Скачать

Радиолокация: обнаружение и распознавание. Средства постановки помех и помехозащиты РЛС

Введение

Современные вооружение и военная техника (ВиВТ) характеризуются высокой насыщенностью радиоэлектронным оборудованием, обеспечивающим решение задач автоматического или автоматизированного ведения разведки, связи, управления и наведения оружия. Устанавливаемые на ВиВТ радиоэлектронные средства (РЭС) позволяют получить своевременные и достаточные сведения о противнике в определенном районе и быстро реагировать на изменение боевой обстановки. В качестве информационных каналов РЭС используется электромагнитное излучение в диапазоне от единиц килогерц до десятков и сотен гигагерц, то есть большая часть спектра частот, освоенного техническими средствами.

Концепция ведения боевых действий в последние десятилетия подразумевает создание глобальных стратегических и тактических систем разведки и управления войсками, а также высокоточного оружия (ВТО), обеспечивающего автоматическое наведение и поражение военных и гражданских объектов. Современные образцы ВТО позволяют с минимальными потерями уничтожать наземные, морские и воздушные средства нападения, что подтверждают события последних региональных конфликтов. Снижение эффективности средств поражения достигается подавлением и/или разрушением информационных каналов ВТО. Для решения этих задач применяются средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ), которые обеспечивают блокирование каналов передачи данных (путем создания помех) или их разрушение.

Одним из важнейших направлений РЭБ является нарушение правильного функционирования радиолокационных станций (РЛС) систем противовоздушной обороны (ПВО), позволяющих вести радиолокационную разведку воздушного пространства и выдавать полученную в ее ходе информацию на пункты управления средствами поражения (зенитно-ракетные комплексы, истребительная авиация). В результате воздействия средств РЭБ на РЛС возможно возникновение ошибок при определении наличия целей в заданной точке пространства, их количественных и качественных характеристик, координат, траектории движения, государственной принадлежности, заметно снижающее эффективность работы систем ПВО. (6, стр.13)

В данной работе рассмотрены аспекты применения основных видов помех РЛС обнаружения, возможных алгоритмов и устройств помехозащиты.

1. Анализ и формализация задачи

Задача выбора конкретных средств радиоэлектронного подавления (РЭП) базируется на основе имеющейся информации о тактико-технических характеристиках РЛС противоположной стороны. Напротив, при выборе характеристик систем помехозащиты необходимы некоторые априорные сведения о типах помех, которые вероятно будут применяться, и их энергетических параметрах. Таким образом, для проектирования систем, участвующих в радиоэлектронном конфликте, важно наличие достоверной информации о технических средствах противника.

По условию ТЗ нам необходимо спроектировать РЛС кругового обзора со следующими параметрами:

- дальность обнаружения цели не менее 270км;

- определяющая дальность и азимут

Параметры цели:

- ЭПР не менее Е=5.6 м² ;

- скорость не более 930м/с.

Необходимо разработать алгоритмы, структурные схемы постановщика помех и средств помехозащиты радиолокационной станции, провести анализ эффективности применения средств помехопостановки и помехозащиты.

Прежде чем разрабатывать алгоритмы помехопостановки и помехозащиты необходимо знать параметры РЛС. Задача выполнения курсовой работы включает в себя:

· Расчет параметров РЛС, при которых обеспечиваются требования ТЗ.

· Расчет помехопостановщика.

· Расчет параметров средств помехозащиты (алгоритма помехозащиты структуры и параметров).

· Анализ эффективности применения комплекса помех и средств помехозащиты.

· Оценка требований к аппаратно-программным ресурсам средств конфликтующих сторон.

· Выбор и технико-экономическое обоснование технологической базы для реализации проекта.

· Составление структурной схемы устройства и описание ее работы.

2. Расчет параметров РЛС

Поскольку при расчете характеристик средств помехозащиты и помехопостановки потребуются численные значения некоторых параметров РЛС, целесообразно найти их заранее или сделать реалистичное предположение об их величине.

Расчет параметров РЛС будет производиться в пакете программ «Стрела 2.0».

По назначению проектируемая РЛС является наземной, поэтому выберем основной режим работы когерентно-импульсный.

Высота установки антеннырассчитывается исходя из уравнения прямой видимости:

D_пред – максимальная дальность прямой видимости,

H - высота цели,

h – высота установки антенны,

R_з – радиус земли. R_з=6370 км, но положительная рефракция увеличивает дальность действия РЛС, как бы отодвигая горизонт. Это можно трактовать как кажущееся увеличение радиуса Земли. Для стандартной атмосферы радиус возрастает в 4/3 раза, т. е. надо пользоваться эквивалентным радиусом Земли R_зэф=4R_з /3=8500 км

На Рис. 1 представлен график, показывающий, как зависит дальность прямой видимости РЛС от высоты цели при высоте установки антенны 20 м.

Рис. 1 - График зависимости предельной дальности прямой видимости от высоты цели, при фиксированной высоте установки антенны

Однозначно измеряемая дальность по условию ТЗ составляет 270км.

Выберем тип обработки режекция и когерентное накопление.

Тип сигнала – простой: сложные сигналы позволяют увеличить дальность действия, точность и однозначность измерения скорости(а также точность измерения угловых координат), но снижается разрешающая способность и точность измерения дальности, но так как измерение скорости в РЛС кругового обзора не предусмотрено, то в целях упрощения системы будем использовать простой сигнал.

Длина волныизлучения РЛС: при выборе диапазона волн важное значение имеют особенности распространения радиоволн в атмосфере, в частности резонансное поглощение, что вынуждает избегать использования соответствующих частот, следует отметить то, что с увеличением длины волны затухание от атмосферных осадков, тумана и т.п. уменьшается, но при этом увеличиваются геометрические размеры антенной системы. Учитывая данные факторы зададимся длиной волны 300 см.

Рис. 2 - Параметры системы (РЛС и Сигнал)

ЭПР цели по условию ТЗ составляет 5.6 м².

Угол места цели: зададим 10 градусов.

Заданная скорость целипо условию ТЗ составляет 930м/с.

Параметры помехи: расчет параметров помехи и средств помехопостановки производится в пункте 4.1

Мощность передатчика выбирается из условия обеспечения заданной энергетической дальности и составляет 350 кВт.

Коэффициент усиления антенны

 - КПД антенны

Gd - КНД антенны

Зададимся типичным КПД антенны 0.9, тогда

G = 970

Энергетическая дальность задается равной однозначно измеряемой дальности которая в соответствии с ТЗ составляет 270км.

Разрешение по дальности:зададимся 120м

Вероятность правильного обнаружения и вероятность ложной тревоги задаются исходя из стоимостей принятия ошибочного решения. Обычно задают вероятность правильного обнаружения в пределах 0.95-0.99, вероятность ложной тревоги на один канал задают в пределах 10^-6-10^-12. Зададим вероятность правильного обнаружения 0.99, вероятность ложной тревоги на всю систему 10^-6.

Рис. 3 - Параметры системы (Цель и помеха, Параметры 1)

Разрешение. Определяется шириной главного лепестка ДН антенны в азимутальной плоскости и составляет 1градус.

Время обзора сектора сканирования

Зададим время обзора сектора сканирования 10000 мс.

Расчет числа импульсов в пачке следует проводить исходя из времени обзора сектора сканирования.

Рис. 4 - Параметры системы (Параметры 2)

Результаты расчета в программе «Стрела 2.0» изображены на рис. 5.

Рис. 5 - Результаты расчета РЛС в программе «Стрела 2.0»

На рис. 6 приведены графики зависимостей основных параметров РЛС.

Рис. 6 - Графики зависимостей основных параметров РЛС

3. Расчет параметров помехопостановщика

3.1 Расчет параметров средств создания пассивных помех

Замаскировать свой объект, например ЛА, можно, разбрасывая в атмосфере полуволновые вибраторы или диполи, выполненные из металлизированной бумаги, алюминиевой фольги, металлизированного стекловолокна или полимерных нитей. Длину диполя выбирают несколько меньшей λ/2. Степень укорочения длины диполя l зависит от его поперечных размеров (диаметра d для круглых диполей или ширины b для плоских). Коэффициент укорочения l/d для круглых диполей и 41/b для плоских обычно лежит в пределах 0,46 - 0,48. Заготовленные диполи укладывают в специальные пакеты или капсулы и при необходимости маскировки объекта выбрасывают или выстреливают их в атмосферу. При раскрытии упаковки диполи рассеиваются, образуя медленно снижающееся облако так называемых «дипольных помех» (1, стр.155). В облаке диполей их ориентация становится произвольной, изменяющейся случайным образом, поэтому средняя по всем значениям θ (угол между вектором Е и осью диполя) ЭПР диполя составляет: S₀=0,17×l² = 1,53 м²

Для эффективного применения ПП надо обеспечить отношение п/ш ≥ 30.. 80 дБ, тогда для обеспечения п/ш = 45 дБ необходимо обеспечить ЭПРпп: S_0п = 600 м². Необходимое для этого число диполей будет составлять Nд = S_0п / S₀ = 600/1,53 = 392 дип/мин.

3.2 Расчет параметров средств создания помех уводящих по дальности

Принцип создания уводящей по дальности помехи:

а) сигнал подавляемой РЛС принимается, усиливается с минимальной задержкой и излучается, создавая для РЛС мощный сигнал подсвета;

б) большая мощность сигнала помехи приводит к уменьшению усиления приемника РЛС вследствие действия АРУ, при этом происходит подавление в приемнике РЛС истинного (отраженного) сигнала от цели и захват стробом дальности сигнала помехи;

в) временное положение сигнала помехи формируется с последовательно возрастающей задержкой или опережением от импульса к импульсу относительно истинного сигнала цели до положения, соответствующего нескольким длительностям строба дальности РЛС. Закон увода может иметь различные формы, но если одновременно реализуется уводящая по скорости помеха, то производная по времени функция закона формирования уводящей по дальности помехи должна соответствовать функции закона формирования уводящей по скорости помехи во все соответствующие моменты времени. Максимальное ускорение по дальности не должно превышать возможности системы сопровождения по дальности подавляемого радиолокатора;

г) после достижения требуемой величины увода строба дальности передатчик помех выключается или излучается мощный шумовой импульс на рабочей частоте РЛС для обеспечения в РЛС срыва сопровождения по дальности;

д) РЛС переходит в режим повторного поиска по дальности. Если это возможно, то истинная цель захватывается радиолокатором на сопровождение по дальности;

е) процесс излучения помехи при необходимости повторяется.

Необходимость в системе запоминания частоты сигналов обусловлена тем, что при создании уводящих помех по дальности импульсным РЛС длительность создания помехи на частоте РЛС превосходит длительность зондирующего импульса РЛС, поступающего на вход системы РЭП, и излучение помехи происходит в основном тогда, когда на входе системы РЭII сигнал РЛС отсутствует. Запоминающие устройства также используются для обеспечения высокого уровня развязки между приемом и передачей, давая возможность передавать запомненный сигнал так, чтобы передача и прием никогда не совпадали во времени.

В системах РЭП используются различные типы запоминающих устройств: рециркуляторы радиоимпульсов; потенциалоскопы, работающие на ПЧ; настраиваемые по частоте генераторы гармонических колебаний или источники шума; линии задержки; запоминающие устройства рециркуляторного типа и взаимодействующие пространственно-разнесенные ретрансляторы, в работе которых используется задержка при распространении в окружающем пространстве. При реализации увода строба дальности сигнал помехи излучается в моменты времени после приема радиолокационного импульса, длительность которого может составлять доли микросекунды, поэтому в станции помех необходимо устройство для запоминания частоты этого импульса на довольно длительный период, обеспечивающий требуемое рассогласование строба дальности РЛС с отраженным от цели сигналом. Один из методов запоминания частоты в этом случае основан на использовании рециркулятора импульсов, обеспечивающего высокое быстродействие при обработке сигналов от импульса к импульсу, широкую мгновенную полосу и высокую пропускную способность. На рис. 7 представлена схема передатчика уводящих помех по дальности с рециркулятором с автоподстройкой фазы.

Рис. 7 - Структурная схема передатчика уводящих помех по дальности с рециркулятором с автоподстройкой фазы

Входной радиоимпульс усиливается в усилителе №1 и через коммутатор поступает на рециркулятор, который формирует расширенный по длительности радиоимпульс, состоящий из состыкованных выборок входного радиоимпульса. Из этого радиоимпульса в оконечном СВЧ-импульсном усилителе №З формируется уводящий по дальности помеховый радиоимпульс. Синхронизация передатчика помех осуществляется от продетектированного входного радиоимпульса логическим устройством, формирующим видеоимпульсы, управляющие работой коммутатора, и видеоимпульс с программируемой задержкой. Рециркулятор работает следующим образом. Входной радиоимпульс поступает на усилитель №2 и на один вход фазового детектора, а задержанный сигнал - на другой вход фазового детектора. В результате амплитуды сигналов на выходах фазового детектора функционально зависят от фаз между входным и задержанным сигналом. Выход ЛЭ соединяется с фазовращателем, который осуществляет сдвиг фазы задержанного сигнала на 0, 90, 180 и 270° с распределением сигналов на входы четырехпозиционного переключателя. Этот переключатель управляется логическим устройством, которое управляется постоянными напряжениями, пропорциональными входным амплитудам фазового детектора. При этом переключатель устанавливается в положение, обеспечивающее подстройку набега фазы в рециркуляторе, чтобы указанное фазовое рассогласование было не более 45°. Входные напряжения детекторов фазового детектора образуют в зависимости от разности фаз входного и незадержанного сигналов определенную комбинацию. Логическая схема согласно комбинации напряжений устанавливается в нужное положение.

На точность запоминания фазы и частоты оказывают влияние также положение и длительность передаваемого импульса уводящей по дальности помехи по отношению к моменту поступления и длительности входного импульса соответственно. Если нормированная длительность входного радиоимпульса рециркулятора равна длительности радиолокационного радиоимпульса, и задержка переднего фронта излучаемого импульса помехи в цикле увода кратна целому числу длительностей входного импульса, то воспроизведение спектра сигнала РЛС помехой будет достаточно точным. При всех других значениях длительности излучаемого импульса и временной задержки его переднего фронта в процессе увода искажения спектра усилятся. В свою очередь, в передатчике помех воздействие неблагоприятных эффектов из-за расширения спектра сигнала помехи может быть снижено в результате преднамеренного циклического изменения набега фазы в рециркуляторе, так чтобы уменьшение амплитуды спектральных составляющих помехи не было сосредоточено на дискретных частотах. При этом энергетические потери сигнала помехи в приемнике РЛС будут предсказуемы и будут более приемлемые величины средних потерь на всех частотах рабочего диапазона(6, стр.162).

4. Расчет параметров средств помехозащиты

4.1 Средства защиты от пассивных помех

Подавление пассивных помех может быть реализовано путем режекции в спектре принимаемого сигнала составляющих, кратных частоте повторения зондирующего сигнала. Для этого используются режекторные гребенчатые фильтры, реализуемые в виде алгоритмов или устройств череспериодной компенсации (ЧПК).

Структура простейшего однозвенного фильтра ЧПК приведена на рис.8

Его АЧХ описывается выражением

К(f)=2×êsin(p×f×T_П)÷.

Считается, что подавление помех является эффективным если они подавлены до уровня шумов т.е. в нашем случае при k_ПП³45,28 дБ. Для удовлетворения этого требования используют фильтры ЧПК n-ого порядка с АЧХ

К(f)=2ⁿ×êsin(p×f×T_П)÷ⁿ.

Обычно относительная ширина спектра флюктуаций помехи Δf^.Тп = 0,02..0,25. На рис. 8 показано как будет изменяться зависимость Кпп(Δf^.Тп) при различных порядках фильтра:

Рис. 8

Примем Δf^.Тп = 0,1

Зависимость коэффициента подавления пассивной помехи от порядка фильтра