a semnalelor tuturor claxoanelor în timpul formării semnalului total și antifază pentru perechile de claxoane sus-inferioare și stânga-dreapta în timpul formării diferenței. Dezavantajele sale sunt sensibilitatea scăzută la găsirea direcției din cauza modelului larg de radiație al iradiatorului și a lobilor laterali înalți. O dezvoltare ulterioară a hranei cu 4 corn sunt hrana cu 8 și 12 corn. În ele, semnalul total este încă format din aceleași patru claxoane centrale și se adaugă perechi suplimentare de claxoane laterale pentru a obține semnalele diferențiale. De asemenea, se folosesc iradiatoare cu corn cu ghid de undă cu utilizarea mai multor tipuri de unde - iradiatoare cu mai multe unde. Cel mai simplu iradiator de acest tip este un tee cu ghid de undă dublu rulat într-un plan magnetic.
În rețelele de antene în faze cu alimentare cu alimentare, circuitele de formare a fasciculului sunt utilizate pentru a forma modele parțiale.
În sistemele de scanare conică, precizia îndreptării țintei în unghi este de ordinul a 0,1 grade, radarele monopuls îmbunătățesc precizia cu un factor de 10, iar radarele avansate precum AN / FPS-16 ating o precizie de până la 0,006 grade. Această precizie corespunde cu aproximativ 10 m la o distanță de 100 km. Pentru a suprima un astfel de sistem, semnalul de interferență trebuie să repete polarizarea semnalului, precum și timpul de emisie a acestuia, care este destul de dificil.
Spre deosebire de radarele cu scanare conică, în care fasciculul scanează atât transmisia, cât și recepția, ceea ce determină o modulare dublă a amplitudinii parazite, în radarele monopuls, direcția către țintă este complet determinată de diagrama de radiație de recepție, în timp ce cea de transmisie rămâne aceeași cu aceea. a unuia convenţional.localizator de impulsuri. De asemenea, vă permite să creșteți puterea semnalului radiat în direcția echisemnalului.
Până în prezent, datorită scăderii costului și creșterii fiabilității sistemelor radar monopuls, acestea sunt utilizate în majoritatea radarelor de urmărire moderne (MSRL Aurora [3] , SVK [4] , Krona [5] , stațiile de urmărire ale Crotalului complexe [6] , Roland [ 7] , Patriot [8] , S-300 [9] [10] , S-400 [11] , Buk [12] , Tor [13] , Tor-M1 [14] , Shell [15] , Zoo [16 ] ] , Shahine [17] , Skyguard-Sparrow [18] , AN/FPQ-6, AN/TPQ-18, AN/MPS-36 [19] radare de urmărire la sol ) și pentru găzduind multe tipuri de rachete.
![]() |
---|