Эффект Доплера в радиолокации

При использовании способа локации земной поверхности с самолёта проявляется двойное доплеровское изменение частоты:

- из-за перемещения передатчика относительно отражающей площадки;

- из-за перемещения приёмника (расположенного вместе с передатчиком на самолёте) относительно отражающей площадки, как элементарного приемопередатчика.

Рассмотрим случай, когда передатчик установлен на самолёте, выполняющем горизонтальный полёт со скоростью V_П (рис. 2.5), и колебания частоты f₀ излучаются в направлении земли. Направление излучения характеризуется: углом Θ вниз, относительно плоскости полета, параллельной земной поверхности и углом β в сторону, относительно проекции продольной оси самолёта.

В этом случае составляющая скорости сближения с отражающей точкой «А» будет равна: V_р = V_П •Cos Θ•Cos β.

Частота колебаний в точке отражения:

f₁ = f₀ + V_П /λ•Cos Θ•Cos β. (2.1.8)

Величина V_П /λ•Cos Θ•Cos β представляет собой доплеровское приращение частоты, полученной в точке «А», относительно частоты, излучаемой передатчиком с самолёта:

Fда = V_П /λ•Cos Θ•Cos β (2.1.9).

При радиолокации с пассивный ответом точку отражения можно рассматривать как элементарный приёмопередатчик, переизлучающий колебания частоты f₁. Относительно этого передатчика приёмник радиолокатора, установленный на самолёте, перемещается со скоростью V_П •Cos Θ•Cos β. Поэтому частота колебаний, принятых приёмником РЛС после отражения от точки "А", окажется равной

f_отр = f₀ + V_П /λ•Cos Θ•Cos β (2.1.10).

Здесь доплеровское приращение частоты

Fд = 2V_П /λ•Cos Θ•Cos β (2.1.11).

в два раза больше, чем при одностороннем распространении ради-оволн. Формулы 2.1.10 и 2.1.11 справедливы, когда направление вектора путевой скорости самолета V_П совпадает с направлени-ем продольной оси самолёта (рис. 2.5). Такой вариант возможен только при отсутствии ветра. Практически же на самолёт постоян-но действует ветер какого-либо направления (рис. 2.6). Он вызы-вает снос самолёта на угол α.

В данном случае доплеровская частота зависит от величины и направления сноса самолета:

Fд = 2V_П /λ•Cos Θ•Cos (β ± α) (2.1.12).

При левом ветре (рис. 2.5) угол между проекцией путевой скорости и проекцией оси диаграммы излучения равен (β – α), а при правом - (β + α). Следовательно, частота сигнала на входе приёмника РЛС равна:

f_отр = f₀ + V_П /λ•Cos Θ•Cos (β ± α)(2.1.13).

При излучении колебаний частоты f₀ в сторону противопо-ложную движению самолёта, сигнал на входе приёмника имеет частоту, меньше излучаемой на такую же величину доплеровс-кого сдвига

f_отр = f₀ - V_П /λ•Cos Θ•Cos (β ± α)(2.1.14).

Из формул 2.1.13 и 2.1.14 видно, что доплеровская частота прямо пропорциональна скорости сближения РЛС и зависит от выбора частоты излучаемых колебаний.

Если принять f₀ = 10 ГГц и выразить путевую скорость ВС V_П в км/час, то формула примет вид:

Fд[Гц] = 9,26• V_П[км/час] (2.1.15).

Приходим к следующим выводам.

Во-первых, чем выше частота излучаемых колебаний, тем выше частота Доплера, следовательно, и точность измерения путевой скорости и угла сноса будет выше.

Во-вторых, при использовании в доплеровских измерителях радиолокации с пассивным ответом, целесообразно использовать трёхсантиметровый диапазон волн

(f₀ ≈ 10 ГГц).

Из формул 2.1.13 и 2.1.14 также следует, что чем меньше углы Θ и β, тем больше значение Cos Θ•Cos β, а, следовательно, больше составляющая скорости, действующая в направлении от РЛС к отражающей площадке.

Но уменьшение угла Θ ведёт к тому, что отражение будет происходить от более удалённых участков земной поверхности, а, следовательно, это потребовало бы увеличения мощности излучаемых колебаний. Уменьшение же угла β повлияло бы на точность измерения угла сноса самолёта. Поэтому можно сделать вывод, что существуют оптимальные углы Θ и β.

Обычно, угол визирования луча антенны вниз от продольной оси самолёта - Θ = 64°, а угол визирования луча антенны в сторону (угол между проекциями продольной оси самолета и луча) β = 35° (рис. 2.6).