Основная идея многопозиционной радиолокации состоит в том, чтобы более эффективно (чем в обычных однопозиционных РЛС) использовать информацию, заключенную в пространственных характеристиках электромагнитного поля. Как известно, при облучении цели поле рассеяния создается во всем пространстве (за исключением экранированных областей). Однопозиционная РЛС извлекает информацию только из одного малого участка поля, соответствующего апертуре (излучающая или принимающая излучение поверхность сложных антенн.) приемной антенны. В МПРЛС информация извлекается из нескольких разнесенных в пространстве участков поля рассеяния цели (или поля излучения источников сигналов), что позволяет существенно повысить информативность, помехозащищенность и ряд других более важных характеристик.

Развитие многопозиционной радиолокации соответствует общей тенденции в технике - объединение отдельных технических средств в системы, в которых благодаря совместному функционированию и взаимодействию элементов значительно улучшаются основные характеристики и появляются новые возможности.

Конечная задача МПРЛС, как и однопозиционных РЛС обычно заключается в том, чтобы определить координаты целей и построить их траектории (если они движутся относительно РЛС). Поэтому задачи обнаружения сигналов и изменения их параметров следует, вообще говоря, рассматривать совместно как единую статистическую задачу. Если в зоне действия однопозиционной РЛС находится несколько целей, возникает задача отождествления (идентификации) обнаруженных сигналов и замеров, относящихся к одним и тем же целям и полученные в разные моменты времени. В МПРЛС, кроме этого, приходится отождествлять замеры координат одних и тех же целей, сформированные разнесенными в пространстве измерителями (межпозиционное отождествление). Таким образом, в МПРЛС в случае многоцелевой ситуации следует рассматривать единую статистическую задачу «обнаружение - отождествление - измерение» .

Однако практический опыт однопозиционной радиолокации показывает, что раздельная оптимизация обнаружения сигналов и измерения их параметров не приводит к заметным потерям. Как известно, оптимальные (и близкие к оптимальным) обнаружители и измерители имеют существенную общую часть и реализуются с помощью сходных устройств и алгоритмов. Поэтому значительно более простое раздельное рассмотрение задач обнаружения и измерения параметров сигналов в большинстве руководств по теории радиолокации вполне оправдано как с методической, так и с практической точек зрения. Это же относится к задаче отождествления.

Основные преимущества многопозиционных РЛС

Благодаря совместной обработке информации, получаемой разнесенными позициями, МПРЛС обладает существенными преимуществами по сравнению как с однопозиционной РЛС, так и с совокупностью отдельных РЛС, не объединенных в многопозиционную систему. Ниже отметим основные преимущества МПРЛС по сравнению с однопозиционными РЛС.

Возможность создания зоны действия требуемой конфигурации с учетом ожидаемой радиолокационной обстановки. По сравнению с однопозиционной РЛС дополнительными параметрами, определяющими зону действия МПРЛС, являются геометрия системы позиций и алгоритм совместной обработки информации. Это позволяет, в частности, расширить зону действия в заданных направлениях. В МПРЛС с подвижными позициями имеется возможность гибкой целенаправленной деформации зоны действия.

Энергетические преимущества. Очевидно, что добавление к однопозиционной РЛС любого числа передающих и (или) приемных позиций повышает общую энергетику системы. В МПРЛС появляются и дополнительные энергетические преимущества. Прежде всего, существенный энергетический выигрыш дает кооперативный прием сигналов, при котором энергия излучения каждой передающей позиции используется всеми приемными позициями.

При достаточном разнесении позиций флуктуации эхосигналов в разных приемных позициях (или эхосигналов, создаваемых в результате облучения целей разными передающими позициями) статистически независимы. Сглаживание флуктуаций при объединении информации может дать дополнительный энергетический выигрыш, особенно если требуется обнаружить цели с высокой вероятностью. Этот выигрыш возможен и в МПРЛС с автономным приемом, и даже при объединении РЛС, работающих на разных частотах. При большом разнесении позиций, когда угол между направлениями от цели на передающую и приемную позиции в приближается к 180°, может значительно возрасти эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели, т. е. интенсивность сигнала на входе приемной позиции. Существует и ряд технических причин, обеспечивающих энергетические преимущества. Например, разделение передающих и приемных позиций снижает потери СВЧ-энергии в результате исключения антенных переключателей, устройств защиты приемников и др.

Высокоточное измерение пространственного положения цели.

В однопозиционной РЛС точность определения положения цели в картинной плоскости по измерениям угловых координат обычно значительно ниже точности измерения дальности, особенно для удаленных целей. В МПРЛС появляется возможность определения трех координат цели путем измерения дальности относительно нескольких разнесенных РЛС или суммарной дальности (передающая позиция -- цель -- приемная позиция) относительно нескольких разнесенных позиций.

На рисунке 1, а показаны сечения тел ошибок после измерения координат цели каждой из двух разнесенных РЛС. В пространстве каждое тело ошибок обычно представляет собой сильно сплюснутый эллипсоид. Их пересечение образует тело ошибок при совместной обработке информации двух РЛС. Видно, что резко возрастает точность оценки местоположения цели, причем главным образом благодаря измерениям дальности. Можно считать, что измерения дальности в МПРЛС позволяют повысить точность оценки угловых координат цели по сравнению с однопозиционной РЛС.

а -- МПРЛС из двух РЛС с автономным приемом сигналов, б -- МПРЛС с одной передающей Прд и двумя приемными Пр1 и Пр2 позициями

Рисунок 1 -- Повышение точности измерения координат цели:

Для ориентировочных расчетов угловой точности удобно пользоваться приближенным выражением среднеквадратической ошибки (СКО) определения угловой координаты цели (в бистатической плоскости, проходящей через цель и обе РЛС) по измерениям дальности в каждой паре РЛС:

где - СКО измерения дальности в каждой РЛС (предполагается, что ошибки независимы, а СКО одинаковы);

L - база между РЛС;

и - угол, определяющий направление на цель;

Эффективная база.

Если МПРЛС состоит не из двух РЛС, а из одной приемопередающей и одной приемной позиций или одной передающей и двух приемных позиций, то вместо (1) получим (см. рисунок. 1, б)

где - СКО измерения суммарной дальности «передающая позиция -- цель -- приемная позиция»;

где c - скорость света;

СКО измерения времени прихода сигнала ().

Видно, что переход от системы из двух РЛС с автономным приемом сигналов к МПРЛС с одной передающей и двумя приемными позициями (одна из которых может быть совмещена с передающей) эквивалентен уменьшению вдвое эффективной базы -- «работает» только половина эффективной базы.

Формулы (1) и (2) получены при условии больших значений отношения дальности цели к базе (R/L>>1), но для оценочных расчетов ими можно пользоваться уже при R>(2…3)L.

Из (1) и (2) следует, что при высокой точности измерения дальности (т. е. широкополосных сигналах) и достаточно больших базах СКО может быть значительно меньше, чем при обычной однопозиционной пеленгации цели. Например, при по (1) получаем а по (2) Это свойство МПРЛС позволяет в некоторых случаях заменить большие дорогостоящие антенны небольшими слабонаправленными антеннами, сохранив при этом высокую точность определения местоположения целей.

В то же время, из (1), (2) и рисунка 1 видно, что при малых базах (когда эллипсоиды ошибок почти параллельны друг другу) и (или) больших ошибках измерения дальности уточнение углового положения цели по измерениям дальности или суммарной дальности может быть незначительным. В этом случае основной вклад в повышение точности дает объединение пеленгов, полученных разнесенными позициями. Такое положение возникает, например, при измерении малых углов места в наземных МПРЛС, так как эффективная база при этом пропорциональна синусу угла места.

В общем случае если суммарное число измеряемых разнесенными позициями МПРЛС «первичных координат» (дальностей, суммарных дальностей, пеленгов) каждой цели превышает минимально необходимое для определения ее пространственного положения, то избыточные измерения используют для увеличения точности. При сопровождении цели в МПРЛС часто возможен более высокий темп поступления информации, чем в однопозиционной РЛС, что также повышает точность построения траекторий.

Возможность измерения вектора скорости и ускорения цели доплеровским методом. Измерение доплеровских смещений частоты сигналов в нескольких разнесенных позициях позволяет найти вектор скорости цели.

В простейшей системе из двух РЛС, разнесенных на базе L, при автономном приеме сигналов измеряемые доплеровские сдвиги частоты (ДСЧ) равны и где v - вектор скорости цели; r 1 , r 2 - орты в направлении от цели к РЛС1 и РЛС2. Если v лежит в плоскости РЛС1, РЛС2 и цели (или если v -- проекция вектора скорости цели на эту плоскость), то из рисунка 2, а легко получить простые формулы для СКО радиальной и тангенциальной (в той же плоскости) составляющих v . Эти формулы удобны для оценочных расчетов

где - СКО измерения ДСЧ в каждой РЛС (считаем их одинаковыми);

Дина волны;

R - дальность цели; и - то же, что в (1).

Приближенные равенства в правых частях (1.3) соответствуют условию «малой базы»: R/L>>1, когда Видно, что при одной и той же точности измерения частоты СКО тангенциальной скорости в раз больше чем радиальной.

а - МПРЛС из двух РЛС с автономным приемом сигналов; б - МПРЛС из одной РЛС и одной приемной ПР позиции (v R1 и v R2 - радиальные скорости относительно РЛС1 и РЛС2; v R и v ф - радиальная и тангенциальная скорости в МПРЛС)

Рисунок -- 2 Доплеровское изменение вектора скорости цели v в плоскости базы L

Если одну РЛС, например РЛС2, заменить приемной позицией (рис. 1.2,б), то. При этом

Сравнивая (4) с (3), замечаем, что в раз возросла СКО, а при измерении тангенциальной скорости, как и при измерении угловой координаты, замена одной из РЛС на приемную позицию приводит к тому, что «работает» только половина эффективной базы. Тот же результат получим, если вместо приемной позиции поместим РЛС2 в середине эффективной базы (на биссектрисе бистатического угла в).

Измеряя скорости изменения доплеровских смещений частоты или дифференцируя составляющие вектора скорости, можно получить вектор ускорения цели. Использование доплеровских оценок скорости и ускорения повышает, точность построения траекторий и качество сопровождения целей, особенно на участках, где происходят резкие изменения скорости (маневр самолета или торможение баллистической цели при входе в атмосферу). При определенных условиях МПРЛС может сопровождать цели по результатам измерения только доплеровских смещений частоты, а также производных дальности по времени более высоких порядков .

Возможность измерения трех координат и вектора скорости источников излучения. В отличие от однопозиционной и бистатической РЛС, которые в пассивном режиме определяют только направления прихода сигналов, т. е. пеленги источников излучения, в МПРЛС можно получать три пространственные координаты, а также их производные. Для этого используется либо триангуляционный, либо гиперболический метод, либо их сочетание. При триангуляции положение источника излучения в пространстве определяют по пересечению пеленгов, полученных в разнесенных приемных позициях, при гиперболическом методе -- по пересечению гиперболоидов вращения с фокусами в точках расположения приемных позиций. Каждый гиперболоид -- это поверхность, на которой находится источник, если фиксирована разность хода излучаемых им сигналов (т. е. разность дальностей от источника до пары позиций). Разность хода оценивается по задержке, которую надо ввести в тракт одной позиции, чтобы добиться максимума взаимной корреляции сигналов, принятых этой парой позиций. Отметим, что если дальность до источника сигнала R в несколько раз больше базы между приемными позициями L, то при использовании любого из этих методов ошибка измерения угловых координат источника не зависит от дальности (так что линейная ошибка в картинной плоскости пропорциональна дальности), а ошибка измерения дальности пропорциональна квадрату дальности.

Для ориентировочного сравнения точности местоопределения источника сигнала триангуляционным и гиперболическим методами удобно пользоваться простым соотношением: при R/L>>1 измерение разности хода с СКО при гиперболическом методе примерно эквивалентно измерению пеленга при триангуляционном методе с СКО

где - эффективная база между приемными позициями.

Например, пара позиций, измеряющая разность хода сигналов с СКО м при км примерно эквивалентна пеленгатору, установленному в середине базы и измеряющему угловую координату источника сигнала (в плоскости, проходящей через источник и обе позиции) с СКО.

Измерение доплеровского сдвига частоты взаимно корреляционной функции сигналов, принятых парой разнесенных позиций от движущегося источника, позволяет определять разность радиальных скоростей источника относительно этих позиций. В МПРЛС с четырьмя и более приемными позициями можно получить вектор скорости источника доплеровским методом. При триангуляции оценка скорости источника сигналов возможна только путем дифференцирования оценок координат.

Возможность измерения трех координат и вектора скорости источника излучения в МПРЛС имеет важное значение для построения их траекторий. Это относится и к ИАП, когда на фоне создаваемых ими помех не удается сопровождать прикрываемые цели (в том числе и при самоприкрытии, когда ИАП устанавливается на цели). Пассивный режим МПРЛС может применяться также и для разведки местоположения РЛС противовоздушной обороны (ПВО) противника.

Повышение разрешающей способности. Полной характеристикой разрешающей способности РЛС и МПРЛС являются вероятностные и точностные характеристики обнаружения и измерения параметров цели в присутствии «мешающих» объектов или других источников помех. Для инженерных расчетов широко применяется упрощенный («детерминистский») подход, основанный на рэлеевском критерии разрешения. В качестве меры разрешающей способности по любому радиолокационному параметру (дальности, угловым координатам, скорости) принимают протяженность (по этому параметру) отклика на сигнал от точечной цели.

Имеется в виду, что две точечные цели можно разрешить, т. е. раздельно обнаружить, измерить параметры, если расстояние между ними по какому-либо параметру больше протяженности отклика на сигнал от каждой цели. Предполагается, что сигналы примерно одинаковы по интенсивности. Протяженность отклика по выбранному уровню (например, --3 дБ от максимума) называется элементом разрешения по соответствующему параметру. Применение рэлеевского критерия позволяет наглядно оценить преимущества МПРЛС по разрешающей способности.

Рассмотрим сначала активные МПРЛС (или активный режим активно-пассивных МПРЛС). На рисунке 3 показаны две цели, не разрешаемые однопозиционной РЛС1.

а - расположение РЛС и целей 1 и 2; б, в - выходные сигналы приемников соответственно РЛС1 и РЛС2; элементы разрешения: дб - по углу (ширина главного лепестка ДН); дR - по дальности, дt c - по времени прихода сигналов)

Рисунок 3 -- Разрешение в МПРЛС целей, не разрешаемых одной РЛС1

Они находятся в одном элементе разрешения по дальности и угловым координатам. Если, как это обычно бывает, продольная разрешающая способность (по дальности) значительно выше разрешающей способности РЛС в поперечных направлениях (в картинной плоскости), то различие угловых координат целей относительно РЛС1 может оказаться достаточным для того, чтобы РЛС2 разрешила их по дальности. Это можно трактовать как способность МПРЛС разрешать по угловым координатам цели в главных лучах приемных диаграмм направленности (ДН) антенн. Эквивалентную угловую разрешающую способность ди системы из двух РЛС можно оценить через разрешающую способность каждой РЛС по дальности: (c - скорость света, - ширина спектра сигнала). Нетрудно показать, что если дальность целей R в несколько раз больше базы L между РЛС, то

Если цели разрешаются приемной позицией по суммарной дальности передающая позиция - цель - приемная позиция, то

Величину ди в (6) и (7) можно считать шириной главного лепестка «результирующей диаграммы направленности» (РДН) соответственно пары РЛС и пары приемных позиций (в плоскости, проходящей через цель и эти РЛС или приемные позиции). При достаточно больших значениях произведения L эф Дf c ширина РДН значительно меньше обычной ширины ДН антенн. Например, при L эф = 30 км, Дf c =10 МГц по (6) получаем ди=10 -3 рад? 3,4?. Однако при малых углах и между линией базы и направлением на цель уменьшение эффективной базы L эф =Lsinи приводит к расширению РДН и ухудшению разрешающей способности. Такое положение возникает, например, а наземной МПРЛС при разрешении по углу места целей, появляющихся из-за горизонта.

В пассивных триангуляционных МПРЛС пространственный элемент разрешения определяется областью пересечения ДН антенн. В отличие от Однопозиционной РЛС две разнесенные приемные позиции с эффективной базой L эф обладают разрешающей способностью по дальности дR , которую можно приближенно (при R>>L) выразить формулой

где дб - ширина главного лепестка ДН антенн приемных позиций (рисунок 4). Из (8) следует, что разрешающая способность, как правило низкая. Например, при L эф = 30 км и дб = 10 -2 рад? 34? дR ? 30 км для R = 300 км и дR ? 16,7 км для R = 200 км. При этом разрешающая способность в поперечном (по отношению к дальности) направлении оценивается величиной R дб, т. е. при тех же условиях 3 и 2 км. Разрешение по дальности относительно каждой из позиций может достигать R дб если угол между направлениями от источников сигнала на приемные позиции приближается к 90°. В пассивных МПРЛС с корреляционной обработкой принятых разнесенными позициями сигналов разрешающая способность определяется протяженностью по задержке или разности хода главного лепестка огибающей функции взаимной корреляции сигналов. Она равна соответственно Дф?1/Дf c и дДR?c/Дf c . При этом справедлива формула (7) для РДН пары приемных позиций (при R>>L ). При достаточно больших значениях произведения L эф Дf c возможно надежное разрешение по разности хода источников взаимно некоррелированных сигналов, находящихся в главных лепестках ДН антенн приемных позиций, т. е. не разрешаемых по угловым координатам.

а - общая структура МПРЛС с корреляционной обработкой сигналов и расположение источников 1 и 2; б - огибающие выходных сигналов коррелятора (ЛЗ ф - линия задержки, Корр - коррелятор дф - элемент разрешения по разности запаздываний (задержке) сигналов)

Рисунок 4 -- Разрешение по разности хода сигналов источника излучения, не разрешаемых по угловым координатам в пассивной МПРЛС

Высокое «угловое» разрешение обеспечивает и более высокое разрешение по дальности, чем у триангуляционных систем. Из (8) с учетом (5) получаем оценку элемента разрешения по дальности при R>>L:

где дДR - элемент разрешения по разности хода.

Подчеркнем, что высокое пространственное разрешение достигается в МПРЛС только для сигналов, коррелированных в разнесенных позициях (после устранения различия запаздываний). Если случайные процессы на входах приемных позиций взаимно не коррелированны, то в пространстве не может сформироваться элемент разрешения, определяемый огибающей функции взаимной корреляции. Именно такое положение возникает, как правило, при наблюдении в МПРЛС пассивных помех -- эхосигналов от скоплений мешающих отражателей (СМО).

Увеличение пропускной способности. Под пропускной способностью обычно понимается максимальное число целей, которое РЛС может обслужить в течение определенного интервала времени . В обзорных РЛС с постоянным циклом обзора пропускная способность ограничивается только возможностями обрабатывающей аппаратуры РЛС (например, производительностью ЭВМ, рассчитывающей траектории целей). В последние годы получили широкое распространение РЛС с электронным сканированием, в которых более рационально используются энергетические и информационные ресурсы РЛС. Возможность быстрого (за единицы микросекунд) переброса ДН антенн в любое направление (в пределах сектора электронного сканирования) позволяет эффективно сочетать обзор и поиск целей с сопровождением обнаруженных целей. Интервалы между зондированиями сопровождаемых целей, а также энергия в каждом зондировании выбираются адаптивно в результате анализа поступающей информации. Ограничения по числу одновременно сопровождаемых целей определяются не только производительностью аппаратуры, но и энергетическими и точностными характеристиками.

Пусть, например, для построения траекторий с требуемой точностью интервал между зондированиями сопровождаемых целей должен быть в среднем не более Т з, а энергия, излучаемая в каждом зондировании, не менее ДЭ. Если средняя мощность, выделяемая PЛC на сопровождение целей, равна Р сопр, то число целей, которое может одновременно сопровождать РЛС,

где Р ср - общая средняя мощность РЛС;

k<1 - коэффициент, определяющий долю общей мощности РЛС, выделяемой для сопровождения целей.

Выражение (10) показывает возможности увеличения пропускной способности МПРЛС по сравнению с однопозиционной РЛС. Очевидно, что дополнительные передающие позиции, увеличивающие Р ср, повышают пропускную способность. Но даже при одном и том же значении Р ср пропускная способность МПРЛС может быть существенно выше, чем у однопозиционной РЛС, так как благодаря более высокой точности измерения координат (а также доплеровскому измерению вектора скорости) цели в каждом зондировании удается заметно увеличить интервал Т 3 . На участках полета самолета, близких к прямолинейным, при полете ракеты по баллистической траектории снижение дисперсии ошибок единичных замеров координат в 2--3 раза дает примерно такое же увеличение допустимого интервала между зондированиями Т 3 , а следовательно, повышение пропускной способности при сопровождении тоже в 2--3 раза. Благодаря кооперативному приему и связанному с этим повышению энергетических и точностных характеристик, в МПРЛС может достигаться увеличение пропускной способности и при выполнении ею других функций (поиск, распознавание целей и др.).

Увеличение объема «сигнальной» информации. Под «сигнальной» информацией (в отличие от координатной) обычно понимают содержащуюся в эхосигналах информацию о геометрических, физических и других характеристиках цели, а также характеристиках ее движения вокруг собственного центра масс. Благодаря одновременному наблюдению цели с различных направлений объем сигнальной информации в МПРЛС существенно возрастает по сравнению с однопозиционной РЛС.

Измеряя амплитуду, фазу и поляризацию принятых разнесенными позициями сигналов, можно определять размеры, форму и характеристики собственного вращения цели точнее и за меньшее время. В пространственно-когерентных МПРЛС с достаточно большими размерами апертуры антенной системы (совокупности позиций) можно получать двумерное и даже трехмерное радиоизображение (РИ) цели. При отсутствии длительной пространственной когерентности можно получить несколько дальностных портретов цели под разными ракурсами, а также двух- и трехмерные РИ путем измерения разностей фаз эхосигналов от разрешенных по доплеровским частотам блестящих точек цели.

Повышение защищенности от активных помех. В МРПЛС можно применять все способы защиты от активных помех одно- позиционных РЛС, но есть и дополнительные возможности. Одно- позиционные РЛС способны подавлять помехи, действующие по боковым лепесткам ДН антенн, но при воздействии помех по главным лепесткам ДН обычно не могут обнаружить цели. В то же время создать такие помехи однопозиционной РЛС нетрудно, так как направление на РЛС определяется по ее излучению. Это позволяет создавать «прицельные по направлению» помехи. Плотность мощности помех можно еще увеличить, применив «прицельные по частоте» помехи в полосе частот зондирующего сигнала РЛС.

Значительно труднее создать прицельные по направлению помехи бистатической РЛС, так как направление от ИАП на неизлучающую приемную позицию часто неизвестно. Однако и бистатические РЛС обычно не могут обнаружить цели при воздействии помех по главному лепестку ДН приемной антенны.

Создать прицельные по направлению помехи одновременно нескольким достаточно разнесенным позициям МПРЛС весьма сложно. Вынужденное излучение в широком секторе снижает плотность мощности помех, действующих на каждую позицию.

Против МПРЛС с несколькими передающими позициями, работающими на разных частотах, и кооперативным приемом сигналов в широком диапазоне частот неэффективны и прицельные по частоте помехи. Вынужденное «размазывание» мощности ИАП по спектру приводит к дополнительному снижению плотности мощности помех в полосе частот зондирующих сигналов.

Применение разнесенных передающих позиций, излучающих сигналы различных типов и на разных частотах, а также разнесение приемных и передающих позиций (особенно при кооперативном приеме сигналов) затрудняют создание ответно-импульсных и имитационных помех . Эффективность таких помех можно еще снизить, если при обработке использовать различия времени прихода сигналов от цели и ИАП в разнесенные приемные позиции .

При достаточном разнесении позиций МПРЛС значительно затрудняется создание помех по главным лепесткам ДН одновременно нескольким позициям. Чтобы обеспечить близость ИАП к прикрываемой цели по угловым координатам относительно всех позиций, необходимо сохранять малое расстояние между целью и ИАП (в процессе их движения) по всем трем координатам.

В пространственно-когерентной МПРЛС формируется «фокальное пятно» очень малых угловых размеров. Это практически исключает длительное пребывание в «фокальном пятне» одновременно ИАП и прикрываемой цели, кроме случаев, самоприкрытия, когда ИАП устанавливается на цели.

Важная особенность МПРЛС состоит в том, что при оптимальной совместной обработке сумм сигналов и помех, принимаемых разнесенными позициями, подавляются помехи, взаимно коррелированные в разных позициях, и выделяется полезный сигнал. Это позволяет в принципе обнаруживать цели, прикрываемые помехами по главным лепесткам ДН приемных антенн .

Повышение защищенности от пассивных помех. Благодаря пространственному разнесению позиций объем области пересечения главных лепестков ДН передающей и приемных позиций МПРЛС может быть намного меньше, чем объем области главного лепестка приемопередающей ДН однопозиционной РЛС. При определенных условиях это приводит к существенному снижению интенсивности пассивных помех на входах приемников.

Однако ослабление помех от отражателей, попавших в область пересечения главного лепестка ДН передающей позиции и боковых лепестков ДН приемной позиции (или боковых лепестков ДН передающей позиции и главного лепестка ДН приемной позиции), определяется уровнем боковых лепестков только одной позиции. Отсюда жесткие требования к уровню боковых лепестков ДН антенн МПРЛС.

Против МПРЛС с разнесенными передающими и приемными позициями малоэффективны источники мощных направленных пассивных помех, например уголковые отражатели. Помехи от объемно-распределенных целей -- скоплений мешающих отражателей -- оказываются, как правило, взаимно некоррелированными в разных приемных позициях. При этом в отличие от активных (пространственно-коррелированных) помех межпозиционная когерентная компенсация пассивных помех, принятых разными позициями, невозможна. Однако благодаря накоплению сигналов эффективность многопозиционных обнаружителей выше, чем однопозиционных .

Все методы селекции движущихся целей (СДЦ), которые используются в однопозиционных РЛС, применимы и в МПРЛС. При этом в МПРЛС нет некоторых ограничений, свойственных однопозиционным РЛС. Например, методы СДЦ в однопозиционной РЛС неэффективны, если цель движется «по параметру» относительно РЛС, так что радиальная скорость близка к нулю. Этот недостаток устраняется в МПРЛС, так как радиальная скорость не может быть близка к нулю одновременно относительно нескольких позиций. Аналогичным образом преодолевается в МПРЛС и другой недостаток -- наличие «слепых» радиальных скоростей, поскольку радиальные скорости цели различны относительно разнесенных позиций. Кроме того, если в составе МПРЛС несколько РЛС (или передающих позиций), у них могут быть разные частоты повторения зондирующих импульсов.

В МПРЛС имеются более широкие возможности выбора типа зондирующих сигналов для борьбы с пассивными помехами, чем в однопозиционной РЛС. В частности, могут применяться когерентные пачки с малым периодом повторения импульсов, т. е. широкой областью однозначности по радиальной скорости. Если при этом возникает неоднозначность по дальности, ее можно устранять, например, методом триангуляции.

Повышение живучести. Рассредоточенность в пространстве и избыточное число позиций значительно повышают живучесть МПРЛС по сравнению с однопозиционной РЛС и даже несколькими РЛС, не объединенными в МПРЛС. В отличие от однопозиционной и бистатической РЛС выход из строя одной или даже нескольких позиций МПРЛС не приводит к полному нарушению работоспособности, а вызывает лишь определенное ухудшение характеристик. Эту важную особенность (постепенное снижение характеристик при выходе из строя отдельных компонентов МПРЛС) в зарубежной литературе называют «изящной деградацией». Выход из строя может происходить как в результате внешнего воздействия, так и из-за технических отказов аппаратуры, так что «изящная деградация» отражает повышение не только живучести, но и надежности МПРЛС. Этому способствует возможность изменения конфигурации МПРЛС при выходе из строя отдельных позиций.

Разнесение передающих и приемных позиций затрудняет, как уже отмечалось, определение положения неизлучающих приемных позиций (особенно подвижных или быстро перебазируемых), что также повышает их живучесть, в том числе при применении противорадиолокационных снарядов, наводящихся по излучению РЛС. Для снижения уязвимости передающих позиций рекомендуется ряд мер: вынесение передающих позиций из опасной зоны, например от границы или линии фронта, размещение их на подвижных носителях, в частности на беспилотных летательных аппаратах; применение нерегулярного поочередного выключения передающих позиций при избыточном их числе (режим «мерцания») и др.

Дополнительно живучесть повышается при децентрализации обработки информации в МПРЛС.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Минский государственный высший радиотехнический колледж»

Реферат на тему:

«Виды радиолокационных систем»

Руководитель
/А.В. Яковлев/

Учащаяся
/О.И. Стельмах/

Введение…………………………………………………………………………….3

1 Общие сведения о радиолокационных системах……………………………………....4

1.1 Основные понятия и определения…………………………………………….4

1.2 Классификация радиолокационных устройств и систем……………………5

1.3 Виды радиолокации и радиолокационных систем…………………………..6

1.4Многопозиционные радиолокационные системы…………………………...8

Заключение…………………………………………………………………………13

Список используемой литературы……………………………………………….14

Введение

Первые работы по созданиюрадиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения. 16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был
испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам, она сослужила хорошую службу во время Великой
Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

1. Общие сведения о радиолокационных системах

1.1 Основные понятия и определения

Радиолокация это обнаружение и распознавание объектов с помо­щью радиоволн, а также определение их местоположения и параметров движения в пространстве. Объекты радиолокации (ОЛ) называются ра­диолокационными целями или просто целями. В радиолокации обычно используются отраженные от цели сигналы или сигналы, излучаемые самой целью и радиоустройствами, установленными на ней.

Радиотехнические системы и устройства, решающие задачи ра­диолокации, называются радиолокагцюнными системами (РЛС) и уст­ройствами (РЛУ), радиолокационными станциями и реже радиолока­торами или радарами.

Радиолокационные системы относятся к классу радиотехнических систем извлечения информации об объектах из принимаемого радиосиг­нала. Таким образом, РЛС осуществляют поиск и обнаружение радиосиг­нала с последующим измерением его параметров, содержащих полезную информацию. В РЛС задачи обнаружения и определения местоположения цели решаются, как правило, без помощи аппаратуры объекта.

Определение местоположения ОЛ в РЛС требует измерения коор­динат объекта (цели). В некоторых ситуациях необходимо также знание составляющих вектора скорости объекта (цели). Геометрические или механические величины, которые характеризуют положение и переме­щение объекта или цели, называют локационными элементами (IV).

Радиолокационные системы обычно используются в качестве дат­чиков информации в более сложных структурах - комплексах.

Комплексы - это совокупность функционально связанных датчи­ков, систем и устройств, предназначенная для решения конкретной так­тической задачи, например, при управлении воздушным движением, обеспечении полета и посадки самолетов. В комплекс могут входить:

1. Информационные датчики (ИД), как радиоэлектронные, так и не­радиотехнические (например, инерциальные);

2. Вычислительная система (процессор) на базе одной или несколь­ких электронных вычислительных машин (ЭВМ) или на базе специали­зированных вычислителей, закрепленных за отдельными датчиками, в которой обрабатывается и преобразуется информация ИД в сигналы для внешних систем, например, системы управления объектом;

3. Система связи и обмена информацией, состоящая из кабельных, оптоволоконных и других устройств связи между частями комплекса;

4. Система отображения информации (индикации) и управления комплексом, связывающая человека-оператора и комплекс;

5. Система контроля, предназначенная для исключения возможно­сти использования неисправного комплекса.

Использование РЛС в качестве одной из частей комплекса требует системного подхода к выбору ее характеристик, что дает возможность в ряде случаев их снизить, например, по точности и надежности, а следо­вательно, уменьшить сложность и стоимость РЛС.

1.2 Классификация радиолокационных устройств и систем

Основными классификационными признаками радиолокационных устройств и систем являются назначение, характер принимаемого сигна­ла, вид измеряемого элемента W и иногда степень автономности.

По назначению РЛС подразделяют на обзорные и следящие.

Обзорные РЛС применяют для обнаружения и измерения координат всех целей в данной области пространства или земной поверхности, а также для управления воздушным движением (УВД) противовоздушной (проти­воракетной) обороны (ПВО и ПРО), разведки, получения метеорологиче­ской информации и т.п. (рис. 1.9).

Следящие РЛС выполняют функ­цию точного и не­прерывного опреде­ления координат одной или ряда целей. Полученная РЛС ин­формация использу­ется, например, для наведения оружия на цель или для

Различают автономные и неавтономные системы и устройства. Автономные работают самостоятельно без помощи других радиоэлек­тронных устройств и не используют радиолиний, связывающих борто­вую аппаратуру данного объекта с внешними по отношению к нему системами и устройствами. В таких радиосистемах реализуется принцип однопозиционной радиолокации, т.е. информация об элементах W извлекается из отраженного от земной поверхности или цели сигнала.

Неавтономные имеют в своем составе как бортовую аппаратуру, установленную на объекте, так и связанную с ней радиолинией аппара­туру специальных радиоустройств, размещаемых в наземных пунктах или на других объектах, т.е. реализуется принцип многопозиционной радиолокации.

Основными характерными признаками сигнала являются вид излу­чаемого (зондирующего) сигнала (непрерывный или импульсный), тип модуляции, динамический диапазон мощности, ширина спектра и др.

По виду измеряемого элемента W различают угломерные, дально- мерные и разностно-дальномерные устройства, а также устройства из­мерения скорости.

Угломерные устройства радиолокаторов определяют угол между опорным направлением и направлением на ОЛ в горизонтальной (W = α) или вертикальной (W = β) плоскости (измеряют пеленг) в соответст­вующей системе координат. К этим устройствам (радиопеленгаторам) относят средства, которые позволяют найти угловые координаты источ­ника излучения электромагнитных колебаний по результатам измерения направления прихода радиоволн.

Дальномерные устройства (радиодальномеры) предназначены для измерения расстояния до объекта (W=R). Обычно радиодальномеры из­меряют запаздывание отраженного ОЛ сигнала относительно собствен­ного излученного (зондирующего) сигнала. Дальномеры - часть боль­шинства РЛС, они также применяются самостоятельно, например, для нахождения высоты полета ЛА (радиовысотомеры). Дальномеры могут реализовать принцип запрос - ответ, когда дальность измеряется по ретранслируемому сигналу.

Разностно-дальномерные устройства позволяют найти элемент Ж=/?д=/?|-/? 2 , где /?i и /? 2 - расстояния до объекта от двух излучающих (переизлучающих) устройств в многопозиционной РЛ системе, опреде­ляемое путем сравнения информативных параметров сигналов.

1.3 Виды радиолокации и радиолокационных систем

Виды радиолокации. В радиолокационных системах находят применение активная, активная с активным ответом и пассивная радио­локация.

Активная радиолокация (рис. 1.1, а) предполагает, что обнаружи­ваемый объект, находящийся в точке О, не является источником радио­сигналов. В такой РЛС передатчик (Прд) генерирует зондирующий сиг­нал, антенна в процессе обзора пространства облучает цель. Приемник (Прм) усиливает и преобразует принятый от цели отраженный сигнал и выдает его на выходное устройство (ВУ), решающее задачу обнаруже­ния и измерения координат объекта.

Активная радиолокация с активным ответом (рис. 1.1, 6) реализу­ет принцип запрос - ответ и отличается тем, что обнаруживаемый объ­ект оснащен ответчиком. Передатчик запросчика (Прд1) вырабатывает сигнал запроса, а антенна запросчика в процессе обзора пространства облучает объект, оснащенный ответчиком. Последний принимает сиг­нал запроса (Прм2) и посылает ответный сигнал на Прд2. Приняв и об­наружив этот сигнал, запросчик с помощью выходного устройства (ВУ) находит координаты объекта, оснащенного ответчиком. В таких систе­мах возможны кодированные запрос и ответ, что повышает помехо­устойчивость линии передачи информации. Кроме того, по линии за­просчик - ответчик можно передавать дополнительную информацию. Поскольку объект активный (имеется передатчик Прд2), дальность дей­ствия РЛС увеличивается по сравнению с дальностью действия обыч­ной активной радиолокационной системы, однако РЛС усложняется (иногда этот вид радиолокации называют вторичной радиолокацйей).

Пассивная радиолокация решает задачу обнаружения активного объекта, излучающего радиоволны (рис. 1.1, в). При пассивном обнару­жении цели возможны две ситуации: когда на обнаруживаемом объекте имеется радиопередатчик, сигналы которого улавливаются пассивной РЛС, и когда принимается естественное излучение пассивного объекта в радио- или инфракрасном диапазоне волн, возникающее при температу­ре объекта выше абсолютного нуля и при температурном контрасте с окружающими объектами. Этот вид радиолокации отличается просто­той и высокой защищенностью от помех.

Виды радиолокационных систем. По характеру размещения час­тей аппаратуры в пространстве различают однопозиционные, двухлози- ционные (бистатические) и многопозиционные РЛС. Последние два ти­па РЛС отличаются тем, что их аппаратура разнесена в пространстве и эти РЛС могут функционировать как самостоятельно, так и совместно (разнесенная радиолокация). Благодаря пространственному разнесению элементов в таких системах достигаются большие информативность и помехозащищенность, однако сама система усложняется.

Однопозиционные радиолокационные системы (ОПРЛС) отличают­ся тем, что вся аппаратура располагается на одной позиции. Далее будем обозначать такие системы РЛС. В ОПРЛС реализуется активный или пас­сивный вид радиолокации (см. рис. 1.1, а - в). При активной радиолока­ции с активным ответом аппаратура запросчика располагается в одной точке пространства, а ответчика - в другой. В зависимости от назначения РЛС и типа используемых сигналов структурные схемы ОПРЛС могут быть конкретизированы и при этом значительно отличаться друг от дру­га. Рассмотрим в качестве примера работу импульсной активной РЛС обнаружения воздушных целей для управления воздушным движением (УВД), структура которой приведена на рис. 1.2. Устройство управления обзором (управления антенной) служит для просмотра пространства (обычно кругового) лучом антенны, узким в горизонтальной плоскости и широким в вертикальной.

В рассматриваемой ОПРЛС используется импульсный режим из­лучения, поэтому в момент окончания очередного зондирующего ра­диоимпульса единственная антенна переключается от передатчика к приемнику и используется для приема до начала генерации следующего зондирующего радиоимпульса, после чего антенна снова подключается к передатчику и т.д.

Эта операция выполняется переключателем прием-передача (ППП). Пусковые импульсы, задающие период повторения зондирующих сигна­лов и синхронизирующие работу всех подсистем ОПРЛС, генерирует син­хронизатор (Синх). Сигнал с приемни­ка (Прм) после аналого-цифрового преобразователя АЦП поступает на аппаратуру обработки информации - процессор сигналов, где выполняется первичная обработка информации, со­стоящая в обнаружении сигнала и из­мерении координат цели. Отметки це­лей и трассы траекторий формируются при вторичной обработке информации в процессоре данных.

Сформированные сигналы вме­сте с информацией об угловом поло­жении антенны передаются для даль­нейшей обработки на командный пункт, а также для контроля на индикатор кругового обзора (ИКО). При автономной работе радиолокатора ИКО служит основным элементом для наблюдения воздушной обстановки. Такая РЛС обычно ведет обра­ботку информации в цифровой форме. Для этого предусмотрено уст­ройство преобразования сигнала в цифровой код (АЦП).

Бистатические радиолокационные системы (БиРЛС) представля­ют собой РЛС, в которых передающая и приемная части расположены в различных точках пространства (см. рис. 1.1, г). Такие БиРЛС основаны на активном виде радиолокации.

1.4 Многопозиционные радиолокационные системы

Многопозиционные радиолокационные системы (МГТРЛС) (рис.1.4) в общем случае объединяют однопозиционные (ОПРЛС1 и ОПРЛС2), биста- тические (БиРЛС 1 - БиРЛСб) и пас­сивные (ПРЛС1 - ПРЛС4) РЛС, рас­положенные в различных точках пространства (по­зициях). Расстоя­ние между позициями РЛС называется базой (Б). На рис.2.5 показана структура МПРЛС, имеющей общую передающую и три разнесенные приемные позиции. Такую МПРЛС называют полу активной. Частным случаем по- луактивной системы является БиРЛС.

Многопозиционные РЛС имеют несколько баз, которые обозначаются Бjk, где индексы j и k соответст­вуют номерам или названи­ям позиций. Следует отме­тить, что в зависимости от тактического назначения МПРЛС и размещения ее элементов базы системы могут менять положение и размеры при перебазировании системы или при размещении аппаратуры МПРЛС на подвижных объектах, в том числе на атмосферных ЛА. Часто используется смешанное базирование МПРЛС, например, передающая аппаратура на ЛА, а приемная на Зем­ле, и наоборот. Если при перемещении или перебазировании взаимное расположение позиций не изменяется, то такие МПРЛС называют МПРЛС с неподвижными базами. Все другие системы со­ставляют группу МПРЛС с подвижными базами.

В современных МПРЛС используются как отдельные виды радио­локации, так и их совокупность, в них также можно применять различ­ные методы определения местоположения целей в пространстве. Эти особенности приводят к большей помехозащищенности системы в це­лом. При разнесении РЛС в пространстве на каждой позиции может размещаться приемная аппаратура пассивная МПРЛС), приемная и пе­редающая аппаратура (пассивно-активная МПРЛС) или аппаратура ОПРЛС (активная МПРЛС).

В обобщенной структуре МПРЛС (рис. 1.6) можно выделить ос­новные компоненты системы: аппара­туру разнесенных позиций (П), каналы передачи информации (1), каналы син­хронизации (2) и пункт обработки ин­формации ПОИ, где поступающие от разнесенных позиций сигналы и ин­формация объединяются и обрабаты­ваются совместно, что позволяет реа­лизовать ряд преимуществ МПРЛС пе­ред однопозиционной РЛС.

Основные из этих преимуществ:

1. Возможность формирования сложных пространственных зон обзора;

2. Лучшее мпрлс использование энергии в системе;

3. Большая точность измерения местоположения целей в пространстве;

4. Возможность измерения полного вектора скорости целей;

5. Повышение помехозащищенности по отношению к активным и пассивным помехам, а также увеличение надежности выполнения тактической задачи.

Однако эти преимущества достигаются ценой увеличения сложно­сти и стоимости системы. Возникает необходимость синхронизации ра­боты позиций (в том числе и при обзоре пространства) и организации ли­ний передачи данных. Возрастает и сложность обработки информации из-за большого ее объема. Однако, несмотря на указанные недостатки, МПРЛС получили широкое распространение в практике радиолокации. В зависимости от задачи, решаемой в процессе обработки информации в МПРЛС, различают первичный, вторичный и третичный виды обработки.

Первичная обработка заключается в обнаружении сигнала цели и измерении ее координат с соответствующими качеством или погрешно­стями. Вторичная обработка предусматривает определение параметров траектории каждой цели по сигналам одной или ряда позиций МПРЛС, включая операции отождествления отметок целей. При третичной обра­ботке объединяются параметры траекторий целей, полученных различ­ными приемными устройствами МПРЛС с отождествлением траекторий.

Виды многопозиционных РЛС. В зависимости от использования на разнесенных в пространстве позициях фазовой информации, содер­жащейся в отраженных от цели сигналах, различают МПРЛС простран­ственно-когерентные, с кратковременной пространственной коге­рентностью и пространственно-некогерентные.

Под пространственной когерентностью понимают способность со­хранять жесткую связь фаз высокочастотных сигналов на разнесенных позициях. Степень пространственной когерентности зависит от длины

волны сигнала, величины баз МПРЛС и размеров цели, а также от неод­нородностей параметров трасс распространения радиоволн.

Если цель можно считать точечной, то фазовый фронт волны име­ет форму сферы, а принимаемые на разнесенных позициях сигналы же­стко связаны по фазе и когерентны. При протяженных целях фазовый фронт формируется в процессе интерференции электромагнитных волн от локальных центров отражения («блестящих» точек) цели. Большая протяженность цели приводит к флуктуациям фазового фронта, которые могут нарушить пространственную когерентность (корреляцию) сигна­лов, принятых на разнесенных позициях.

При однородной среде распространения и малой базе (Б > 0) сиг­налы на входе приемных устройств идентичны и когерентны. С увели­чением базы сигналы начинают различаться в основном из-за многоле­песткового характера диаграммы обратного рассеяния (ДОР) цели. При некотором размере базы Б/=/?Х/-// ц, где R - дальность до цели; / ц - наи­больший размер цели, приемные позиции принимают отраженные от цели сигналы по разным лепесткам ДОР. Эти сигналы независимы и не- коррелированы.

Пространственно-когерентные РЛС извлекают всю информацию, содержащуюся в пространственной структуре поля радиоволн, вплоть до фазовых соотношений. В этих РЛС фазовые набеги в каналах приема и обработки сигналов различных пространственных позиций одинаковы в интервалах времени, намного превышающих длительность сигнала (истинно когерентные системы). Поэтому аппаратура позиций синхро­низируется во времени, а также по частоте и фазе высокочастотных ко­лебаний. Разнесенные позиции образуют специфически расположенную фазированную антенную решетку (ФАР).

Системы с кратковременной пространственной когерентностью имеют постоянство фазовых соотношений в трактах аппаратуры позиций в пределах длительности используемого сигнала (псевдокогерент- ные системы). При этом можно извлекать информацию о доплеровских частотах по изменению фаз в пределах длительности сигнала, но нельзя осуществлять фазовую пеленгацию, поскольку принимаемые на пози­циях сигналы некогерентны в один и тот же момент времени. Аппара­тура позиций синхронизируется по времени и частоте, но не по фазе.

Пространственно-некогерентные РЛС обрабатывают сигналы по­сле их детектирования, но до объединения в пункте обработки информа­ции МПРЛС. Здесь не требуется синхронизация аппаратуры позиций по частоте и фазе. Нужно отметить, что пространственная некогерентность не противоречит временной когерентности сигналов, поступающих в ап­паратуру каждой позиции. Поэтому на каждой позиции можно измерять радиальную составляющую скорости по доплеровскому сдвигу частоты.

Виды объединения информации в МПРЛС. В пункте обработки информации возможно объединение когерентных сигналов (когерент­ное объединение), видеосигналов, обнаруженных отметок и единичных замеров (результатов однократного измерения параметров сигнала или элементов W), а также объединение траекторий.

Когерентное объединение - наивысший уровень объединения инфор­мации. Радиочастотные сигналы от позиций МПРЛС поступают на цен­тральный пункт обработки информации, где выполняются все операции об­наружения, отождествления и определения параметров движения цели и ее местоположения. Система, в которой осуществляется когерентное объеди­нение сигналов, обладает наибольшими возможностями, так как в ней мож­но использовать пространственную когерентность сигналов, при которой отсутствуют случайные изменения разности фаз сигналов, принимаемых на позициях МПРЛС. Такая система отличается наибольшей простотой аппа­ратуры приемных позиций, однако усложняется ПОИ и требуются широко­полосные линии передачи сигналов с высокой пропускной способностью.

Объединение траекторий - низший уровень объединения инфор­мации. С позиций сигналы поступают после вторичной обработки и от­браковки ложных отметок целей, поэтому большинство вычислитель­ных операций выполняется на позициях МПРЛС, аппаратура которых наиболее сложна. Аппаратура центра обработки информации упрощает­ся, и линии связи работают в наиболее легких условиях.

Таким образом, чем выше уровень объединения информации, т.е. чем меньше информации теряется на приемных позициях до совместной обра­ботки, тем выше энергетические и информационные возможности МПРЛС, но тем сложнее аппаратура центрального пункта обработки и выше требо­вания к пропускной способности линий передачи информации.

Заключение

В области радиолокационных систем (РЛС), как и в любой другой области техники, происходит непрерывный процесс обновления, замены устаревших средств новыми модификациями. Расширяются и усложняются решаемые ими задачи, растут их показатели эффективности и качества, совершенствуются прежние и создаются новые конструкции, расширяются связи РЭС с другими системами.

В развитии радиоэлектронных систем можно указать определенные этапы или поколения. Например, в истории развития радиоэлектронных систем значительный период занимал этап конструирования РЭС с использованием электронных ламп. Он сменился этапом развития радиоэлектронных систем с применением полупроводниковых элементов, за которым последовал новый этап построения РЭС на основе интегральной схемотехники (интегральных микросхем и микропроцессоров).

Развитие микроэлектроники и вычислительной техники дало широкие возможности для применения в радиоэлектронике цифровых методов обработки и преобразования информации. Применение идей и методов цифровой обработки сигналов открывает принципиально новые возможности в различных областях радиоэлектроники и прежде всего в таких, как радиосвязь, радиолокация, радиоуправление.

Особенно широко используются в радиоэлектронике достижения таких разделов физики, как физика твердого тела, оптика. Успехи в области когерентной оптики, голографии и в других областях физики способствовали созданию и развитию оптических методов обработки и преобразования информации. Они нашли свое применение, например, в радиолокации (РЛА), в микроволновой технике и других областях.

В данной работе был выполнен расчет основных параметров РЛС, необходимых для обнаружения цели с заданными характеристиками. Был рассмотрен вопрос о двух конфликтующих сторонах, их средствах постановки помех и помехозащиты. Проведенные расчеты показывают, что при наличии достаточно полной информации о средствах противоположной стороны возможно как эффективное применение помех, так и их эффективное подавление.

Список используемой литературы

1. Логинов М.А., Роговой И.И., Чечельницкий М.И. Основы импульсной радиотехники и Радиолокации / Под ред. И.Г. Хорбенко. – М.: ВИМО СССР, 1968. 552 с.

2. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. – М.: Радиотехника, 2004. 320 с.

3. Радиоэлектронное оборудование /Под ред. Сидорина В.М.– М.: ВИ, 1990. 288 с.

Владельцы патента RU 2332684:

Изобретение относится к локационной технике, в частности к способам построения многопозиционных радиолокационных систем. Сущность изобретения: способ многопозиционной радиолокации, заключающийся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке сигналов и информации для обнаружения целей, измерения их координат, определения параметров траекторий и последующего отождествления, при этом согласно изобретению, аппаратурой разнесенных позиций осуществляют синхронизированные излучение и прием сигналов с использованием линий электропередачи. Устройство для многопозиционной радиолокации содержит пункт обработки информации, соединенный каналами связи и каналами синхронизации с аппаратурой разнесенных позиций, при этом аппаратура разнесенных позиций связана с линиями электропередачи. Достигаемым техническим результатом изобретения является реализация основных преимуществ многопозиционных систем. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к локационной технике, в частности к способам построения многопозиционных радиолокационных систем.

Известны способы высокочастотной связи по линиям электропередачи (ЛЭП) [например, Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1978], основанные на излучении и приеме высокочастотных (ВЧ) сигналов в ЛЭП через аппаратуру ВЧ-присоединения.

Указанные способы связи ориентированы на решение задач передачи и обработки информации, а не для радиолокации.

Известны локационные способы определения мест повреждений ЛЭП [например, Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат, 1982], в том числе с применением сложных сигналов [Куликов А.Л., Куликов Д.А. Патент № 2269789 «Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления», 10.02.2006 г., Бюл. № 4, G01R 31/11. МКП].

Однако эти локационные способы направлены на выявление повреждений в ЛЭП, а не для задач радиолокации.

Известны способы определения кратчайшего расстояния до высоковольтной ЛЭП с борта летательного аппарата [например, Яблонский В.М., Терехова Л.А. Патент № 2260198 «Способ определения кратчайшего расстояния до высоковольтной линии электропередач с борта летательного аппарата», 10.09.2005 г., G01S 13/93, G08G 5/04].

Однако эти способы основаны на однопозиционном приеме сигналов, излучаемых ЛЭП, как правило, промышленной частоты.

Известны способы многопозиционной радиолокации [например, Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993], а также разнесенные радиолокационные станции и системы [например, Аверьянов В.Я. Разнесенные радиолокационные станции и системы. Мн., «Наука и техника», 1978], обладающие существенными преимуществами по сравнению с традиционными однопозиционными радиолокационными системами.

Однако эти способы и системы не предназначены для формирования зондирующих и обработки отраженных целями сигналов в линиях электропередачи.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ многопозиционной радиолокации, реализованный в многопозиционной радиолокационной системе [Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, стр.21], включающей аппаратуру разнесенных позиций, каналы передачи информации, каналы синхронизации и пункт обработки информации.

Способ многопозиционной радиолокации заключается в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке сигналов и информации разнесенных позиций в пункте обработки информации для обнаружения целей, измерения их координат, определения параметров траекторий и последующего отождествления.

Такой способ многопозиционной радиолокации позволяет реализовать основные преимущества многопозиционных систем по сравнению с однопозиционными [Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, стр.21]:

Возможность формирования сложных пространственных зон обзора;

Лучшее использование энергии в радиолокационной системе;

Большая точность измерения местоположения целей в пространстве;

Повышение помехозащищенности по отношению к активным и пассивным помехам, а также увеличение надежности выполнения тактической задачи.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в повышении указанных преимуществ за счет использования излучения и приема высокочастотных сигналов линий электропередачи.

Указанная задача решается способом многопозиционной радиолокации, заключающимся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке сигналов и информации для обнаружения целей, измерения их координат, определения параметров траекторий и последующего отождествления, в котором согласно изобретению аппаратурой разнесенных позиций осуществляют синхронизированные излучение и прием сигналов с использованием линий электропередачи.

Предпосылки повышения указанных ранее преимуществ в предлагаемом способе многопозиционной радиолокации заключаются в следующем.

1. Линии электропередачи имеют большую протяженность и могут быть объединены в различные антенные системы посредством аппаратуры ВЧ-присоединения.

Поскольку потенциальная точность измерения угловых координат целей (среднеквадратическая ошибка измерения угловых координат) [Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981, стр.214-216.] зависит от отношения сигнал/шум, а также отношения длины антенного раскрыва к длине волны, то использование протяженных линий электропередачи позволит проводить измерение угловых координат целей с более высокой точностью.

2. Сложная конфигурация ЛЭП, а также широкие возможности по их резервированию существенно повышают надежность такой многопозиционной радиолокационной системы. Дополнительно следует учесть, что для одной ЛЭП, как правило, аппаратура ВЧ-присоединения располагается на всех трех фазах (А, В, С), поэтому каждая из фаз может быть использована для решения задач многопозиционной радиолокации.

Вместе с тем следует отметить особенности предлагаемого способа многопозиционной радиолокации.

1. Поскольку распространение ВЧ-сигналов в ЛЭП имеет ряд особенностей [Хаяси С. Волны в линиях электропередачи. - М.: Госэнергоиздат, 1960.], то изучение и совместная обработка принятых сигналов от целей аппаратурой разнесенных позиций и пунктом обработки информации являются специфичными. Специфика прежде всего связана с диспергирующими свойствами ЛЭП как среды передачи ВЧ-сигналов, отличием фазовой и групповой скоростей их распространения.

2. К одной ЛЭП (или нескольким ЛЭП, объединенных ВЧ-присоединениями) через аппаратуру ВЧ-присоединения может быть подключена приемо-передающая аппаратура нескольких разнесенных позиций. Таким образом, синхронизированное совместное излучение ВЧ-сигналов в одну ЛЭП позволит реализовать сложные, быстро меняющиеся распределения электромагнитного поля на больших пространственных территориях. Однако такие дополнительные возможности приводят к сложностям формирования управления пространственными зонами обзора.

3. Сложная конфигурация ЛЭП, наличие ЛЭП разного класса напряжений и их взаимное влияние приводят к особенностям обработки, существенно отличающей ее от традиционных способов многопозиционной радиолокации и обработки сигналов в фазированных антенных решетках [Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: ЗАО «МАКВИС», 1998].

В дополнение укажем, что устройства, реализующие предлагаемый способ многопозиционной радиолокации, могут быть применены не только для решения радиолокационных задач (обнаружение, измерение координат и параметров целей и др.), но также для диагностики определения мест повреждений ЛЭП.

Предлагаемый способ может быть реализован устройством, содержащим пункт обработки информации, соединенный каналами связи и каналами синхронизации с аппаратурой разнесенных позиций, которая через аппаратуру высокочастотного присоединения подключена к линиям электропередачи.

Отметим, что для синхронизации вместо соответствующих каналов в предлагаемом устройстве могут быть использованы системы спутниковой навигации (например, GPS).

На чертеже представлена структурная схема устройства, осуществляющего предложенный способ.

Устройство содержит пункт обработки информации 1, каналы связи 2, каналы синхронизации 3, аппаратуру разнесенных позиций 4, аппаратуру высокочастотного присоединения 5, линии электропередачи 6.

Пункт обработки информации 1 соединен каналами связи 2 и каналами синхронизации 3 с аппаратурой разнесенных позиций 4, которая через аппаратуру высокочастотного присоединения 5 подключена к линиям электропередачи 6.

Рассмотрим работу устройства на примере локации воздушных целей. При этом устройство для многопозиционной радиолокации может работать в активном, пассивном и активно-пассивном режимах.

Наиболее общим является активно-пассивный режим, когда излучение в пространство радиолокационных сигналов происходит аппаратурой одной или нескольких разнесенных позиций 4, а прием отраженных сигналов от воздушных целей - всей имеющейся аппаратурой 4.

В зависимости от использования на разнесенных в пространстве позициях 4 фазовой информации, содержащейся в отраженных от воздушных целей сигналах, реализуется вариант пространственно-когерентной, с кратковременной пространственной когерентностью, и пространственно-некогерентной обработки [Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, стр.21-22]. Однако в отличие от перечисленных известных вариантов обработки в предлагаемом устройстве учитываются особенности распространения сигналов по ЛЭП 6. К ним прежде всего требуется отнести:

Зависимость скорости распространения высокочастотных сигналов от конструктивных параметров ЛЭП 6 (марка провода, высота подвеса и др.);

Диспергирующие устройства ЛЭП 6 (разные характеристики распространения высокочастотных сигналов по ЛЭП на разных частотах);

Погодная зависимость характеристик ЛЭП 6, прежде всего реактивного сопротивления, а также зависимость последнего от удельного сопротивления Земли;

Наличие специфичных активных и пассивных помех, вызванных, например, работающими системами высокочастотной связи, релейной защиты, коронными разрядами, а также влиянием соседних ЛЭП 6 и др.;

Ряд других факторов.

Однако возможно уменьшение влияния указанных факторов. При этом производится корректировка информации, полученной в результате обработки сигналов, принятых с ЛЭП 6, посредством сопоставления ее с информацией и сигналами, полученными аппаратурой разнесенных позиций 4 от других радиолокационных средств. Возможно и обратное явление, когда информация и сигналы, принятые с ЛЭП 6, дополняют или корректируют информацию и сигналы, полученные от других радиолокационных средств аппаратуры разнесенных позиций 4.

В пункте обработки информации 1 происходит объединение когерентных сигналов, видеосигналов, обнаруженных отметок воздушных целей, результатов однократного измерения параметров, а также объединение траекторий.

При когерентном объединении высокочастотные сигналы от аппаратуры разнесенных позиций 4 поступают на пункт обработки информации 1, где выполняются все операции обнаружения, отождествления и определения параметров движения воздушной цели и ее местоположения. Компенсация факторов, вызванных специфическими условиями распространения высокочастотных сигналов по ЛЭП 6, производится на пункте обработки информации 1. В этом случае аппаратура разнесенных позиций 4 характеризуется простотой, а усложняется пункт обработки информации 1. Кроме того, требуются широкополосные каналы передачи информации 2, обладающие высокой пропускной способностью.

При объединении траекторий воздушных целей сигналы от аппаратуры разнесенных позиций 4 поступают на пункт обработки информации 1 после вторичной обработки и отбраковки ложных отметок целей. Компенсация факторов, вызванных специфическими условиями распространения высокочастотных сигналов по ЛЭП 6, производится аппаратурой разнесенных позиций 4. Поэтому большинство вычислительных операций выполняется аппаратурой разнесенных позиций 4, которая является более сложной. Аппаратура пункта обработки информации 1 упрощается, а каналы передачи информации 2 работают в более легких условиях.

Таким образом, использование в устройстве (см. чертеж) линий электропередачи 6 с аппаратурой высокочастотного присоединения 5 позволяет реализовать дополнительные информационные и энергетические возможности для многопозиционной радиолокации.

1. Способ многопозиционной радиолокации, заключающийся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой разнесенных позиций, объединении и совместной обработке принятых сигналов и информации разнесенных позиций, полученной от других радиолокационных средств, в пункте обработки информации, предназначенном для обнаружения целей, измерения их координат, определения параметров траекторий и последующего отождествления, отличающийся тем, что дополнительно аппаратурой разнесенных позиций, подключенной с помощью аппаратуры высокочастотного присоединения к линиям электропередачи (ЛЭП), осуществляют синхронизированные излучение и прием сигналов с использованием ЛЭП, затем при обработке полученной информации осуществляют корректировку информации, полученной в результате обработки сигналов, принятых с ЛЭП, посредством сопоставления ее с сигналами, отраженными от целей, полученными аппаратурой разнесенных позиций, и с информацией, полученной аппаратурой разнесенных позиций от других радиолокационных средств.

НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 1/2007, стр. 28-33

УДК 621.396.96

И.М. АНОШКИН ,

заведующий отделом Научно-исследовательского института

Вооруженных Сил Республики Беларусь,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Приводятся принципы построения и оцениваются возможности перспективных многопозиционных радиолокационных систем ПВО, которые позволят вооруженным силам США и их союзников решать качественно новые задачи по скрытному наблюдению и контролю воздушного пространства.

Постоянный рост требований к объему и качеству радиолокационной информации о воздушной и помеховой обстановке, обеспечению высокой защищенности информационных средств от воздействия средств радиоэлектронной борьбы противника вынуждает зарубежных военных специалистов не только искать новые технические решения в создании различных компонентов радиолокационных станций (РЛС), которые являются основными информационными датчиками в системах ПВО, управления воздушным движением и др., но и развивать новые нетрадиционные направления в данной области разработки и создания военной техники .

Одним из таких перспективных направлений является много -позиционная радиолокация. Исследования и разработки, проводимые США и рядом стран НАТО (Великобритании, Франции, ФРГ) в данной области, направлены на повышение информативности, помехозащищенности и живучести радиолокационных средств и систем различного назначения за счет использования в их работе бистатических и многопозиционных режимов работы. Кроме того, это обеспечивает надежное наблюдение за малозаметными воздушными целями (ВЦ), в том числе, крылатыми ракетами и самолетами, изготовленными с использованием технологии «Стелт», действующими в условиях радиоэлектронного и огневого подавления со стороны противника, а также переотражений от подстилающей поверхности и местных предметов. Под многопозиционной радиолокационной системой (МПРС) следует понимать совокупность передающих и приемных пунктов, обеспечивающих создание радиолокационного поля с требуемыми параметрами. Основу МПРС (как ее отдельные ячейки) составляют бистатические РЛС в составе передатчик - приемник, разнесенные в пространстве. Когда передатчики выключены, такая система при наличии соответствующих линий связи между приемными пунктами, может работать в пассивном режиме, определяя координаты объектов, излучающих электромагнитные волны.

Для обеспечения повышенной скрытности работы подобных систем в боевых условиях рассматриваются различные принципы их построения: наземного, воздушного, космического и смешанных вариантов базирования, использующих зондирующее излучение штатных РЛС, постановщиков активных помех противника, а также радиотехнических систем (рис. 1), нетрадиционных для радиолокации (телевизионных и радиовещательных передающих станций, различных систем и средств связи и т.д.). Наиболее интенсивно работы в данном направлении ведутся в США.

Возможность иметь систему радиолокационного поля, совпадающего с полем покрытия, формируемым зонами подсвета телевизионных, радиовещательных передающих станций (РТПС), базовых станций сотовой телефонной связи и т.п., обусловлена тем, что высота их антенных башен может достигать 50...250 м, а формируемая ими всенаправленная зона подсвета прижата к поверхности земли. Простейший пересчет по формуле дальности прямой видимости показывает, что летательные аппараты, летящие на предельно малых высотах, попадают в поле подсвета таких передатчиков, начиная с расстояния 50 - 80 км.

В отличие от совмещенных (моностатических) РЛС, зона обнаружения целей МПРС, кроме энергетического потенциала и условий радиолокационного наблюдения, в значительной степени зависит от геометрии их построения, количества и взаимного положения передающих и приемных пунктов. Понятие «максимальная дальность обнаружения» здесь является величиной, которую нельзя однозначно определить энергетическим потенциалом, как это имеет место для совмещенных РЛС. Максимальная дальность обнаружения ВЦ бистатической РЛС как элементарной ячейки МПРС определяется формой овала Кассини (линий постоянных отношений «сигнал/шум»), которому соответствует семейство изодальностных кривых или линий постоянных суммарных дальностей (эллипсов), определяющих положение цели на овале (рис.2) в соответствии с выражением

Уравнение радиолокации для определения максимальной дальности действия бистатической РЛС имеет вид

где rl,r2 - расстояния от передатчика до цели и от цели до приемника;

Pt - мощность передатчика, Вт;

G t, GT - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

Pmin - предельная чувствительность приемного устройства;

k - постоянная Больцмана;

v1, v2 - коэффициенты потерь при распространении радиоволн на пути от передатчика к цели и от цели к приемнику.

Площадь зоны обнаружения МПРС, состоящей из одного передающего и нескольких приемных пунктов (либо наоборот), может значительно превосходить площадь зоны обнаружения эквивалентной совмещенной РЛС.

Следует отметить, что значение эффективной площади рассеяния (ЭПР) в бистатической РЛС для одной и той же цели отличается от ее ЭПР, измеренной в однопозиционной РЛС. При ее приближении к линии базы (линия «передатчик - приемник») L наблюдается эффект резкого возрастания ЭПР (рис. 3), причем максимальное значение последней наблюдается при нахождении цели на линии базы и определяется по формуле

где А - площадь поперечного сечения объекта, перпендикулярная направлению распространения радиоволн, м;

λ - длина волны, м.

Использование данного эффекта позволяет более эффективно обнаруживать малозаметные цели, в том числе изготовленные с применением технологии «Стелт». Многопозиционная радиолокационная система может быть реализована на основе различных вариантов геометрии ее построения с использованием как мобильных, так и стационарных пунктов приема.

Концепция МПРС разрабатывается в США с начала 1950-х годов в интересах их использования для решения различных задач, прежде всего контроля воздушно-космического пространства. Проводимые работы носили в основном теоретический, а в отдельных случаях экспериментальный характер. Интерес к многопозиционным радиолокационным системам вновь возник в конце 1990-х годов с появлением высокопроизводительных компьютеров и средств обработки сложных сигналов (радиолокационных, помеховых, сигналов радиотелевизионных передающих станций, радиосигналов станций мобильной связи и пр.), способных обеспечить обработку больших объемов радиолокационной информации для достижения приемлемых точностных характеристик подобных систем . Кроме того, появление космической радионавигационной системы GPS (Global Position System) позволяет производить точную топопривязку и жесткую временную синхронизацию элементов МПРС, что является необходимым условием при корреляционной обработке сигналов в подобных системах. Радиолокационные характеристики сигналов, излучаемых телевизионными (ТВ) и частотно-модулированными (ЧМ) радиовещательными передающими станциями с радиотелефонными станциями сотовой GSM связи приведены в таблице 1.

Основной характеристикой радиосигналов с точки зрения их использования в радиолокационных системах является их функция неопределенности (времячастотная функция рассогласования или так называемое «тело неопределенности»), которая определяет разрешающую способность по времени запаздывания (дальности) и частоте Доплера (радиальной скорости). В общем случае она описывается следующим выражением

На рис. 4 - 5 приведены функции неопределенности телевизионных сигналов изображения и звукового сопровождения, УКВ ЧМ радиосигналов и сигналов цифрового широкополосного аудиовещания.

Как следует из анализа приведенных зависимостей, функция неопределенности ТВ сигнала изображения носит многопиковый характер, обусловленный его кадровой и строчной периодичностью. Непрерывный характер ТВ сигнала позволяет осуществлять частотную селекцию эхо-сигналов с высокой точностью, однако наличие в нем периодичности кадров приводит к появлению мешающих составляющих в его функции рассогласования, следующих через 50 Гц. Изменение средней яркости передаваемого ТВ изображения приводит к изменению средней мощности излучения и изменению уровня главного и боковых пиков его времячастотной функции рассогласования. Важным достоинством ТВ сигнала звукового сопровождения и частотно-модулированных сигналов УКВ радиовещания является однопиковый характер их тел неопределенности, что облегчает разрешение эхо-сигналов как по времени запаздывания, так и по частоте Доплера. Однако их нестационарность по ширине спектра оказывает сильное влияние на форму и ширину центрального пика функций неопределенности.

Подобные сигналы в традиционном понимании не предназначены для решения задач радиолокации, так как не обеспечивают требуемую разрешающую способность и точность определения координат целей. Однако совместная обработка в реальном масштабе времени сигналов, излучаемых различными разнотипными средствами, отраженных от ВЦ и одновременно принимаемых в нескольких пунктах приема, позволяет обеспечить требуемые точностные характеристики системы в целом. Для этого предусматривается использование новых адаптивных алгоритмов цифровой обработки радиолокационной информации и применение высокопроизводительных вычислительных средств нового поколения.

Особенностью МПРС с внешними передатчиками подсвета целей является наличие мощных прямых (проникающих) сигналов передатчиков, уровень которых может на 40 - 90 дБ превышать уровень сигналов, отраженных от целей. Для снижения мешающего влияния проникающих сигналов передатчиков и переотражений от подстилающей поверхности и местных предметов с целью расширения зоны обнаружения необходимо применять специальные меры: пространственную режекцию мешающих сигналов, методы автокомпенсации с частотно-селективной обратной связью на высокой и промежуточной частоте, подавление на видеочастоте и др.

Несмотря на то, что работы в данном направлении проводились на протяжении достаточно продолжительного периода, только в последнее время после появления относительно недорогих сверхскоростных цифровых процессоров, позволяющих обрабатывать большие объемы информации, впервые появилась реальная возможность создания экспериментальных образцов, отвечающих современным тактико-техническим требованиям.

Специалистами американской фирмы «Локхид Мартин» на протяжении последних пятнадцати лет проводится разработка перспективной трехкоординатной радиолокационной системы обнаружения и сопровождения воздушных целей на основе многопозиционных принципов построения, которая получила наименование «Сайлент Сентри» (Silent Sentry) .

Она обладает принципиально новыми возможностями по скрытному наблюдению за воздушной обстановкой. В составе системы отсутствуют собственные передающие устройства, что обусловливает возможность работы в пассивном режиме и не позволяет противнику определять местонахождение ее элементов средствами радиотехнической разведки. Скрытному применению МПРС «Сайлент Сентри» способствует также отсутствие в составе ее приемных пунктов вращающихся элементов и антенн с механическим сканированием диаграммы направленности антенны. В качестве основных источников, обеспечивающих формирование зондирующих сигналов и подсвет целей, используются непрерывные сигналы с амплитудной и частотной модуляцией, излучаемые телевизионными и радиовещательными ультракоротковолновыми передающими станциями, а также сигналы других радиотехнических средств, расположенных в зоне действия системы, в том числе РЛС ПВО и управления воздушным движением, радиомаяков, средств навигации, связи и др. Принципы боевого применения системы «Сайлент Сентри» представлены на рис. 6.

По мнению разработчиков, система позволит одновременно сопровождать большое число ВЦ, количество которых будет ограничиваться только возможностями устройств обработки радиолокационной информации. При этом пропускная способность системы «Сайлент Сентри» (по сравнению с традиционными радиолокационными средствами, у которых данный показатель в значительной степени зависит от параметров антенной системы РЛС и устройств обработки сигналов) не будет ограничена параметрами антенных систем и приемных устройств. Кроме того, по сравнению с обычными РЛС, обеспечивающими дальность обнаружения низколетящих целей до 40 - 50 км, система «Сайлент Сентри» позволит их обнаруживать и сопровождать на дальностях до 220 км как за счет более высокого уровня мощности сигналов, излучаемых передающими устройствами телевизионных и радиовещательных станций (десятки киловатт в непрерывном режиме), так и за счет размещения их антенных устройств на специальных вышках (до 300 м и более) и естественных возвышенностях (холмах и горах) для обеспечения максимально возможных зон уверенного приема телевизионных и радиопередач. Их диаграмма направленности прижата к поверхности земли, что также способствует повышению возможностей системы по обнаружению низколетящих целей.

Первый экспериментальный образец мобильного приемного модуля системы, в состав которого входят четыре контейнера с однотипными блоками вычислительных средств (размерами 0,5X0,5X0,5 м каждый) и антенная система (размерами 9X2,5 м), был создан в конце 1998 года. В случае их серийного производства стоимость одного приемного модуля системы будет составлять в зависимости от состава используемых средств от 3 до 5 млн. долл.

Создан также стационарный вариант приемного модуля системы «Сайлент Сентри», характеристики которого приведены в табл. 2. В нем используется антенное устройство с фазированной антенной решеткой (ФАР) увеличенных размеров по сравнению с мобильным вариантом, а также вычислительные средства, обеспечивающие производительность в два раза выше, чем у мобильного варианта. Антенная система смонтирована на боковой поверхности здания, плоская ФАР которой направлена в сторону международного аэропорта им. Дж.Вашингтона в г. Балтимор (на удалении около 50 км от передающего пункта).

В состав отдельного приемного модуля стационарного типа системы «Сайлент Сентри» входят:

антенная система с ФАР (линейной или плоской) целевого канала, обеспечивающая прием сигналов, отраженных от целей;

антенны «опорных» каналов, обеспечивающие прием прямых (опорных) сигналов передатчиков подсвета целей;

приемное устройство с большим динамическим диапазоном и системами подавления мешающих сигналов передатчиков подсвета целей;

аналогово-цифровой преобразователь радиолокационных сигналов;

высокопроизводительный цифровой процессор обработки радиолокационной информации производства фирмы «Силикон Графике», обеспечивающий выдачу данных в реальном масштабе времени не менее чем о 200 воздушных целях;

устройства отображения воздушной обстановки;

процессор анализа фоново-целевой обстановки, обеспечивающий оптимизацию выбора в каждый конкретный момент работы тех или иных типов сигналов зондирующего излучения и передатчиков подсвета целей, находящихся в зоне действия системы, для получения максимального отношения «сигнал/шум» на выходе устройства обработки радиолокационной информации;

средства регистрации, записи и хранения информации;

тренажно-имитационная аппаратура;

средства автономного энергоснабжения.

В состав приемной ФАР входят несколько подрешеток, разработанных на основе существующих типов коммерческих антенных систем различного диапазона и назначения. В качестве экспериментальных образцов в нее дополнительно включены обычные приемные телевизионные антенные устройства. Одно приемное полотно ФАР способно обеспечить зону обзора в азимутальном секторе до 105 град, и в угломес-тном секторе до 50 град., а наиболее эффективный уровень приема отраженных от целей сигналов обеспечивается в азимутальном секторе до 60 град. Для обеспечения перекрытия круговой зоны обзора по азимуту возможно использование несколько полотен ФАР.

Внешний вид антенных систем, приемного устройства и экрана устройства отображения обстановки стационарного и мобильного вариантов приемного модуля системы «Сайлент Сентри» приведен на рисунке 7. Испытания системы в реальных условиях были проведены в марте 1999 г. (Форт Стюарт, шт. Джорджия). При этом обеспечивалось наблюдение (обнаружение, сопровождение, определение пространственных координат, скорости и ускорения) в пассивном режиме за различными аэродинамическими и баллистическими целями.

Основная задача дальнейших работ по созданию системы «Сайлент Сентри» в настоящее время связана с улучшением ее возможностей, в частности, введением в режим распознавания целей. Данная задача частично решается в уже созданных образцах, однако не в реальном масштабе времени. Кроме того, прорабатывается вариант системы, в котором в качестве передатчиков подсвета целей предполагается использовать бортовые РЛС самолетов дальнего радиолокационного обнаружения и управления.

В Великобритании работы в области многопозиционных радиолокационных систем подобного назначения велись с конца 1980-х годов. Были разработаны и развернуты различные экспериментальные образцы бистатических радиолокационных систем, приемные модули которых дислоцировались в районе лондонского аэропорта «Хитроу» (рис. 8). В качестве передатчиков подсвета целей использовались штатные средства радиотелевизионных передающих станций и РЛС управления воздушным движением. Кроме того, были разработаны экспериментальные образцы доплеровских РЛС переднего рассеяния, использующие эффект возрастания ЭПР целей при их приближении к линии базы бистатической системы с телевизионным подсветом. Исследования в области создания МПРС с использованием радиотелевизионных передающих станций в качестве источников облучения ВЦ проводились в исследовательском институте Министерства обороны Норвегии, о чем сообщалось на сессии ведущих норвежских институтов и фирм-разработчиков по перспективным проектам создания и развития новой радиоэлектронной военной техники и технологий в июне 2000 г.

В качестве источников сигналов, зондирующих воздушное пространство, также могут использоваться базовые станции мобильной сотовой связи дециметрового диапазона длин волн. Работы в этом направлении по созданию собственных версий пассивных радиолокационных систем проводят специалисты немецкой компании «Сименс», британских фирм Roke Manor Research и BAE Systems, французского космического агентства ONERA .

Определять местоположение ВЦ планируется путем вычисления разности фаз сигналов, излучаемых несколькими базовыми станциями, координаты которых известны с высокой точностью. При этом основной технической проблемой является обеспечение синхронизации таких измерений в пределах нескольких наносекунд. Решить ее предполагается, применив технологии высокостабильных эталонов времени (атомных часов, установленных на борту космических аппаратов), разработанные при создании космической радионавигационной системы «Навстар».

Такие системы будут иметь высокий уровень живучести, так как при их функционировании отсутствуют какие-либо признаки использования базовых станций телефонной мобильной связи в качестве передатчиков РЛС. Если же противник каким-либо образом сможет установить этот факт, он будет вынужден уничтожить все передатчики телефонной сети, что представляется маловероятным, учитывая современный масштаб их развертывания. Выявление и уничтожение самих приемных устройств таких радиолокационных систем с помощью технических средств практически невозможно, так как во время своего функционирования они используют сигналы стандартной мобильной телефонной сети. Применение постановщиков помех, по мнению разработчиков, окажется также неэффективным в связи с тем, что в работе рассматриваемых вариантов МПРС возможен режим, в котором устройства РЭП сами окажутся дополнительными источниками подсветки воздушных целей.

В октябре 2003 г. компания Roke Manor Research в ходе военных учений на полигоне Salisbury Plain продемонстрировала руководству британского Министерства обороны вариант пассивной радиолокационной системы Celldar (сокращение от Cellular phone radar). Стоимость демонстрационного прототипа, состоящего из двух обычных параболических антенн, двух мобильных телефонов (выполнявших роль «сот») и ПК с аналого-цифровым преобразователем, составила немногим более 3 тыс. долл. Как полагают зарубежные специалисты, военное ведомство любой страны, обладающей развитой инфраструктурой мобильной телефонной связи, способно создать подоб
ные радиолокационные системы. При этом передатчики телефонной сети могут использоваться без ведома их операторов. Расширить возможности систем подобных Celldar удастся за счет вспомогательных средств, таких, к примеру, как акустические датчики.

Таким образом, создание и принятие на вооружение многопозиционных радиолокационных систем типа «Сайлент Сентри» или Celldar позволит вооруженным силам США и их союзников решать качественно новые задачи по скрытному наблюдению и контролю воздушного пространства в зонах возможных вооруженных конфликтов в отдельных регионах мира. Кроме того, они могут привлекаться для решения задач управления воздушным движением, борьбы с распространением наркотиков и др.

Как показывает опыт войн последнего 15-летия, традиционные системы ПВО обладают низкой помехоустойчивостью и живучестью, прежде всего от воздействия высокоточного оружия. Поэтому недостатки средств активной радиолокации должны быть максимально нейтрализованы дополнительными средствами - пассивными средствами разведки целей на малых и предельно малых высотах. Разработка многопозиционных радиолокационных систем, использующих внешнее излучение различных радиотехнических средств, достаточно активно проводилась в СССР, особенно в последние годы его существования. В настоящее время в ряде стран СНГ продолжаются теоретические и экспериментальные исследования по созданию МПРС. Следует отметить, что аналогичные работы в данной области радиолокации проводятся и отечественными специалистами. В частности, была создана и прошла успешные испытания экспериментальная бистатическая РЛС «Поле» , где в качестве передатчиков подсвета целей используются радиотелевизионные передающие станции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jane"s Defense Equipment (Электронная библиотека вооружений стран мира), 2006 - 2007.

2. Peter В. Davenport. Using Multistatic Passive Radar for Real-Time Detection of UFO"S in the Near-Earth Environment. - Copyright 2004. - National UFO Reporting Center, Seattle, Washington .

3. H. D. Griffiths. Bistatic and Multistatic Radar. - University College London, Dept. Electronic and Electrical Engineering. Torrington Place, London WC1E 7JE, UK.

4. Jonathan Bamak, Dr. Gregory Baker, Ann Marie Cunningham, Lorraine Martin. Silent Sentry™ Passive Surveillance // Aviation Week&Space Technology. - June 7, 1999. - P.12.

5. Редким доступа: http://www.roke.co/. uk/sensors/stealth/celldar.asp.

6. Каршакевич Д. Феномен радара «Поле» // Армия. - 2005 - № 1. - С. 32 - 33.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте