Введение
Термин «радиолокация»составлен из двух слов: radiar— излучать и 1осиs— место. Отсюда «радиолокация» буквально означаетопределение места объекта посредством радиоизлучения. Более полное определениерадиолокации обычно дается в следующем виде.
Радиолокацией называется область радиотехники,использующая явления отражения и излучения электромагнитных волн различнымиобъектами для их обнаружения, определения местоположения и параметров движенияв пространстве.
Процесс обнаруженияобъектов, определения их координат и параметров движения радиотехническимиметодами называется радиолокационным наблюдением. Специальныерадиотехнические устройства, выполняющие эти задачи, называются радиолокационнымистанциями (РЛС) или радиолокаторами. Объекты радиолокационногонаблюдения носят название радиолокационных целей. Такими целями могутбыть, например, самолеты, ракеты и их боевые головки, искусственные спутникиземли в полете, грозовые облака, корабли и другие надводные объекты, а такжелюбые наземные объекты.
Основные узлы РЛС —передающее и приёмное устройства, расположенные в одном пункте (т. н.совмещенная РЛС); или в пунктах, удалённых друг от друга на некоторое (обычнозначительное) расстояние (двух- и многопозиционные РЛС). В РЛС, применяемых дляпассивной радиолокации, передатчик отсутствует. Антенна может быть общей дляпередатчика и приёмника (у совмещенной РЛС) или могут применяться раздельныеантенны (у многопозиционных РЛС). Важная составная часть приёмного устройстваРЛС (после собственно приёмника) — световой индикатор на электроннолучевойтрубке (ЭЛТ). А в современных РЛС (середины 70-х гг.) наряду с индикатором —ЦВМ, автоматизирующая многие операции по обработке принятых сигналов.
Первые РЛС были станциямиобнаружения самолётов. 5 стационарных импульсных РЛС было установлено наюго-западном побережье Великобритании в 1936 г. Они работали на сравнительно длинных (метровых) волнах, были весьма громоздки и не могли обнаруживать самолёты,летевшие на малой высоте.
В СССР первые опыты порадиообнаружению самолётов были проведены в 1934 г. Промышленный выпуск первых РЛС, принятых на вооружение, был начат в 1939. Эти станции (РУС-1)с непрерывным излучением, модулированным звуковой частотой, располагалисьцепочкой вдоль некоторой линии и позволяли обнаруживать самолёт, пересекающийэту линию. Они были применены на Карельском перешейке во время советско-финляндскойвойны 1939—40 гг. и на Кавказе во время Великой Отечественной войны 1941—45 гг.
Начиная с 60ых годов тогостолетия, получила развитие новая область науки — радиоастрономия и ее молодаяотрасль — планетная радиолокация. В этой области РЛС используются длянаблюдения за метеорами и планетами, изучения особенностей их движения,структуры поверхности, измерения точного расстояния до них и т п. Советскиеученые в эту область науки вносили огромный вклад. Их научные работы постоянноопережали по времени и превышали по качеству аналогичные работы в США, Англии идругих развитых странах. Достаточно отметить выдающиеся работы группы советскихученых под руководством академика В. А. Котельникова (А. Шаховская, О. Ржига,В. Дубровин), которая осуществила успешную, радиолокацию Венеры (1961 г.), Меркурия (1962 г.), Марса и Юпитера (1963 г.). При этом использовалась уникальнаярадиолокационная аппаратура, обеспечившая сверхмощное излучение и сверхчувствительныйприем чрезвычайно слабых отраженных сигналов (например, во время локацииЮпитера расстояние до него составляло 1 млрд. 200 млн. км). Проведенные научныеэксперименты позволили уточнить основную астрономическую единицу — расстояниеот земли до солнца (149 599 300 км), сделать выводы о скорости и направлениивращения планет и характере их поверхности, что имеет огромное значение длябудущих космических полетов с посадкой на планеты. За выдающиеся работы группаВ. А. Котельникова удостоена Ленинской премии в 1964 г. Радиолокационная техника непрерывно совершенствуется и находит все новые области применения.
Анализ задачи и еёформализация
Предметом радиолокациикак науки является разработка радиолокационных методов обнаружения целей,методов определения их координат, методов конструирования и эксплуатациирадиолокационных устройств с учетом их тактического назначения и техническихданных, а также изучение физических процессов, происходящих в этих устройствах.
РЛС дальнего обнаруженияпредназначена для обнаружения целей на возможно большем удалении. От этих РЛСне требуется высокой точности определения координат, но они должны обладатьвозможно большей дальностью обнаружения.
С появлениемрадиолокационных станций (РЛС) сначала в наземных системах ПВО, а впоследствиии на самолётах (бортовых РЛС-БРЛС) встала задача уменьшить возможностьобнаружения самолета с помощью РЛС.
Самолет 2, летящий набольшой высоте по траектории 3 к цели 8, будет обнаружен в точке 4 лучом 5антенны РЛС 9 системы ПВО на достаточно большом удалении от объекта 8. Болеераннему обнаружению самолета препятствуют неровности рельефа местности(возвышенности, горы) 10, которые луч РЛС не может обогнуть. Мощность(дальность) РЛС самолета 2 не позволяет ему в точке 4 обнаружить цель 8, однакобортовые системы самолета, зафиксировав его облучение РЛС системы ПВО, могутрасчетными методами обнаружить положение РЛС системы ПВО.
/>
Для нападения на объектыс сильной ПВО начали применять тактику уничтожения РЛС системы ПВО специальнымиракетами, запуск которых с борта самолета 2 возможен в точке траектории 4, еслидостаточна дальность действия ракеты. Начали применять тактику полета самолета14 к цели на малой высоте по траектории 12 по огибающей рельефа местности. Вэтом случае самолет 14 будет обнаружен в точке 11 траектории, т.е. назначительно меньшем удалении от цели, что резко повышает вероятность еепоражения.
Стремление обнаружитьсамолет противника на большом удалении от цели привело к созданию специальныхсамолетов дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО).
Самолет дальнегорадиолокационного обнаружения 7, патрулирующий на большой высоте в зонеохраняемого объекта, лучом 6 мощной бортовой РЛС может обнаружить самолетпротивника 2 в точке 1, а низколетящий самолет 14 – в точке 13, что резкоповышает вероятность поражения самолета.
В задачах ПВО послеобнаружения и опознавания цели стоит задача об определении параметров цели.Существуют несколько принятых в радиолокации систем координат. В зависимости отвыбора системы координат, будут ставиться задачи об определении тех или иныхпараметров цели. Например, в земной сферической системе координат параметрамидвижения являются азимут, угол места, и дальность цели. Здесь дальность цели –это расстояние от РЛС до самой цели.
Основными характеристикамиРЛС являются:
— точность измерений,
— разрешающаяспособность,
— предельные значенияряда параметров (максимальная и минимальная дальность действия, сектор и времяобзора и др.),
— помехоустойчивость.
К основнымхарактеристикам относят также мобильность РЛС, её массу, габариты, мощностьэлектропитания, срок службы, количество обслуживающего персонала и многие др.эксплуатационные параметры.
Задача выбора конкретныхсредств радиоэлектронного подавления (РЭП) может быть решена на основеимеющейся информации о тактико-технических характеристиках РЛС противоположнойстороны. С другой стороны, при выборе характеристик систем помехозащитынеобходимы некоторые априорные сведения о типах помех, которые вероятно будутприменяться, и их энергетических параметрах. Таким образом, для проектированиясистем, участвующих в радиоэлектронном конфликте, важно наличие достовернойинформации о технических средствах противника.
По ТЗ определяем:
· Дальностьобнаружения цели R=260 км;
· Максимальнуюскорость цели V=940м/с;
· ЭПР цели Е=6м2;
Расчёт параметров РЛСбудем производить, используя программу «Стрела 2.0».
Для чего в диалоговыхокнах зададим необходимые для расчета параметры. Так как РЛС дальнегообнаружения работает в метровом диапазоне волн, то задаем длину волны равной1,8м. Однозначно измеряемая дальность – это наибольшее расстояние, при которомрадиосигнал, излученный станцией, еще доходит до цели и после отражения от неерегистрируется приемником РЛС. Однозначно измеряемая дальность зависит отхарактера распространения радиоволн используемого диапазона, условийраспространения, технических параметров станции и отражающих свойств цели.Однозначно измеряемая дальность зададим равной 260км.
Ширину спектра флуктуациипомехи находим исходя из условия, что />
/> è /> è />Гц.
Разрешение по дальности –это то минимальное расстояние между двумя соседними объектами в пространстве,когда РЛС может различить эти два объекта отдельно. Зададим разрешение подальности равным 160м.
Пусть РЛС работает врежиме спирального обзора пространства (рис.ниже). Такой обзор получается путемвращения антенны с частотой /> вокруг горизонтальной оси и одновременнокачанием по углу места в пределах сектора/>
/>
Спиральный обзорприменяется для поиска и наблюдения целей в пределах некоторого телесного угла,ограниченного как по азимуту от 00до 240, так и по углуместа от 00до 200.
Результаты вычисленийпоказывают, что при выбранных значения цель обнаруживается с запасом в 1,299дБ.
Зависимости характеристикобнаружения от параметров РЛС приведены на рис. 7.
/>
Расчет параметровпомехопостановщика
1. Расчетактивной помехи.
Активные помехи работе РЛСсоздаются путем излучения электромагнитной энергии. Основным средством созданияорганизованных активных помех являются специальные передатчики помех. Ввидутого, что одним передатчиком помех невозможно перекрыть весь диапазон частот,применяемый в радиолокации, в состав станций помех обычно входит несколько передатчиков,каждый из которых перекрывает часть общего диапазона. Чтобы число передатчиковбыло наименьшим, каждый из них должен создавать помехи в возможно более широкомдиапазоне частот. Вследствие этого и антенны передатчиков помех должны бытьширокополосными.
Поскольку подавляемые РЛСпринимают прямые сигналы передатчика помех, средняя мощность последнего можетбыть сравнительно небольшой, порядка десятков — сотен ватт. При этомдостигается достаточное превышение помехи над отраженным сигналом на входеприемника РЛС, необходимое для нарушения нормальной работы или полного ееподавления. Применение направленной антенны в передатчике помех позволяетувеличить эффективность активной помехи без увеличения мощности передатчика.Однако в этом случае эффективность помех зависит еще и от точностиориентирования направленной антенны, что вызывает необходимость определениянаправления на РЛС и ориентации антенны передатчика помех. При ненаправленнойантенне эта необходимость отпадает, но возникает опасность создания помех своимстанциям. Поэтому антенна выбирается из условий тактического использованияпередатчика помех и места его установки.
Передатчики помех могутустанавливаться на самолетах, воздушных шарах, ракетах, кораблях, на земле, атакже могут выбрасываться на поплавках в море или на парашютах на территориюпротивника с густой сетью радиолокационных средств. Способ использованияпередатчиков помех выбирается исходя из конкретной обстановки, но в качествепостоянно действующего считается способ установки и использования передатчиковпомех на самолетах, а также в районе защищаемых объектов. Самолеты,оборудованные передатчиками помех и разведывательной аппаратурой, могутвключаться в состав боевых порядков для прикрытия их помехами от наблюдения РЛСпротивника. Наилучшие результаты дает применение комбинированных помех, т. е.одновременная постановка пассивных и активных помех. В зависимости от частотынастройки передатчика помех различают прицельные и заградительные активныепомехи. Прицельная помеха может быть узкополосной, так как она создается путемнастройки передатчика помех на рабочую частоту подавляемой РЛС с ошибкой, непревышающей половины полосы пропускания приемника РЛС. Заградительная помехасоздается либо путем одновременного излучения передатчиком помехэлектромагнитных колебаний в широкой полосе частот, либо путем автоматической ипериодической перестройки узкополосного передатчика помех в широком диапазонечастот.
Все активные помехихарактеризуются плотностью мощности или числом ватт мощности, приходящимся намегагерц полосы частот помехи. Плотность помехи определяет ее уровень на входеприемника РЛС. Узкополосная прицельная помеха имеет большую плотность при малоймощности передатчика и поэтому экономична. Однако создание прицельной помехитребует применения сложной аппаратуры управления для быстрой и точной настройкипередатчика помех. Трудности создания прицельных помех возрастают с увеличениемчисла объектов подавления и применением быстрой перестройки в самих РЛС.Заградительная помеха, наоборот, не требует точной настройки передатчика помехна частоту подавляемой РЛС, так как она создается в широкой полосе частот иобеспечивает одновременное подавление всех РЛС (или каналов одной РЛС),работающих в этом диапазоне частот. При организации заградительных помехтребуется знание меньшего количества разведданных о системе радиолокационногообеспечения противника. Однако для создания такой же плотности мощности, как уприцельной помехи, передатчик заградительной помехи должен иметь, значительно,большую полную мощность, габариты и вес.
Таким образом, важнейшимипоказателями активных помех являются полоса частот и плотность мощности. Чембольше спектр частот и плотность мощности помехи, тем труднее от нееотстроиться и тем эффективнее она поражает приемные каналы РЛС.
По ТЗ заданно рассмотретьактивную шумовую помеху. Шумовая помеха представляет собой непрерывные колебаниянесущей частоты, модулированные по амплитуде напряжением шумов. Напряжениешумов для модуляции передатчика помех получают от специального источника шумов,которым может быть шумовой диод, фотоэлектронный умножитель, тиратрон,помещенный в магнитное поле и др. С анодной нагрузки тиратрона, например, можнополучить напряжение шумов до 0,5 в/МГц (другие источники шумов имеют в тысячираз меньший выходной эффект). Такое напряжение достаточно усилитьширокополосным видеоусилителем в сотни раз, чтобы затем использовать его вкачестве модулирующего. Амплитуда, частота и фаза шумовых флюктуаций изменяютсяхаотически во времени, ввиду чего шумовая помеха обладает очень широкимспектром частот и поэтому является наиболее опасной. Для защиты РЛС от шумовойпомехи трудно найти эффективные средства защиты. Изображение шумовой помехи наэкране индикатора с амплитудной отметкой имеет вид сплошной шумовой дорожки, нафоне которой затрудняется или совсем исключается наблюдение отметок целей (рис.8).
Вариант структурной схемыпередатчика активных помех приведен на рис. 9. В качестве передающей/приемной антенниспользуем ФАР, которая позволяет сконцентрировать энергию в узком луче инаправит ее на подавляемые радиосредства и за счет фазирования можно довести />, где Р –мощность подведенная к передающей антенне. Для рассчитываемой системыпомехопостановки будем использовать передатчик АШП с мощностью излучения 10кВт.
Организация и созданиепассивных помех в работе РЛС противника имеют своим назначением обеспечитьрадиолокационную маскировку объектов в воздухе и на земле. Методы пассивногорадиопротиводействия основаны на использовании или на подавлении отражениярадиоволн — явления, которое лежит в основе работы большинства самих РЛС. Всвязи с этим радиолокационная маскировка объектов осуществляется либо путемприменения различного рода искусственных пассивных отражателей, интенсивноотражающих радиосигналы РЛС, либо путем нанесения на объектпротиворадиолокационных покрытий, эффективно ослабляющих отражение. В первомслучае наблюдение отметки цели на экране индикатора РЛС затруднено на фонеинтенсивных отметок пассивных отражателей, а во втором случае обнаружение целизатрудняется из-за весьма слабого отражения, ею радиоволн.
По ТЗ заданна помеха отземной поверхности. Рассмотрим создание ложных целей и ложногорадиолокационного рельефа местности.В интересах маскировки важныхназемных и надводных объектов и дезориентации противника при наблюдении имподобных объектов с воздуха при помощи панорамных РЛС прибегают к созданию ложныхцелей или ложного радиолокационного рельефа местности. В таких случаяхприменяют как дипольные отражатели, так и пассивные отражатели специальной формы:уголковые, конические, вибраторные решетки, линзы Люнеберга, диэлектрическиеотражатели с полным внутренним отражением и др. Наиболее широкое применениеполучили уголковые отражатели, которые выполняются в виде жесткой конструкции извзаимно перпендикулярных проводящих поверхностей. Размеры, которых превышаютдлину отражаемой радиоволны (рис. 10).
радиообнаружениепомехозащита аппаратный радиолокационный
/>
Важнейшей особенностьюуголкового отражателя является то, что он интенсивно отражает обратно кисточнику излучения (после двух-трехкратного внутреннего отражения) энергиюрадиоволн, падающих на грани А, Б и В с любого направления в пределах телесногоугла. Соединение четырех трехгранных уголков вместе позволяет получить интенсивноеотражение обратно к РЛС энергии радиоволны, падающей на уголок с любого направленияв пределах полусферы. Используются и более сложные конструкции уголковых отражателей.Устанавливать их можно как на земле, так и на воде (на поплавках), имитируя интенсивноотражающие цели и маскируя боевую технику и другие объекты от воздушного радиолокационного наблюдения. Примассовом применении уголковыхи дипольных отражателей на поверхности земли и воды можно существенно изменитьрадиолокационный рельеф местности. Таким способом можно создавать ложныеплощадные цели, дублирующие изображение маскируемых объектов: аэродромов истоянок самолетов, портов и стоянок кораблей или их боевого порядка в море,мостов, заводов и даже городов. Аналогичным образом можно изменить береговуючерту, изображение одного озера можно разбить на части, на реках «поставить» дополнительныемосты и т. п. Создание ложного радиолокационного рельефа местности может сильнозатруднить ориентировку противника по экрану самолетной панорамной РЛС иприцельное бомбометание, а также заставить противника наводить ракеты на ложныецели. В мирное время уголковые и другие отражатели используются для созданияточечных целей, которые служат указателями при радиолокационном ориентированиикораблей, входящих в гавань, самолетов, приближающихся к аэродрому, илирасчетов РЛС при их тренировке и проверке работы радиолокационной аппаратуры.Ложные цели создаются и в воздухе, например путем буксирования отражающихконусов. В последнее время для нарушения работы станций управления ракетами,зенитной артиллерией и истребителями-перехватчиками разрабатываются управляемыеотвлекающие ракеты-ловушки и ракеты радиопротиводействия с аппаратурой помех,запускаемые с тяжелых бомбардировщиков в полете. После выполнения задачи посозданию помех и отвлечению на себя средств противника такие ракетыуничтожаются по радиокоманде с бомбардировщика.
Расчет зон прикрытияпомехами
По ТЗ необходимо рассчитатьпараметры постановщика активной шумовой помехи. Как говорилось ранее,для создания активной шумовой помехи необходимо воздействие мощного источникапомехи, тогда на дальность действия РЛС действуют как внутренние шумыприемника, так и мощность помехи.
Максимальная дальностьдействия РЛС в условиях радиопротиводействия может быть записана в виде:
/>.
РРЛС –мощность передатчика РЛС,
Т – время обзора секторасканирования,
σ – ЭПР цели,
R2П – дальность до источника помехи,
/>fП – ширина спектра помехи,
/> – уровень боковых лепестков,отнесенный к уровню главного лепестка антенны,
/> - угловой объем,
E/N0– отношение энергии сигнала к мощности шума на единицуполосы, необходимое для надежного обнаружения,
PП – мощность помехи,
GП – коэффициент усиления антенны по помехе.
Проведем расчеткоэффициента усиления антенны РЛС по помехе. Коэффициент усиления антенны РЛСпри приеме полезного сигнала равен 600; помеха принимается в основном боковымилепестками, примем уровень первого бокового лепестка антенны РЛС= -25дБ помощности, тогда коэффициент усиления антенны РЛС по помехе будет равен:
/>=1,897.
Рассмотрим следующиезависимости:
а) дальность действия РЛСот мощности передатчика (рис. 11).
/>
Рисунок 11. Графикзависимости дальностьдействия РЛС от мощности передатчика.
Мощность передатчика РЛС,необходимая для обнаружения РРЛС=200кВт, из графика видно, что притакой мощности обеспечивается дальность действия РЛС – 200км. По ТЗ необходимообеспечить 260км, для этого нужно увеличить РРЛС в 2,5 раза.
б) зоны прикрытия АП отмощности РЛС в условиях АП, при мощности АП равной 10кВт и расстоянием междуРЛС – ПАП равным 260км (рис. 12).
/>
Рисунок 12. Графикзависимости зоны прикрытия АП от мощности РЛС в условиях АП.
Из графиков видно, чтоприменение АШП значительно снижает дальность действия РЛС. При мощностипередатчика РЛС 200кВт, дальность действия РЛС равна 2,7км.
Отношение мощности АП кмощности сигнала, отраженного от цели, на входе РЛС можно записать в виде:
/>è
è/>
При дальности от РЛС до Ц 200 км, при расстоянии от РЛС до ПАП 260 км, GАП=100, GРЛС=600, G=1.897,РперРЛС=200 кВт для формирования на входе РЛС отношения РАП/Рс=3,получаем:
в) зависимость дальностидействия РЛС, от отношения мощностей P=РРЛС/РПАП(рис. 13).
/>/> (м)
Рисунок 13. Графикзависимости дальностьдействия РЛС от отношениямощностей P=РРЛС/РПАП.
Из графика следует, чтодаже при небольшом изменении РПАП, дальность действия РЛСзначительно снижается. При Р=20, дпльность действия РЛС равна 2,7км.
г) дальности действия РЛСот расстояния РЛС-ПАП.
/>
Рисунок 14. Графикзависимости дальностьдействия РЛС от расстоянияРЛС-ПАП.
Пусть ПАП находится наудалении 260-500км, тогда, как видно из графика, дальность действия РЛС изменяетсянесущественно: в пределах 5км.
д) дальности действия РЛСот Кпер=/>.
/>
Рисунок 15. Графикзависимости дальностьдействия РЛС от Кпер.
Из графика следует вывод,что с увеличение Кпер дальность действия РЛС уменьшается.Коэффициент перекрытия по частоте показывает на сколько спектр сигналасогласован со спектром помехи. Когда Кпер=1, то дальность действияРЛС всего 15 км.
Расчет параметровсредств помехозащиты
1. Средства защитыот пассивных помех.
В основу борьбы спассивными помехами положено использование операции режектирования ( операцияобеления).
Отношение ш/п на входеРЛС составляет -39,33дБ.
Подавление в режекторномфильтре должно осуществляться до уровня шумов, è коэффициент подавления долженсоставлять около 39дБ.
Отношение с/(ш+п) навходе РЛС составляет -22,22дБ.
Для расчёта коэффициентоврежекторного фильтра воспользуемся программой «Стрела 2.0» (рис. 16 – 18.):
Выбираем оптимальныйСС-фильтр, т.к. получим уточненные коэффициенты фильтра. Порядок фильтравыбираем так, чтобы необходимое число импульсов в пачке было на единицу большепорядка фильтра. Посредством остальных 15-7=8 отсчетов можно произвестикогерентное накопление. Эти накопленные импульсы могут пойти на улучшениеотношения с/ш. Можно добиться увеличения отношения с/ш в N раз, где N=8.
Относительная фазасигнала рассчитывается исходя из доплеровской частоты сигнала.
FD=/> Гц.
/>
Относительная фаза помехиравна нулю, так как помеха создается отражением от земной поверхности.
Коэффициент подавления помехиполучается равным 39дБ, что вполне удовлетворяет для дальнейшего накопления.
Коэффициенты цифровогорежекторного фильтра: 1 2 3 4 5 6
Wi 1 -5,085387 11,51271 -14,85135 11,51361 -5,086176 1,000232
Так как коэффициенты цифровогорежекторного фильтра симметричные, то структурную схему цифрового РжФ можносвернуть. Структурная схема примет следующий вид (рис. 19):
/>
Рисунок 19. Структурнуюсхему цифрового РжФ.
2. Средствазащиты от активных помех.
Методы защиты РЛС отактивных помех основываются на использовании различий в структуре полезныхсигналов и помех: различия по несущей частоте, спектру, фазе, амплитуде,длительности, частоте повторения или комбинации импульсных посылок и др.
По ТЗ необходимообеспечить защиту от активной шумовой помехи. Несмотря на общую высокуюэффективность применения активной шумовой помехи, существует недостаток при ихиспользовании. Недостаток заключается в том, что такие помехи легко обнаружить.А это ставит в уязвимое положение ПАП, а также позволяет применять различныемеры борьбы с помехами. Например:
· Работа РЛС в короткие промежуткивремени;
· Смена несущих частот, применениемногочастотных РЛС;
· Использование сложных сигналов. Приих использование значительно снижается импульсная мощность передатчика РЛС,т.е. Рс/Рш снижается.
· Использование длительногокогерентного накопления сигнала.
Перестройка РЛС подиапазону является одним из самых радикальных методов защиты от активных помехлюбого вида и повышения помехоустойчивости РЛС. После изменения рабочей волныРЛС противник должен заново обнаружить ее работу, определить ее новую волну иперестроить передатчик помех. На это уходит определенное время, в течениекоторого РЛС может нормально работать. Однако перестройка РЛС может бытьэффективным способом защиты от помех лишь тогда, когда время перехода с однойволны на другую мало, а диапазон перестройки широк. Медленная перестройка и вузком диапазоне не обеспечивает надежной защиты, особенно когда противникрасполагает широкодиапазонными и быстро перестраиваемыми передатчиками помех.Следует заметить, что перестройка РЛС является одним из основных средств защитыот наиболее эффективной шумовой помехи; и то лишь в том случае, если диапазонперестройки РЛС намного превосходит ширину спектра шумовой помехи.
В современных РЛСобеспечивается быстрая автоматическая перестройка в достаточно широкомдиапазоне частот. Особенно хорошие результаты при защите от прицельных ишумовых помех дает непрерывное изменение несущей частоты РЛС от импульса кимпульсу. В перестраиваемых РЛС применяются широкополосные антенно-фидерныетракты и антенные переключатели, а передатчик и приемник содержат автоматику механической или электрической перестройки в широкомдиапазоне и систему точной автоматической подстройки частоты (АПЧ).
Для борьбы с АП можноиспользовать компенсационный метод (применяют специальную компенсационнуюантенну и компенсационный канал, направленный на АП). (рис. 20.)
/>
Суть метода заключается вследующем: когда ПАП действует по боковым лепесткам ДН антенны РЛС, то тогда направленияна источники сигнала и активной помехи не совпадают. Для того чтобы скомпенсироватьпомеху, применяют устройство с основной и дополнительной антеннами. Пусть А1является основной антенной, принимающей сигнал и помеху U0=Ut+UАП, а дополнительная компенсационная антенна А2 – только помехуUАП= Uk с некоторым сдвигом по фазе от U0. Кк – коэффициент комбинированного канала (для выравниваниямощности). Если разложить на ортогональные составляющие Uk и подобрать для них оптимальные весовые коэффициенты W и W1, то можно скомпенсировать помеху, принимаемую антенной А1.
Этот метод основан на корреляционнообратной связи. Корреляция осуществляется между компенсационным каналом исигналом на выходе. Такая связь осуществляется с помощью блока Мас (операциясуммирования с накоплением). Корреляция будет возможной только при работе обоихканалов. Структурная схема алгоритма, реализующего такой квадратурныйкомпенсатор с корреляционными обратными связями, приведена на рис. 22.
Минимум среднего квадратанапряжения (мощности) помехи на выходе будет при Кк>1:
W= -r×s0/s1,W1= -r0×s0/s10,
где s0и s1 – СКОпомех, принимаемых антеннами А1 и А2, r – коэффициент корреляции помехи в первом квадратурномканале, r0 — коэффициент корреляции помехи во втором квадратурном канале. Тогда коэффициентподавления активной шумовой помехи:
КП=(1-ôr/ô2)-1.
При некоррелированнойпомехеôr/ô2=r2+(r0)2è0, Кпè1, и подавление помехи нет. При сильно коррелированной помехе ôr/ô2è1, Кп è/>, подавление помехи максимально.
/>
Рисунок 22. Структурнаясхема квадратурного компенсатора.
Анализ эффективности применениякомплекса помех и средств помехозащиты
Следует, заметить, чтоникакое устройство для подавления помех не является универсальным. Каждоеустройство защиты позволяет эффективно бороться только с каким-то одним видомпомех и является менее эффективным или вовсе непригодным для борьбы с другимивидами помех. Поэтому оператор РЛС должен уметь определять вид помехи по ее изображениюна экране индикатора, а также четко знать и умело использовать имеющиеся встанции средства подавления помех. В данном курсовом проекте для подавления пассивнойпомех использовался режекторный фильтр, а активной шумовой – гребенчаты фильтрили копенсационное устройство.
Необходимо помнить, чтовключение той или иной схемы защиты, как правило, вызывает ослабление полезногосигнала и уменьшение дальности обнаружения, а потому является вредным вотсутствии помех или при воздействии помехи, на подавление которой схема нерассчитана.
Однако для создания эффективныхпомех, как правило, необходимо разведать основные технические параметрыподавляемой РЛС. Такая разведка может быть осуществлена обычными общевойсковымиметодами или при помощи радиотехнических средств. Техническая радиолокационнаяразведка связана с меньшими потерями и вполне осуществима, благодаря тому, чтолюбая активная РЛС, излучая электромагнитную энергию, демаскирует себя. Внастоящее время успешная борьба с радиолокацией противника немыслима без хорошоорганизованной радиолокационной разведки. Вместе с тем, организациярадиолокационной разведки и создание эффективных помех в работе РЛСпредставляют нелегкую задачу, которая постоянно усложняется вследствиенепрерывного совершенствования РЛС. В данном курсовом проекте для созданияпассивной помехи использовались уголковые отражатели, а для активной шумовой –схема генератора прицельных помех.
Уже после первых опытовприменения помех стало ясно, что РЛС, не имеющие средств защиты от помех, немогут быть надежным видом вооружения. Поэтому развитие радиолокации постоянносопровождается развитием средств радиопротиводействия, а это в свою очередьвынуждает непрерывно совершенствовать радиолокационную технику, усложнятьаппаратуру РЛС средствами защиты от помех, а иногда даже переходить к новымпринципам работы и построения РЛС.
Из сказанного ясно, чтопроблему радиопротиводействия логически составляют следующие основные вопросы:
— принципырадиолокационной разведки и построения разведаппаратуры;
— способы и средствасоздания организованных помех;
— способы и средствазащиты РЛС от помех.
Оценка требований каппаратно-программным ресурсам средств конфликтующих сторон
Произведенный расчетпараметров, выбор структурных схем и алгоритмов работы постановщиков помех показывает,что необходимо задействовать мощные передающие устройства. Аппаратура ПАПдолжна обладать высокой надежностью работы элементов схемы. Так как средствапостановки активных помех является достаточно мощным устройством. Но в тожевремя, аппаратура ПАП должна иметь минимальное энергопотребление, хорошуюэлектромагнитную совместимость, небольшие габариты и массу, и сохранять работоспособностьпри различных климатических условиях.
Аналогичные требованияможно предъявить и к средствам защиты от помех.
В процессе разработкиданной РЛС было установлено, что с использованием РжФ можно добитьсякоэффициента подавления помехи на выходе равным 39дБ, т.е. сигнал помехи отземной поверхности фильтр подавляет до уровня шумов, а коэффициент улучшенияс/(п+ш) составляет порядка 20дБ. А это говорит об эффективности работы фильтра.
Основными требованиями кпрограммным ресурсам конфликтующих сторон можно считать высокуюпроизводительность, быстродействие и надежность.
Выбор итехнико-экономическое обоснование технологической базы для реализации проекта
Обработка сигнала всовременных РЛС осуществляется в цифровой форме, поэтому важным является выбортехнологической базы для цифровой обработки сигналов. В настоящее время широкоиспользуются методы обработки радиотехнических сигналов с помощью ПЛИС(программируемых логических интегральных схем). Например, семейство FLEX10Kфирмы Аltera.
Применение ПЛИС врадиотехнических системах существенно улучшает их массогабаритные, техническиеи экономические показатели, открывает широкие возможности реализации сложныхалгоритмов цифровой обработки сигналов. Цифровые фильтры имеют ряд преимуществ.Основные из них: надежность в работе и стабильность характеристик. Ониобладают высоким быстродействием, малым энергопотреблением, массой игабаритами, возможностью перепрограммирования. Защита ПЛИС от источниковэлектромагнитного излучения может быть решена путем экранирования. Но данныеПЛИС имеют относительно высокую стоимость по сравнению с другими цифровымисигнальными процессорами, однако это не является преградой, т.к. в радиолокацииважным является такие показатели как быстродействие, надежность и достоверностьпринятой информации.
Составлениеструктурной схемы устройства и описание ее работы
1.Описание структурной схема устройствапомехозащиты
Устройства защиты отпассивных и активных помех включаются оператором РЛС. На экране индикаторапоявляется информация о воздушном пространстве, задача оператора стоит в безошибочномопределении вида помехи. После того как оператор принял решение, например, оботсутствии помеховой обстановки, то устройство активных помех (квадратурныйкомпенсатор) отключается ключами 1 и 2 или устройство пассивных помех (режекторныйфильтр) отключается ключами 3 и4.
2.Описание структурной схемы устройствапомехопостановщика
Работа такой структурнойсхемы осуществляется в устройстве выбора типа помехи. После происходитизмерение требуемых параметров подавляемой РЛС. Затем полученная информация опараметрах РЛС передается на устройство активных помех (генератор на ЛОВ), либона устройство пассивных помех (отражатели).
Заключение
В областирадиолокационных систем (РЛС), как и в любой другой области техники, происходитнепрерывный процесс обновления, замены устаревших средств новыми модификациями.Расширяются и усложняются решаемые ими задачи, растут их показателиэффективности и качества, совершенствуются прежние и создаются новые конструкции,расширяются связи РЭС с другими системами.
В развитиирадиоэлектронных систем можно указать определенные этапы или поколения.Например, в истории развития радиоэлектронных систем значительный периодзанимал этап конструирования РЭС с использованием электронных ламп. Он сменилсяэтапом развития радиоэлектронных систем с применением полупроводниковыхэлементов, за которым последовал новый этап построения РЭС на основеинтегральной схемотехники (интегральных микросхем и микропроцессоров).
Развитие микроэлектроникии вычислительной техники дало широкие возможности для применения врадиоэлектронике цифровых методов обработки и преобразования информации.Применение идей и методов цифровой обработки сигналов открывает принципиальноновые возможности в различных областях радиоэлектроники и прежде всего в таких,как радиосвязь, радиолокация, радиоуправление.
Особенно широкоиспользуются в радиоэлектронике достижения таких разделов физики, как физикатвердого тела, оптика. Успехи в области когерентной оптики, голографии и вдругих областях физики способствовали созданию и развитию оптических методов обработкии преобразования информации. Они нашли свое применение, например, врадиолокации (РЛА), в микроволновой технике и других областях.
В данной работе былвыполнен расчет основных параметров РЛС, необходимых для обнаружения цели сзаданными характеристиками. Был рассмотрен вопрос о двух конфликтующихсторонах, их средствах постановки помех и помехозащиты. Проведенные расчетыпоказывают, что при наличии достаточно полной информации о средствахпротивоположной стороны возможно как эффективное применение помех, так и ихэффективное подавление.
Список использованныхисточников
1. Логинов М.А., Роговой И.И., Чечельницкий М.И. Основыимпульсной радиотехники и Радиолокации / Под ред. И.Г. Хорбенко. –М.: ВИМО СССР, 1968. 552 с.
2. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник длявузов. – М.: Радиотехника, 2004. 320 с.
3. Радиоэлектронное оборудование / Под ред. СидоринаВ.М. – М.: ВИ, 1990. 288 с.