ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РЯЗАНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРАРАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ/>
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой радио-
технических систем
____________ В.И.Кошелев
"___"__________ 2007 г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине:
«Теоретические основырадиоэлектронной борьбы»
на тему:
«СРЕДСТВАПОСТАНОВКИ ПОМЕХ И ПОМЕХОЗАЩИТЫ»
/>
Рязань 2007 г.
ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРАРАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ЗАДАНИЕ НАКУРСОВУЮ РАБОТУ
по дисциплине«Теоретические основы радиоэлектронной борьбы»
Студент Егоров СергейВалерьевич код ________ группа 311
1. Тема: «СРЕДСТВА ПОСТАНОВКИ ПОМЕХ ИПОМЕХОЗАЩИТЫ РЛС»
2. Срок представления курсовой работы кзащите« 10 » мая 2007 г.
3. Исходные данные для проектирования:
а). Исходные данныек курсовой работе:
Тип РЛС: дальнегообнаружения;
Параметры РЛС: дальностьобнаружения цели не менее R= 200+10*7=270км(7 –номер по журналу);
определяемые координатыцели: азимут, дальность, угол места
Параметры цели: ЭПР цели Е=(7 ‑ 7/5)=5.6 м2, максимальная скорость цели V=(1000-10*7)= 930 м/с;
Виды применяемых помех:помеха от земной поверхности, уводящая по дальности;
б). Требования кпроекту
Разработать алгоритмы,структурные схемы постановщика помех и средств помехозащиты радиолокационнойстанции, провести анализ эффективности применения средств помехопостановки ипомехозащиты.
4. Обязательные разделы пояснительнойзаписки курсовой работы
4.1.Титульный лист.
4.2.Задание на курсовуюработу.
4.3.Содержание.
4.4.Введение.
4.5.Анализ задачи и ееформализация.
4.6.Расчет параметровпомехопостановщика (мощность передатчика помех, средств создания помех,параметров помех).
4.7.Расчет зон прикрытияпомехами (пассивными и активными).
4.8.Расчет параметровсредств помехозащиты (алгоритма помехозащиты структуры и параметров).
4.9.Анализ эффективностиприменения комплекса помех и средств помехозащиты.
4.10.Оценка требований каппаратно-программным ресурсам средств конфликтующих сторон.
4.11.Выбор итехнико-экономическое обоснование технологической базы для реализации проекта.
4.12.Составление структурнойсхемы устройства и описание ее работы
4.13.Заключение
4.14.Список использованныхисточников
4.15.Графические материалы (1 л.)
Руководитель работы В.И.Кошелев
Задание принял кисполнению студент ______________________
подпись
Содержание.
1. Введение
2. Анализ задачи и еёформализация
3. Расчет параметровпомехопостановщика (мощность передатчика помех, средств создания помех,параметров помех)
4. Расчет зон прикрытия помехами(пассивными и активными)
5. Расчет параметров средствпомехозащиты (алгоритма помехозащиты, структуры и параметров)
6. Анализ эффективностиприменения комплекса помех и средств помехозащиты
7. Оценка требований каппаратно-программным ресурсам средств конфликтующих сторон
8. Выбор и технико-экономическоеобоснование технологической базы для реализации проекта
9. Составление структурной схемыустройства и описание её работы
10. Заключение
11. Список использованныхисточников
12. Графические материалы(1 л.)
1.Введение
радиоэлектронныйконфликт помехозащита
В современном вооруженномконфликте уже невозможно обойтись без различных радиоэлектронных средств. Болеетого, к РЭС предъявляются всё более высокие технические требования, дляобеспечения заданных ТТХ. Порой эти требования входят друг с другом впротиворечия. Поэтому разработка РЭС является очень сложной и интереснойзадачей, которая по силам, только ведущим странам. Исследования по этимнаправлениям проводятся в ведущих КБ.
В связи с этим, даннаякурсовая является очень актуальной в современных условиях, и даёт возможность синженерной точки зрения проанализировать обе стороны радиоэлектронногоконфликта, выяснить достоинства и недостатки тех или иных методов радиоэлектронногоподавления и защиты РЭС.
2. Анализ задачи и её формализация
В данной курсовой работепредлагается произвести эскизный расчёт РЛС, в соответствии с параметрами этойрадиолокационной станции разработать алгоритмы работы и структурные схемыпостановщика помех и устройств защиты для этой РЛС.
В соответствии с ТЗ,дальнейшие рассуждения проводятся для трехкоординатной РЛС дальнегообнаружения. Дальность обнаружения цели выбирается не менее 270 км (Rmax= 300 км). ЭПР цели (E= 5.6 м2) типично длятяжёлого истребителя-бомбардировщика (например: F-111, Су-27). Предлагаемый ТЗ тип помех: помеха от земнойповерхности, и уводящая по дальности.
Первый тип помехотносится к естественным помехам и возникает из-за наличия у антенной системыРЛС боковых лепестков в угломестной плоскости. Главный луч при этомнепосредственно земли не касается, так как для РЛС дальнего обнаружения характернаслегка приподнятая ДН. Также к данному виду помехи относятся так называемые«местные предметы», которые возникают из-за больших углов закрытия на местностивокруг точки стояния РЛС, при этом помеха приходит и по главному лучу. Дляданной помехи характерно нулевое доплеровское смещение частоты, следовательно,для борьбы с ней лучше всего использовать режекторный фильтр.
Второй тип помехотносится к преднамеренным. Данная помеха предназначена для нарушения работысистемы автоматического сопровождения по дальности (АСД). При наличии такогорода помех происходит срыв селекции цели, срыв сопровождения, как минимумавтоматического, а как максимум система АСД берёт на сопровождение ложные цели.Генерируемая уводящая помеха должна быть точной копией полезного сигнала, длячего в аппаратуре постановщика помех необходимо предусмотреть разведывательныйприёмник, который передавал бы информацию о сигнале в режиме реального времени.При проектировании также надо учесть, что постановщик работает по боковымлепесткам ДН. Борьба с такого рода помехой возможна на этапе вторичной обработкиРЛИ, из сопоставления данных канала доплеровского измерителя скорости и каналавычисления скорости на основе траекторной обработки. Однако, как правило, в РЛСдальнего обнаружения однозначного измерения по скорости достичь не удаётся,следовательно, в данном случае канал ДИС отсутствует. Исходя из этого, алгоритмпомехозащиты существенно упростится и, будет представлять собой процесссравнения данных канала вычисления скорости на основе траекторной обработки спорогом скорости, заданным в ТЗ (Vmax=930 м/с).
Эскизный расчёт РЛС.
Для РЛС дальнегообнаружения характерен импульсный режим работы. Рассчитаем период повторениязондирующих импульсов исходя из заданной однозначно измеряемой дальности Rmax= 300 км:
/>
Для данного видарадиолокационных станций характерен метровый диапазон рабочих частот от 1 до 10метров. В соответствии с атмосферными окнами прозрачности и допустимымиразмерами раскрыва антенной системы приемлема несущая частота />. Реализуемая ширина ДН вазимутальной плоскости на этих частотах составляет от 2.5 до 4 градусов.Достаточная ширина ДН />. Рассчитаемраскрыв антенны необходимый для формирования заданной ширины ДН:
/>,
где /> — коэффициент, учитывающийвеличину амплитудных искажений.
Для определениярадиолокационной станцией угла места необходимо обеспечить качание луча вугломестной плоскости (последовательный режим обзора). Зададимся такой жешириной ДН что и в азимутальной плоскости, соответственно таким же будет иэквивалентный раскрыв антенны в этой плоскости. Конструктивно антенную системуможно выполнить в виде двух ФАР, одна из которых, синфазная, будет обеспечиватьузкую ДН в азимутальной плоскости, а другая, наклонного излучения, качание лучав угломестной плоскости. Вся же АС будет вращаться в азимутальной плоскости,обеспечивая последовательный обзор в секторе от 0 до 360 градусов. Скоростьвращения антенны выберем стандартной для данного типа РЛС: />
Рассчитаем коэффициентусиления АС:
/>
Круговая частота вращенияантенны:
/>
Ширина ДН в радианах:
/>
Рассчитаем длительностьпачки отражённого от цели сигнала, т.е. время, в течение которого цельнаходиться в главном луче ДН АС:
/>
Количество импульсов впачке:
/>
Зададимся разрешением подальности /> и рассчитаем длительностьимпульса зондирующего сигнала:
/>
Эффективная ширинаспектра сигнала:
/>
Рассчитаем пороговоеотношение сигнал/шум:
/>
Рассчитаем мощность шума:
/>,
где /> — постоянная Больцмана, Кш-коэффициентшума приёмного устройства. Минимальная мощность сигнала необходимая для егообнаружения:
/>.
/>
Рассчитаем среднююмощность РЛС, исходя из обеспечения необходимой энергетической дальности,применив основное уравнение радиолокации (Рис.1):
/>
Импульсная мощность РЛС:
/>, где Q-скважность зондирующего сигнала:
/>
Полученные энергетическиехарактеристики излучения соответствуют реально допустимым и реализуемым напрактике.
3. Расчёт параметровпомехопостановщика (мощность передатчика помех, средств создания помех,параметров помех)
Основываясь на полученныхвыше основных характеристиках РЛС, можно перейти к расчету параметровпомехопостановщика.
Характерной особенностьюуводящей помехи является то, что она должна представлять собою точную копиюсигнала. Именно это является залогом того, что система обработки РЛС приметсигнал помехи за сигнал отражённый от реальной цели. Это предполагаетсовпадение длительностей импульса помехи и сигнала /> ипериодов повторения Тп.
Расчёт средней мощностиизлучения постановщика выполняется из условия согласования по мощностисигналов помехи и реального сигнала на входе приёмного устройства. Мощностьсигнала помехи на входе РПрУ должна находиться в пределах 2·Pmin..4·Pmin для имитации ложной цели, находящейсяна максимальной дальности. Возьмём расстояние от РЛС до постановщика помех RПАП=500 км. Учитывая свойства антеннметровых волн, большой коэффициент усиления антенны постановщика достигнутьнельзя, зададимся значением GПАП=5, оно примерно соответствуетрешётке продольного излучения состоящей из трёх полуволновых вибраторов, чтовполне реализуемо в бортовом варианте. Надо также учесть, что постановщикработает по боковым лепесткам ДН АС РЛС. Типичный средний уровень боковыхлепестков />, или в разах:
/>
Используя основноеуравнение радиолокации, получаем:
/>
Т.е. для имитации цели намнимом расстоянии в 300 км, и при нахождении постановщика помех на 500 км отРЛС, передатчик постановщика помех должен создавать среднюю мощность в 5.5 мВт,для обеспечения согласованности энергетики помехи.
/>
При имитации целейнаходящихся на расстоянии менее 300 км надо увеличивать мощность помехипропорционально увеличению мощности сигнала на входе РЛС Pmin. Далее приведена зависимость мощностина входе Pmin от дальности до цели:
/>
Та же зависимость, но ужев окрестностях 30 км, имеет вид:
/>
Как видно из этихграфиков минимальная мощность на входе РЛС, требуемая для обнаружения целиобратно пропорциональна корню четвёртой степени расстояния до цели.Соответственно, мощность передатчика уводящей помехи необходимо менять взависимости от требуемой имитируемой дальности ложной цели.
4. Расчёт зонприкрытия помехами (пассивными и активными)
Как уже отмечалось ранее,передатчик помех несёт на себе воздушное судно, это может быть самолёт ДРЛО(E-3 «AWACS», A-50«Шмель»), самолёт радиоэлектронной разведки(RC-135), также контейнер с оборудованием постановщика можетвешаться под крылья более легкого бомбардировщика или истребителя. Размераппаратуры, а соответственно и конкретное место размещения будет зависеть оттребуемой мощности, а значит от расстояния между РЛС и постановщиком, а такжеот минимального, необходимого расстояния между РЛС и ложной целью. Как правило,на тяжёлые самолеты могут ставиться гораздо более мощные передатчики, этопозволяет работать им с больших дистанций, оставаясь в глубоком тылу атакующихпорядков истребительной и бомбардировочной авиации, лёгкие же действуют непосредственно«на острие».
На рис.3 показаназависимость требуемой мощности передатчика помех от расстояния до РЛС, приимитации цели находящейся на максимальной дальности(Rmax=300 км). Здесь хорошо видно, чтоесли РПАП попадает в заштрихованную область, то сигнал на входе РЛСпопадает в интервал 2·Pmin..4·Pmin, а значит, помеха обладает энергетическими свойствамисигнала реальной цели находящейся на соответствующей дальности.
На рис.4 изображенааналогичная зависимость, но уже для имитируемой дальности цели в 30 км.
Данные зависимости вцелом характеризуют зоны прикрытия уводящими помехами. Допустим, если RПАП=750 км, то для прикрытия зонывидимости РЛС от 30 до 300 км, мощность передатчика помех надо менять вдиапазоне приблизительно от 100 Вт до 10 мВт.
Необходимо отметить, чтоуводящая помеха должна обладать всеми динамическими свойствами реальной цели — она должна двигаться, для чего необходима жёсткая синхронизация измененияэнергетических и временных параметров помехи.
/>
/>
Расчет зоны действияпомехи от земной поверхности является очень сложной электродинамическойзадачей, в которой надо, прежде всего, учитывать форму ДН АС и конкретноположение боковых лепестков. В данной работе не стоит задача столь подробногоисследования, поэтому можно ограничиться лишь приблизительными выкладками.Зададимся КНД АС в направлении боковых лепестков GПП=G·K= 60.82; ЭПР помехи ориентировочно20000 м2. По основному уравнению радиолокации получаем, что мощностьпомехи от земной поверхности на входе РПрУ РЛС будет равна:
/>
Это значение используетсядля расчета отношений ш/п и с/п+ш, с целью ввода этих данных в программу«Стрела 2.0».
5. Расчёт параметровсредств помехозащиты (алгоритма помехозащиты, структуры и параметров).
Отношение ш/п на входеРЛС:
/>
Подавление в режекторномфильтре должно осуществляться до уровня шума, следовательно, коэффициент подавлениядолжен составлять около 49 дБ.
Отношение с/п+ш:
/>
Для расчёта параметроврежекторного фильтра воспользуемся пакетом «Стрела 2.0»:
/>
Относительная фаза помехиравна нулю, так как земная поверхность неподвижна. Относительная ширина спектрафлуктуаций помехи выбирается из интервала 0.02..0.25, зададимся величиной 0.1.Значения ш/п и с/п+ш установим ранее рассчитанные.
Коэффициент подавленияоказывается при этом равным 48.71 дБ, что приемлемо, учитывая дальнейшеенакопление.
Коэффициенты цифровогорежекторного фильтра: 1 2 3 4 5 6
ai 1 -6 15 -20 15 -6 1
Симметричностькоэффициента относительно центрального гарантирует линейность фазово-частотнойхарактеристики фильтра.
/>
Упрощённая структурнаясхема цифрового режекторного фильтра имеет вид (Рис.5):
/>
Здесь применена схема,подвергшаяся упрощению вынесением за скобки одинаковых сомножителей, благодарясимметричности коэффициентов фильтра. Всё это позволяет сократить числоумножителей, что упрощает аппаратную реализацию устройства.
Для работы фильтранеобходимо чтобы на его входе присутствовало не менее Кф отсчетов, где Кф — порядок режекторного фильтра. Посредством остальных 42-7=35 отсчетов можнопроизвести когерентное накопление.
Борьба с уводящей подальности помехой может быть реализована на этапе вторичной обработкирадиолокационной информации. Как уже отмечалось ранее, рассчитанная РЛСдальнего обнаружения не обладает однозначным измерением по скорости. Алгоритмпомехозащиты, в общем виде, можно представить в виде упрощенной структурнойсхемы, изображённой на рис.6.
/>
Данный алгоритмреализуется программно в устройстве ВОИ и позволяет достаточно эффективноподавлять уводящую помеху. Принцип действия основан на сравнении пороговымустройством, скорости вычисленной по результатам траекторной обработки спороговым значением Vпор, характерным для реальносуществующих самолётов (около 3 Мах). Скорость вычисляется по формуле:
/>,
где /> — разность расстояний междуположением цели за два разных периода обзора, пройденная целью за />.
6. Анализэффективности применения комплекса помех и средств помехозащиты
Мерой эффективностирежекторного фильтра служит достигнутый, коэффициент подавления. В нашем случаеон равен 48.71 дБ, т.е. сигнал помехи от земной поверхности фильтр подавляет доуровня шумов. Таким образом, помеха практически полностью исключается издальнейшей обработки. Однако надо заметить, что в месте с помехой будетрежектирован также сигнал от малоскоростных целей и целей имеющих толькотангенциальную составляющую скорости, летящих перпендикулярно направлениюизлучения РЛС.
Также критериемэффективности служит коэффициент улучшения отношения с/п, в спроектированномфильтре он составляет 31.04 дБ, что означает превышение отношения с/п на выходенад с/п на входе более чем в тысячу раз.
Эффективность постановкиуводящей помехой, определяется снижением вероятности правильного обнаружения.Допустим, в нормальном режиме РЛС может обнаруживать 100 целей, еслипостановщик ставит еще 50 ложных целей, то вероятность правильного обнаруженияснижается в 1.5 раза.
7. Оценка требований кпрограммно-аппаратным ресурсам средств конфликтующих сторон.
Обработка РЛИ врассматриваемой РЛС, как и обработка развединформации в устройстве постановкипомех, должна осуществляться в режиме реального времени, это предполагаетпредъявление соответствующих требований к быстродействию устройствосуществляющих эту обработку.
Цифровые режекторныегребенчатые фильтры (ЦРГФ) подавления помех требуют предварительногопреобразования сигналов в цифровую форму с помощью АЦП. В таких устройствахпроизводиться дискретизация по времени, с дискретом />.Быстродействие АЦП определяется затратами на преобразование, которые должныбыть меньше длительности временного дискрета />,где m- число разрядов АЦП. Еслибыстродействия АЦП не хватает, то переходят к ЦРГФ в виде комплексных фильтровс двумя квадратурными каналами, в которых включены два АЦП.
Аналогичные требованияпредъявляются и к быстродействию АЦП РПрУ устройства постановки помех.
Требования к устройствамВОИ менее жесткие, так как, например, индикатор кругового обзора (ИКО) долженобновлять информацию через время обзора.
8. Выбор итехнико-экономическое обоснование технологической базы для реализации проекта
Техническая реализацияфильтровых устройств возможна на фильтрах с быстрым преобразованием Фурье (БПФ),а также на микропроцессорах DSP.Всё большую роль в цифровой обработке РЛИ начинают играть программируемыелогические интегральные микросхемы (ПЛИС), которые обладают гибкой структурой ивозможностью смены программы, в отличие, например от микропроцессоров.
Несколько слов об АЦП. Внастоящее время быстродействие использующихся образцов характеризуется частотойдискретизации />, например, АЦП AD 6644 фирмы Analog Device (США) имеет />,при 14 разрядах кода, динамическом диапазоне 73 дБ и частоте входного сигналадо 39 МГц.
Типовая реализацияустройства обнаружителя движущихся целей (ОДЦ) многоканально по дальности (m = 2000 каналов), рис.7. Послеподавления помех используется оптимальная, междупериодная обработка сигнала нафоне белого шума. Обычно применяют когерентное накопление остатков вычитания.При этом вводится поправка в фазу сигнала для компенсации движения цели.
Каналы дальности реализуютсялибо с помощью селекторов дальности в УПЧ, либо с помощью коммутации ячеек ОЗУ.
/>
Селекторы дальности (СД)обеспечивают поступление в каждый из m каналов сигналов только с одного элемента разрешения по дальности. Сподавлением помех в ЦРГФ информация записывается в ОЗУ, а затем фильтруется наоснове n-точечного алгоритма БПФ, пусть дажес неоднозначностью по скорости. Причем n = N-Kф = 42-7 = 35, где N- количество импульсов в пачке, а Кф- порядок режекторного фильтра.
9. Составлениеструктурной схемы устройства и описание её работы
Упрощённая структурная схема устройства постановки уводящих помех изображена на рис.8. Вразведывательном радиоприёмном устройстве (РПрУ) производиться измерениепараметров подавляемой РЛС. Генератор (Г), генерирует колебания несущейчастотой равной несущей РЛС.
/>
Детектор выделяетогибающую сигнала РЛС. После детектора сигнал подаётся на управляемые линиизадержки. Блок управления задержками (БУЗ) предназначен для согласованиявременных параметров постановки помех на различных дальностях.
Огибающие, задержанные насоответствующее время, подаются на модуляторы, в которых обеспечивается ужесогласование по энергетическим параметрам генерируемой помехи.
В дальнейшем,промодулированный соответствующим образом сигнал, поступает на сумматор,осуществляющий объединение мощностей и излучается в пространство.
На практике,осуществляться преобразование огибающей сигнала в цифровую форму, и запоминаниев ОЗУ, что позволяет генерировать сигнал помехи в любой момент времени, неизмеряя вновь параметров РЛС.
10. Заключение
В ходе выполнениякурсовой работы были получены ценные навыки расчета параметров РЭС разныхсторон РЭ конфликта, а также навыки анализа эффективности подавления ипомехозащиты. Был произведен эскизный расчёт РЛС и параметров помехозащиты.Определена структура средств помехопостановки и помехозащиты.
Таким образом, курсоваяработа достигла всех поставленных целей и задач.
Список использованныхисточников
1. Бакулев П.А.Радиолокационные системы. — М.,: Радиотехника, 2004 г.
2. Радзиевский В.Г.Сирота А.А. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. — М.,:Радиотехника, 2004 г.
3. Гоноровский И.С.Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь, 1986 г.
4. Кузьмин С.З.Цифровая обработка РЛИ. – М.: Советское радио, 1967 г.
5. ВоскресенскийД.И. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Радио и связь, 1981 г.
Графические материалы
Структурная схема РЛСдальнего обнаружения (Во избежание излишней детализации, устройства дальнейшейобработки, не рассматривавшиеся в данной курсовой работе, не показаны, в видуих очевидности).
/>