Методы измерения высоты полета

Местоположение воздушных объектов относительно РЛС характеризуется тремя параметрами: наклонная дальность, азимут, высота (угол места).

Высота полета воздушного объекта может быть определена по известной наклонной дальности до него и углу места. На рис. 3.38 изображены параметры, позволяющие определить высоту объекта. При измерении должны быть учтены такие факторы, как атмосферная рефракция и кривизна земной поверхности. Атмосферная рефракция может быть учтена путем замены действительного радиуса Земли R_З так называемым эффективным радиусом Земли R_Э. При нормальной атмосферной рефракции

Для случая H<<R_З и Д<<R_З

, (3.18)

где H – высота объекта;

h_A – высота антенны РЛС;

Д – наклонная дальность до объекта;

ε – угол места объекта;

R_Э – эффективный радиус Земли.

Обычно h_A<<H, поэтому

. (3.19)

Измерение высоты может быть произведено следующими методами:

· метод максимума;

· метод парциальных диаграмм;

· метод V-луча;

· частотный метод.

Метод максимума

Переход к трехкоординатной РЛС возможен путем усложнения

технического решения двухкоординатной РЛС, либо измерением высоты полета второй РЛС – высотомером. Технически проще эта задача решается в РЛС, работающих в сантиметровом диапазоне волн.

При построении трехкоординатной РЛС наряду с обзором в горизонтальной плоскости должен выполняться обзор в вертикальной (угломестной) плоскости. При последовательном однолучевом обзоре решение может быть следующим. Если с помощью обычной двухкоординатной РЛС определить азимут воздушного объекта и затем произвести качание луча в вертикальной плоскости (рис. 3.39), то это позволит по максимуму луча определить угол места воздушного объекта, а следовательно и высоту.

Для визуальной индикации воздушной обстановки и измерения координат применяется индикатор «дальность – высота», внешний вид экрана которого изображен на рис. 3.40. Вдоль оси Х производится измерение дальности, по оси Y откладывается высота. Для создания развертки на экране индикатора на горизонтально-отклоняющие устройства подается пилообразное напряжение, а на вертикально-отклоняющие – такое же пилообразное напряжение, но промодулированное по амплитуде по закону sinε.

Метод максимума при измерении высоты с переменным положением диаграммы направленности в угломестной плоскости (качание луча), позволяет проводить измерения в больших пределах измеряемых углов. Ограничения есть только для малых углов, при которых начинают проявляться отражения от Земли. Поэтому нижний предел измерения угла места должен быть больше половины ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Среднеквадратическая ошибка определения высоты зависит от среднеквадратической ошибки определения угла места, определяется шириной луча антенны и равна

, (3.20)

где Θ_0,5 – ширина луча на уровне половинной мощности.

В заключении следует отметить, что сканирование луча по углу места может быть электронным или механическим.

Метод наклонного луча

Метод наклонного луча (метод V-луча) может быть использован при смешанном (двухканальном) обзоре. При этом измеряются три координаты обнаруженных воздушных объектов. Диаграмма направленности антенны РЛС образуется двумя лучами в виде буквы V: один из них вертикальный, другой наклонен под углом 45⁰ (рис. 3.41). Оба луча узкие в горизонтальной плоскости, что позволяет определить направление на объект с высокой точностью, и широкие в вертикальной плоскости, что позволяет обеспечить требуемое перекрытие пространства верхней полусферы. Каждый из лучей создается своей отдельной антенной, но обе антенны устанавливаются на одном основании, вращающемся вокруг вертикальной оси. Внешний вид РЛС изображен на рис. 3.42.

Определение дальности и азимута производится с помощью вертикального луча и индикатора кругового обзора. Наклонный луч включается только при определении высоты обнаруженного объекта. Само определение высоты основано на следующем: антенная система вращается таким образом, что объект вначале попадает в зону действия первого луча (вертикального), затем второго (наклонного).

Угол Δβ, на который поворачивается антенная система от момента облучения объекта вертикальным лучом до момента облучения его наклонным лучом, зависит от угла места объекта, что при известной дальности Д позволяет определить высоту Н объекта.

. (3.21)

Определение малых высот, связанное с измерением малых углов Db, не может быть точным. Простота и относительно небольшое время, затрачиваемое на определение трех координат любого объекта в секторе обзора, являются основными достоинствами РЛС с V-образным лучом. Недостатком является то, что она пригодна для определения высоты объектов только при небольшом количестве их в наблюдаемом секторе. Это обусловлено неопределенностью в распознавании импульсов-двойников, принадлежащих разным объектам.