ГЛАВА 1
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И ИЗМЕРЕНИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ
- РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ
Радиолокационные принципы обнаружения объектов в ближней зоне не отличаются от общеизвестных, но небольшие расстояния между источником электромагнитных волн и объектом ограничивают возможности некоторых из них, влияют на ряд важных соотношений, определяющих основные качественные характеристики радиолокационных устройств. Так, например, в ближней зоне большинство объектов следует рассматривать как пространственно распределенные отражатели. Еще большие трудности возникают в случаях разнесенных систем, в которых точки излучения и приема находятся друг от друга на расстояниях, соизмеримых с удаленностью объекта.
Тем не менее, и для ближней зоны справедливы все основные свойства электромагнитного поля: прямолинейное распространение в свободном пространстве со скоростью света, т. е. приблизительно 300 000 км/ч; огибание предметов, размеры которых соизмеримы с длиной волны; отражение от границы раздела двух сред с различными диэлектрическими постоянными. При отражении электромагнитных волн от движущихся объектов происходит изменение их частоты (эффект Допплера).
Электромагнитные поля можно концентрировать в определенных областях пространства в виде узких пучков (лучей).
На железнодорожном транспорте чаще всего приходится иметь дело с радиолокационным обнаружением объектов в определенной зоне. Для этого нужно иметь радиопередатчик и радиоприемник (рис. 1.1) со своими антеннами и измерительный прибор.
Вырабатываемый радиопередатчиком переменный ток достаточно высокой частоты создает с помощью специальной антенны электромагнитное поле, один из лучей которого 1 достигает объекта А, отражается от него (чаще всего диффузно, т. е. почти одинаково во всех направлениях) и попадает в приемную антенну (луч 2), усиливается радиоприемником и фиксируется на его выходе измерительным прибором.
Рис. 1.1 Структурная схема радиолокационного обнаружителя объектов в пределах фиксированной зоны
Несмотря на простоту, рассмотренный пример позволяет сделать ряд важных практических выводов. Объект А облучается только тем электромагнитным полем, которое находится в пределах заштрихованного угла. Таким образом, имеет смысл создавать электромагнитное поле только в той области пространства, в пределах которого может находиться объект А. Это значит, что антенна радиопередатчика должна излучать электромагнитное поле направленно, т. е. должна обладать диаграммой направленности, определяемой размерами зоны обзора радиолокатора и расстоянием между ней и передатчиком. Что касается приемной антенны, то она должна обладать максимально большой площадью раскрыва 5, чтобы мощность сигнала, поступающего из антенны в приемник, была бы достаточной для его нормального функционирования. Так как между площадью раскрыва антенны и ее коэффициентом усиления существует прямая связь, то это означает, что и он должен быть максимальным [28]. Другими словами, антенна радиоприемника должна иметь узкую диаграмму направленности. Естественно, что ось этой диаграммы должна быть направлена на объект А.
Для того чтобы геометрические размеры антенн не были' бы чрезмерно большими, целесообразно использовать электромагнитные поля достаточно высокой частоты. В радиолокации используются электромагнитные поля метрового диапазона (10-1 м, частота 30-300 МГц), дециметрового (100-10 см, частота 300-3000 МГц), сантиметрового (10-1 см, частота 3-30 ГГц) и даже миллиметрового диапазона (10-1 мм, частота 30-300 ГГц).
На железнодорожном транспорте чаще всего приходится обнаруживать различные объекты, находящиеся в пределах ограниченной площади (на переездах, на пути, стрелочном переводе, тормозной позиции и т. п.). Это обстоятельство позволяет применять антенны радиопередатчиков с такими диаграммами направленности, которые обеспечивают получение электромагнитного поля достаточной интенсивности во всей зоне обзора, а антенны радиоприемников способны принимать отраженные поля от объектов, которые могут находиться в любой точке этой зоны [33].
В тех случаях, когда используются антенны с очень узкими диаграммами направленности, которые не обеспечивают одновременный обзор всей зоны наблюдения, приходится применять последовательный обзор [32].
Рис. 1.2. Структурная схема обнаружителя с коррелятором на выходе
Иногда передатчик и приемник помещают в одном и работают с одной антенной. Для разделения их функций на передачу и прием применяют различные способы разделения: во времени, по частоте, направлению движения поля, поляризационному признаку [28].
Для фиксации отраженного от объекта электромагнитного поля служит измерительный прибор. Его конструкция и многие параметры значительно упрощаются, если он измеряет не высокочастотные переменные токи на выходе радиоприемника, а более низкие по частоте токи. Это возможно сделать, применив в передатчике модуляцию сигналами низкой частоты, а в приемнике — детектор. Поскольку на транспорте чаще всего приемник и передатчик располагают близко друг к другу, а иногда даже в одном месте, представляется возможным применять синхронный детектор (рис. 1.2).