Радиолокационные станции обнаружения целей. Тактико-технические данные

Влияние таких помех м.б. устранено за счет несущей частоты РЛС. Если каждый импульс РЛС излучается на своей несущей частоте f_0i, то импульсы помех, излученные в i-том периоде T_Пi поступят на вход приемника РЛС в момент, когда он уже настроен на f_0i+1 и не будут приняты им. Также эффективной для борьбы с МОП является смена в небольших пределах периода повторения импульсов излуч-ых РЛС.

На рис - упрощен. структ. схема станции МОП.

Сигналы подавляемой РЛС, принятые антенной приемника усил-ся УРЧ, поступают на устройство длит. запоминания частоты и на ампл. детектор. В устройстве длит. запом-я принятый импульс превращ-ся в непрерыв. колебание, имеющее частоту близкую к частоте РЛС(f₀). Чтобы воздействие помех было эффективным, разность частот f_П-f₀ не должна превышать половины полосы пропускания приемника: f_П-f₀ f_ПРМ. Если передатчик МОП не рассчитан на перенос импульсных помех из i-го в i+1-й период повторения, то вместо устройства длит. запом-я частоты может исп-ся устр-во кратковрем-го запоминания, что упрощает схему передатчика. В амплит. детекторе выдел-ся огибающая сигнала РЛС. После усиления и задержки импульс, выделяемый амплит. детектором запускает генератор пачки импульсов, который на каждый поступающий на его вход импульс выдает серию импульсов.



Принципы построения передатчиков АМ помех по частоте сканирования

Кроме моноимпульсных продолжают использоваться системы АСН со сканированием ДН антенны. Основным недостатком таких систем является возможность их подавления при воздействии на них АМ помех, создаваемых из одной точки пространства:

e _П (t)=Em [1+ m_П(t)] cos w_Пt, ,

где m _п(t) - мгновенная глубина модуляции,

k - коэффициент пропорциональности.

В зависимости от ширины спектра модулирующего сигнала U_M (t) помехи делятся на прицельные и заградительные. Для прицельных , где - полоса пропускания системы АСН, для заградительных , где - диапазон возможных частот сканирования. В этом случае в станции помех возможно выделение огибающей с и ее использование при формировании помехи. Заградительные помехи создаются, когда неизвестно конкретное значение частоты сканирования .

При создании прицельных помех формируется . При создании заградительных помех в качестве может использоваться шум. При воздействии заградительных помех на систему АСН выделяют только те составляющие спектра, помехи которого отстоят от на величину . По эффективности они уступают прицельным.

Упрощенная структура станции помех системы АСН со сканированием ДН антенны показана ниже.



Станция может быть построена с использованием принципа ретрансляции зондирующего сигнала подавляемой РЛС или путем запоминания частоты зондирующего сигнала. В обоих случаях колебания с выходного усилителя У₁ или устройства запоминания частоты УЗЧ модулируются по амплитуде в модуляторе М колебаниями генератора модулируемого сигнала ГМС U_M (t). После усиления по мощности в У₂ помеха излучается передающей антенной Апрд в направлении подавляемой РЛС. В качестве ГМС может использоваться генератор шума или ЧМ генератор со скользящей частотой сканирования. В первом случае формируются заградительные шумовые помехи, а во втором - заградительные помехи со скользящей частотой сканирования. Для получения помехи во втором случае используется направляющее пилообразное напряжение, подаваемое на ЧМ генератор. При формировании прицельных помех в качестве модулирующего сигнала используется огибающая принятого сигнала подавляемой РЛС, которая выделяется детектором огибающей ДО. Следующий блок обеспечивает ее сдвиг по фазе на 90 градусов. В качестве усилителей У1 и У2 и модулятора М могут использоваться ЛБВ. УЗЧ используется в том случае, если подавляемая РЛС работает в импульсном режиме.



Принцип построения станции помех системам АСД

Для подавления системы АСД применяются два вида помех:

- маскирующие (непрер. шумовые);

- имитирующие (уводящие по дальности).

В качестве маскирующих помех используются все известные виды шумовых помех.

При их действии возможны:

- ложные захваты по шумам;

- срыв сопровождения по дальности или создание ошибок в измерении дальности или скорости цели в режиме автосопровождения.

Уводящие помехи по дальности представляют последовательность ответных импульсов, задержанных относительно полезного сигнала на величину t _УВ, изменяющуюся от 0 до определенного значения. Эти помехи осуществляют увод строба дальности и прекращения автосопровождения.

Схема станции уводящих по дальности помех изображена ниже.

Принятые и усиленные в усилителе У1 сигналы подавляемой РЛС поступают на амплитудный детектор АД и устройство кратковременного запоминания частоты УЗЧ. Видеоимпульс с выхода АД проходит через цепь управляемой временной задержки ЦУВЗ. Закон изменения ф_зад в простейшем случае показан на рисунке б. Сигнал также поступает на вход УЗЧ, на выходе которого образуется радиоимпульс длительностью t_ЗАПОМ > t_УВ и частотой f_Помехи, удовлетворяющей условию

,

где fпрм - полоса пропускания приемника подавляемой РЛС.

Модулятор М открывается только в момент появления на его управляющем входе задержанный импульс, на его выходе формируются задержанные радиоимпульсы.

Наряду с циклами увода t _ув используются интервалы молчания T_М. При создании шумовых помех канал формирования задержанных импульсов отсутствует. В этом случае в качестве модулирующего сигнала в модуляторе используется шум, вырабатываемый генератором шума. Усилители У1, У2 и модулятор м.б. выполнены на ЛБВ.

Принцип построения станции помех системам АСС

Для подавления систем АСС, как и АСД, используются непрерывные шумовые и уводящие по скорости помехи. При действии их возможны такие же случаи, как и на системах АСД (ложные захваты, срыв сопровождения, ошибки в измерении скорости цели). Помехи обычно создаются методом ретрансляции принятых сигналов РЛС.

Из-за высоких требований к ошибкам запоминания несущей частоты УЗЧ в таких станциях отсутствует. В качестве шумовых помех могут использовать все известные помехи с шириной спектра

f_П ? F_Д = 2 Vp / ,

где F_Д - диапазон изменения значений доплеровских частот,

Vp - диапазон изменения скоростей полета целей (р - ракета),

- длина волны подавляемой РЭС.

Чаще других используются ФМШП, формируемые с использованием ЛБВ. Уводящие по скорости помехи представляют собой ретранслированные сигналы подавляемой РЛС, несущая частота которых изменяется по пилообразному закону от f ₀ до определенного значения.

Эти помехи осуществляют увод строба скорости и прекращение автовосопровождения по частоте Доплера. Смещение сигнала по несущей частоте обеспечивается с помощью ВЧ управляемых фазовращателей (ЛБВ, намагниченные ферриты…), в которых реализуется фазовая модуляция подаваемых на них сигналов. Управляющее напряжение подается на второй (ускоряющий) анод ЛБВ и изменяет время задержки сигнала на величину . Тогда , где k - коэффициент усиления ЛБВ.

При формировании шумовых помех (ШП) в качестве управляющего напряжения используется шум с частотой f м. Чтобы частота изменялась по линейному закону, необходимо изменение управляющего напряжения по квадратичн. закону.

В реальн. передатчиках помех управл. напряжение измен-ся по закону, приведенному на рис.

Из рис. =>Uупр. представляет собой послед-ть несимм. временных имп-в с постепенно уменьш-ся длит-ю Ти. При использ-ии таких модулир. сигналов мгновен. частота колебаний от импульса к импульсу на выходе ЛБВ будет совершать скачки, которые с течением времени будут возрастать.

В процессе увода по скорости система АСН сопровождает постановщик помех без ошибок.

Для нарушения работы системы АСН необх-мо, чтобы передатчик помех работал в прерывистом режиме. Передатчик включается на время Тув. и выключается на время Тм.

Рассеивающие свойства техники и объектов

Пассивн. помехи созд-ся отражением элек-магн. энергии различными предметами или изменением условий ее распространения.

Возможность скрытия воен. техники пассив. помехами или уменьшение ее заметности при наблюдении зависит от способности рассеивать падающую на нее элек-магн. энергию.

Различают:

- зеркальное отражение;

- диффузное;

- резонансное.

Зеркальное отражение возникает при облучении плоск. поверхности.

Дифф. отражение - отражение от шероховат. поверхности, неровности которой сравнимы с длиной волны.

Резонансное отражение возникает, если линейные размеры отраж. объекта равны половине длины волны облучающей волны или нечетному числу длин полуволн. Такое отражение обладает резко выраженной направленностью.

Отраж. св-ва объектов оценивают эффективной площадью рассеивания (ЭПР) - площадь попереч. сечения воображаемой площадки, равной площади объекта, которая если поместить ее в точку нахождения цели, рассеивает всю падающую на нее энергию изотропно, т.е. равномерно во всех направлениях, создавая при этом такую же плотность потока мощности, как и реальная цель.

ЭПР объекта ₀ - количеств. мера отношения плотности потока мощности отраж. сигнала к плотности потока мощности элек-магн. волны, падающей на объект:



₀ = 4* *R² *(П_ОТР / П _ПАД), [м²] или [дБ],

где R - расстояние от рассм. тела до антенны РЭС.

ЭПР зависит от:

- размеров;

- конфигурации;

- ориентации отраж. объекта;

- материала, из которого он изготовлен;

- длины волны;

- поляризации излучений РЛС.

ЭПР отражателей с прав. геометрич. формой вычисляют, а реальн. объектов определяют экспериментально. Но на практике пользуются средним значением ЭПР, полученным в результате матем. расчетов или обработки эксперимент. наблюдений

Дипольные радиоотражатели

Для создания пассив. помех применяют полуволновые вибраторы (диполи). Сигналы, отраженные от облака диполей могут превысить интенсивность сигналов, отраженных от группы самолетов. Дипольн. отражатели предст-т собой тонкие пассивные вибраторы из металлизир. бумаги, алюмин. фольги, метал. стекловолокна.

Maкс-ую величину ЭПР имеют диполи с длиной волны, близкой к половине длины волны подавл. РЛС.

На практике длина диполь. отраж-ля

радиосвязь импульсный передатчик противовоздушный

l _Д =0,47 .

После выбрасывания диполи рассеиваются и образуют облако, которое перемещается в горизонтальном направлении со скоростью ветра. В вертикальном направлении диполи образуют две группы: быструю и медленную.

При выбрасывании большого колич-ва диполей на экране индикатора кругов. обзора образ-ся засвечен. полоса, вытянутая в направлении ветра, маскирующая отметки целей.

ЭПР облака из n диполей, размеры которого не превышают имп. разреш. объем РЛС, равна произведению ЭПР отдельн. диполей на их колич-во.

₀ = n_Д * _Д

Из-за турбулентности атмосферы и различ. аэродинамич. св-в отражатели, наход-ся в облаке ориент-ся произв-но, поэтому при расчетах учитыв-ся среднее значение их ЭПР:

_СР 0,17* ² _РЛС.

Обычно дипольные отражатели комплектуются в пачки. Количество их в одной пачке, имитирующей цель с ЭПР равной _С можно найти:

n_Д = _С / _Дср = _С / (0,17* ² _РЛС).

Под давлением воздушного потока и перегрузок диполь. отраж-ли ломаются и спутываются. Из-за этого их ЭПР снижается. Поэтому в пачку укладывают больше диполь. отраж-лей, чтобы получить большее значение _С



_П = 0,17* ² *n_Д*

Дипольные отраж-ли разбрас-ся с помощью специальных автоматов, ракет, мин и т.д.

Уголковые отражатели

Уголковый отражатель (УО) - жесткая конструкция из двух взаимно перпендикулярных граней, электрически соединенных между собой. Простейший УО - двугранный угол. Наиболее часто используются трехгранные УО с треугольной, прямоугольной или круглой формой граней.

Внутренние поверхности граней, если их размеры значительно превышают длину падающей волны, образуют систему из трех зеркал. При падении на них р/волн после третьего отражения формируется пучок лучей, рапространяющихся в обратном направлении.

Диаграмма рассеяния (ДР) имеет три максимума: центральный образуется волной, падающей параллельно оси симметрии отражателя за счет трехкратного отражения от граней; боковые - в результате двухкратного отражения.

УО с малыми размерами дают высокую эффект. площадь рассеивания. Интенсивность рассеивания зависит от размеров и формы граней УО, материала из которого он изготовлен и от направления падения волны. Наиб. интенсивность рассеив-я, когда грани уголка строго взаимно - ны, т.к. отклонение от прямого угла в один градус уменьшает ЭПР в 5 раз.

Расширить ДР можно объединением УО. Каждая грань УО меняет направление вращения поляризации волны на обратное. Это можно устранить, покрыв одну из граней слоем диэлектрика.

Основной недостаток комбинированных УО - наличие глубоких провалов в ДР. Избежать провалов можно вращением группы отражателей. При этом образуется ДР, соответствующая средней ЭПР.

Можно получить АМ отраж. колебаний, если применить качание граней, изменение их площадей и применить поглощающий экран. Также можно осуществить ФМ или ЧМ, если создать конструкцию их четырех УО, кот. будут вращаться, напр. под действием ветра.

Линзы Люнеберга

ЛЛ - представляет собой диэлектрический шар. На рисунке изображена траектория лучей в линзе. Точка О является источником отражаемых эл. м. волн. Она создает на выходе синфазное разделение поля. Максимум диаграммы рассеяния (ДР) совпадает с направлением перехода падающей волны:

,

где R - радиус линзы.

Ширина ДР линзы зависит от размеров металлической поверхности сферы. Так для металлической поверхности сферы в 1/4 поверхности круга ширина ДР составляет около 90. Увеличить ширину ДР можно применяя всенаправленную линзу Люнеберга, кот. имеет центрирование относительно экватора - отражающее кольцо. Положение кольца определяет положение max.

Увеличение металлического кольца приводит к расширению ДР, но одновременно уменьшается ЭПР линзы. Это противоречие можно разрешить в линзе с кольцом в виде решетки из параллельных проволок навитых под углом 45. Эта линза называется Гелисферой.

Падающая на Гелисферу эл. м. волна с линейной поляризацией под углом 45 проходит через фронтальную часть кольца и отражается от противоположной части кольца. Для других поляризаций (вертикальная, горизонтальная) будут поляризационные потери около 6 дБ. Также можно изготовить линзы полые гелесферические отражатели. Внутри каркаса из проволоки располагается металлическое кольцо.

Основные понятия и определение помехоустойчивости

Помехоустойчивость характеризует способность РЭС и систем работать с требуемым качеством при воздействии помех. Ее оценивают вероятностью выполнения РЭС задач в условиях преднамеренных и непреднамеренных помех. За количественную меру помехоустойчивости принимают точность воспроизведения сигналов в месте приема в условиях помех или отношение мощностей сигнала и помехи (шума). При этом имеется в виду такое отношение P_C/P_П, при котором обеспечивается заданное качество приема информации.

Кроме того помехоустойчивость можно оценивать вероятностями ложной тревоги и пропуска цели, помехами при передаче дискретных данных и т.п.

Помехоустойчивость обеспечивается применением технических способов и средств защиты от помех, которыми являются:

1) получение необходимого отношения сигнал / помеха в приемнике;

2) накопление сигналов в р/приемном устройстве;

3) предотвращение перегрузки приемных устройств;

4) селекция и фильтрация сигналов;

5) помехоустойчивое кодирование и др.

Возможно также применение оптимальных способов приема и самонастраивающихся адаптивных систем, способных свести к минимуму эффективность воздействия помех на РЭС.

Необходимое превышение полезного сигнала над помехой в месте приема на входе или в тракте приемника можно получить увеличением электрического потенциала (произведение получаемой мощности на коэффициент усиления антенны передатчика) и накоплением в РЭС сигналов.

Увеличение энергетического потенциала достигается за счет повышения излучаемой мощности передатчика и коэффициента усиления антенны РЭС. В послевоенный период мощность некоторых типов РЛС сантиметрового диапазона увеличена в 30-40 раз и достигает нескольких МВт., а коэффициенты усиления их антенн возросли в 8-10 раз. Это позволило повысить энергетический потенциал некоторых типов РЭС в 300-400 раз и тем самым улучшить их ПУ. Но с возрастанием энергетических потенциалов увеличивается вероятность появления непреднамеренных помех между РЭС.



Накопление сигналов

Накопление сигналов осуществляется в устройствах, которые работают на принципе приема серии периодических импульсных сигналов при воздействии на РЭС преимущественно широкополосного шума. Этот способ основан на различии статических характеристик сигналов и шумовых радиопомех. Сигналы могут накапливаться в накопителе в одной и той же фазе (когерентное накопление) или без учета фазы (некогерентное накопление).

Для накопления сигналов используются сумматоры или интеграторы.

Сущность метода накопления при использовании сумматора сводится к тому, что в течение заданного времени Тн в смеси сигнала и помехи берется заранее установленное количество отсчетов. Значения Uсм(t) в точках отсчета суммируются, а затем на основании суммарного сигнала решающее (пороговое) устройство дает ответ о наличии или отсутствии полезного сигнала в смеси U_см (t).

Когда применяется интегратор, на решающее устройство поступает сигнал, пропорциональный

.

Время накопления Т_н выбирается таким, чтобы можно было выявить статистические свойства действующей помехи, но при этом не должны заметно изменяться параметры передаваемой информации или сигналов, отражаемых целью. Накопление импульсных сигналов улучшает отношение мощностей сигнала и широкополосной шумовой помехи на выходе в несколько раз по сравнению с аналогичным отношением на входе.

В качестве накопительных элементов применяют линии задержки, магнитные барабаны, ЭЛТ с длительным послесвечением или с накоплением заряда, а также интегрирующие устройства других типов.

Сигналы могут накапливаться до детектора (додетекторное накопление) или после детектора (последетекторное накопление).

Структурная схема последетекторного накопления приведена на рис.

Разновидностью метода накопления является дублирование, при котором один и тот же сигнал передается N_Д раз.

Метод дублирования применяется при борьбе с маскирующими радиопомехамив системах радиотелеграфной связи, передачи данных и в командных радиолиниях. Различают временное (р/сигналы передаются последовательно во времени), частотное (сообщение передается одновременно при помощи поднесущих колебаний) и кодовое (многократная передача информации, закодированная кодовыми комбинациями) дублирование.

Предотвращение перегрузки РЭС помехами

Приемники, предназначенные для приема мощных АМ и импульсных сигналов, под действием мощных помех и сигналов могут перегружаться. При этом они перестают реагировать на изменение амплитуды входного сигнала и теряют возможность воспроизводить передаваемую информацию. Перегрузка наступает из-за того, что режим работы усилительных электронных приборов становиться нелинейным. Перегрузка может произойти в любой части приемника: в УПЧ, в амплитудном детекторе, в УНЧ, но, прежде всего, перегружается последний каскад УПЧ.

Если перегрузки нет, то зависимость амплитуды выходного напряжения УПЧ от амплитуды напряжения на входе смесителя имеет линейный характер. После достижения верхней границы динамического диапазона амплитуда выходного напряжения остается постоянной или убывает, несмотря на увеличение входного сигнала.

Исключить или уменьшить перегрузку приемника можно автоматической регулировкой мощностей сигнала и помехи, поступающих на вход приемника. Для этого применяют АРУ, усилители с нелинейной (например, с логарифмической) амплитудной характеристикой и др. способы.

АРУ позволяет уменьшить усиление мощных импульсных помех с малой скважностью (прерывистые помехи) при усилении полезных сигналов. При неработающей АРУ напряжение помехи большой мощности перегружает каскады усиления, а если АРУ включена, а на входе действует помеха, то в АРУ образуется отрицательное напряжение, кот. смещает рабочую точку в область малых коэффициентов усиления. Логарифмический приемник обладает широким динамическим диапазоном. Логарифмическую характеристику получают в результате применения обратной связи, шунтирования нагрузок нелинейным элементом… Наибольшее распространение нашел способ реализации логарифмического усилителя - последовательное детектирования с последующим суммированием. ЛУ такого типа бывают с последовательно и параллельно включенными усилителями.

Пространственная селекция

Пространственную селекцию обеспечивают с помощью антенн, имеющих острые ДН и малые уровни боковых лепестков.

Антенны с узким лучом обеспечивают получение большого усиления, высокой разрешающей способности и помехоустойчивости. Их применяют в радиолокационных, радиорелейных, тропосферных станциях и системах радиоуправления. Но приемная антенна одинаково усиливает как сигналы, так и помехи, приходящие с одного направления. Кроме того, полностью избавиться от влияния помех, приходящих с разных направлений, не позволяют многочисленные боковые лепестки приемной ДНА. Уровень боковых лепестков снижают применением радиопоглощающих покрытий или экранов в местах, рассеивающих электромагнитную энергию, повышением точности изготовления антенн, а также рациональнымраспределением амплитуд и фаз электромагнитного поля в раскрыве антенны. Перечисленные меры позволяют снизить боковые лепестки ДНА до уровня на 30-40 дБ. ниже основного лепестка.

Дальнейшее снижение влияния радиопомех, принимаемых боковыми лепестками, обеспечивается схемами компенсации (вычитания). Структурная схема компенсации радиопомех, принимаемых боковыми лепестками, приведена на рис. Основной и компенсационный радиоприемники состоят из смесителей, УПЧ, детекторов, остронаправленной А0 и всенаправленной Ак антенн. Кроме того, в станции имеется гетеродин и вычитающее устройство.

Радиопомехи, принимаемые по боковым лепесткам, компенсируются в вычитающем устройстве при условии, что напряжения сигналов и помех, образуемые на нагрузке детекторов обоих приемников, начинают действовать в одно и то же время и имеют одинаковые длительности и огибающие. Схема одновременно с помехами частично ослабляет и полезные сигналы.

Боковые лепестки устраняются или ослабляются компенсаторами боковых лепестков, увеличением апертуры антенны или уменьшением длины рабочей волны РЭС.



Амплитудная селекция

Амплитудная селекция основана на выделении полезных сигналов среди помех в зависимости от значений их амплитуд. Амплитудная селекция обеспечивается ограничителями и логическими схемами. Ограничение проводится селекторами по уровню. Простейшее устройство амплитудной селекции представляет собой диодный ограничитель, исключающий прохождение посторонних импульсов, превышающих по амплитуде полезные сигналы. Диодные ограничители как вспомогательные средства применяют для ослабления мощных импульсных помех в радиоприемниках с частотной модуляцией сигналов и в приемниках РЛС.

Наиболее распространены схемы защиты РЭС от мощных импульсных помех, обеспечивающие запирание приемника в моменты прихода помехи.

Принятые сигнал 2 и помеха 1 подаются одновременно на каскад совпадения и на ограничитель. Если амплитуда превышает заранее установленный уровень ограничения Uогр, то на выходе ограничителя образуется отрицательный импульс 3, который подается на каскад совпадения. Под действием этого импульса каскад запирается и не пропускает помеху на выходе приемника. Сигналы с амплитудой, меньшей Uогр, проходят через каскад совпадения.

Когда полезные сигналы по амплитуде значительно превышают помехи, осуществляется селекция сигналов при ограничении снизу и сверху. При ограничении снизу напряжение на выходе ограничителя Uвых(t), появляется только тогда, когда входной сигнал превышает уровень ограничения.

Если ограничить ВЧ колебания снизу и сверху и суммировать выходные напряжения ограничителей, то можно вырезать вх. напряж. с амплитудой U_ВХ(t) <U_ОГР.



Амплитудные ограничители обеспечивают защиту не от всех видов импульсных помех, поэтому их используют обычно в качестве вспомогательных элементов в составе селекторов по длительности импульсов.

Применение систем автоматического слежения за частотой

Селективные свойства, зависят от спектра принимаемых сигналов, а также от нестабильности несущей частоты радиопередатчика и частоты настройки гетеродина радиоприемника.

В отличие от передатчиков, частоту которых можно стабилизировать, гетеродины приемников, гетеродины радиоприемников должны перестраиваться в широкой полосе частот. Поэтому основное значение приобретает способ, основанный на использовании систем автоматического слежения за частотой.

Один из вариантов построения функциональной схемы системы АСЧ с клистронном гетеродином приведен на рис.

В результате смешения частоты f₀ опорного сигнала (непрерывного или импульсного) и частоты fкл сигнала клистронного генератора образуется напряжение разностной частоты f, которое после прохождения усилителя разностной частоты (УРЧ) и ограничителя (Огр) поступает на частотный детектор (ЧД).

Если захвата нет, то включено устройство широкодиапазонного поиска: с помощью двигателя (Дв) осущ-ся механич. перестройка клистрона так, что его частота изменяется по линейному закону. По достижении конца диапазона происходит реверс двигателя и перестройка идет в обр. направлении. Одновременно в процессе перестройки с помощью программного потенциометра (П) изменяется напряжение на отражателе таким образом, что все время обеспеч-ся max мощности в выбранной зоне генерации клистрона. Устройство остановки поиска (УОП) (выключения двигателя) срабатывает в тот момент, когда разностная частота f входит в раствор харак-ки частотного дискриминатора, если только есть разрешение с логич. схемы ликвидации ложной настройки (ЛЛН). Выбег двигателя и застой должны быть такими, чтобы после выключения разностная частота находилась в пределах полосы схватывания электронной петли системы АСЧ. Эта петля замыкается через фильтр (Ф), усилитель постоянного тока (УПТ) и отражатель клистрона.

Для повышения надежности ввода системы в режим слежения в петлю электронного регулирования может включаться дополнительное устройство поиска (УП) в узком диапазоне с последующим переводом в режим слежения.

После остановки двигателя расстройка ликвидируется за счет действия электронной петли, в этом режиме двигатель из системы слежения исключается, а устройство поиска действует как усилитель. Двигатель вновь вкл-ся только в случае длительных и значительных уходов частоты f.

Применение систем автоматического слежения за частотой

В системах АСЧ без опорного сигнала основное внимание уделяется обеспечению наивыгоднейших условий поиска и захвата системы АСЧ, наилучшей помехоустойчивости (минимальные ошибки, наименьшая вероятность срыва слежения и т.д.).

Функц. схема системы приведена на рис. В схеме кроме основной петли регулирования, состоящей из смесителя (См), усилителя разностной частоты (УРЧ), ограничителя (Огр), частотного детектора (ЧД), фильтра (Ф), управителя (У) и гетеродина (Г), имеются дополнительные элементы: генератор поиска (ГП), логическую схему захвата (ЛСЗ) и реле захвата (РЗ), которое переключает систему из режима поиска (П) в режим захвата (3). Благодаря такому устройству частота генератора в режиме поиска не зависит от напряжения на выходе ЧД.

Помехи, проникающие на выход ЧД в этом режиме, не оказывают влияния на работу генератора поиска и не меняют принятой заранее логики перевода системы в режим слежения.

Поляризационная селекция

Поляризационная селекция основана на определении в пространстве ориентации элек. вектора Е элек-магн. волны за период несущего колебания. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации. При линейной поляризации пространственная ориентация вектора Е остается неизменной, а поляризационная диаграмма представляет собой прямую линию. Круговая поляризация отличается тем, что вектор Е, имеющий постоянную амплитуду, вращается с постоянной угловой скоростью вокруг направления распространения. При этом конец вектора описывает окружность. Период вращения равен периоду электромагнитного колебания. При эллиптически поляризованной конец вектора Е описывает при вращении эллипс. При этом модуль вектора Е и угловая скорость его вращения претерпевают периодические изменения за период вращения.

В зависимости от того, изменяются параметры поляризационной диаграммы с течением времени или остаются постоянными, электромагнитные волны делят на три группы: полностью поляризованные, частично поляризованные и неполяризованные. Если вектор Е линейно поляризованной волны ориентирован вертикально, то волну называют вертикально поляризованной, если горизонтально, то волну называют горизонтально поляризованной.

Различия в поляризации используют при выделении сигналов из помех методами поляризационной селекции.

Поляризационным селектором является любой антенно-фидерный тракт радиоприемника. Для приема полезных сигналов поляризация приемной антенны должна соответствовать их поляризации. Так, вертикальный вибратор принимает только вертикально поляризованные колебания и не принимает волн с горизонтальной поляризацией. Если поляризация помехи сохраняется постоянной, то изменением параметров поляризации полезного сигнала и антенно-фидерного устройства можно уменьшить действие помехи, не ослабляя сигнала. Максимальное ослабление помехи достигается в том случае, когда плоскости поляризации сигнала и помехи перпендикулярны или векторы Ес и Еп напряженностей электрического поля вращаются в противоположных направлениях.

Поляризационная селекция используется при защите РЭС как от естественных, так и от преднамеренных активных и пассивных радиоэлектронных помех. Для преднамеренных помех она может быть пассивной и активной.

Пассивная достигается согласованием поляризации принимаемого сигнала и антенны. Активная обеспечивается поляризационным фильтром - сеткой из параллельных металлических пластин или проволок. Роль поляризационного фильтра может выполнять отражатель антенны, если его сделать прозрачным для помех.

Поляризационные селекторы эффективно выделяют сигналы, отраженные целями, на фоне сигналов от уголковых радиоотражателей.

Временная селекция

ВС полезных импульсных сигналов на фоне помех основана на отличии селектируемых импульсов от импульсов помех по временному положению, частоте повторения и времени длительности. Для импульсов РЭС наряду с шумовыми помехами достаточно универсальными считаются хаотические импульсы помехи. Защита от хаотических импульсных помех может осуществляться с помощь временной селекции.

Рассмотрим селекцию импульсов по временному положению используемого в РЛ. Под такой селекцией понимают выделение почти периодического импульса смещенных относительно опорных на некоторый временной интервал. Этот временной интервал является линейно изменяющейся функцией времени, так что за время следования опорных импульсов меняется незначительно. Различают две группы систем автоматической временной селекции по временному положению в зависимости от того имеются в месте приема опорные импульсы или отсутствуют. Примером системы первой группы служит система АСД (автоматическое сопровождение по дальности) в импульсной РЛС (импульсный автодальномер).

Схема состоит из временного различителя (ВР), промежуточных элементов (ПЭ) (ФНЧ, корректирующие цепи, интегратор), устройства времени задержки (УВЗ), с кот. на ВР подаются следящие импульсы. Во ВР вырабатываются напряжение U _ВР кот. зависит от временного рассогласования между осью пожлежащих селекций импульсов и осью следящих импульсов. Си задерживаются относительно опорных (ОИ) на время t _И пропорциональное управляющему напряжению U_У снимаемому с ПЭ.

ВР - это сравнивающий элемент сист. кот. действует в течении короткого времени и осуществляет преобразование временного преобразования в напряжение U _ВР. Следящая система действует таким образом, что временное рассогласование приводит к такому изменению U _ВР и соответственно U_У при кот. следящие импульсы вырабатываемые УВЗ смещаются в сторону уменьшения . Временная селекция обеспечивается подачей в приемник (ПР) специального селекторного импульса (Си), кот. вырабатывается в УВЗ. ПР все время заперт и отпирается только на время поступления Си. Си перемещается вместе со следящими импульсами. Обычно длительность Си близка к суммарной длительности следящего импульса. Если информация кот. несет последовательность селектируемых импульсов заключена в их амплитуде например в системах с коническим сканированием удобно установить еще один селекторный каскад (СК) на который с УВЗ подается отпирающий импульс С. При помехах большего уровня в системах АСД может наступать срыв слежения. Для увеличения помехоустойчивости системы при наличии пассивных помех, а также при сопровождении групповых целей используется слежение за фронтом и срезом импульса. Для этого Си пропускаются предварительно через дифференцирующую цепь. Затем строится система с двумя следящими импульсами, т.е. производится слежение за фронтом и срезом.

Селекция движущихся целей. Когерентно-импульсный метод

Реальные цели, искусственные и естественные радиоотражатели имеют неодинаковые скорости. Поэтому отраженные от них радиосигналы отличаются один от другого. Эти отличия используются при защите РЛС от пассивных радиопомех способами СДЦ по скорости.

Наиболее эффективная защита от пассивных радиопомех достигается при применении в РЛС аппаратуры СДЦ, действующей на принципе сравнения фаз или частот принятого и излученного радиосигналов. Для выявления различий используется опорный сигнал, когерентный (жестко связанный) по этим параметрам с излученным сигналом РЛС. При сложении когерентных сигналов суммируются (векторно) их напряжения; при сложении некогерентных сигналов складываются их мощности.

В зависимости от вида зондирующего сигнала и метода сравнения параметров отраженного и опорного сигналов различают когерентный метод при непрерывном излучении сигналов и когерентно-импульсный метод СДЦ.

Когер-имп метод применяется в импульсных РЛС при сравнении фаз отраженного и опорного импульсов, жестко связанных с моментом излучения передатчиком зондирующих сигналов.

В зависимости от способа получения опорного сигнала различают системы СДЦ с внутренней и внешней когерентностью.

Система СДЦ с внутренней когерентностью

Система генерирует опорн. импульсы внутри РЛС. Сигналы передатчика поступают в антенну и на вход смесителя фазирования, где они смешиваются с колебаниями гетеродина приемника. На ФД поступает также принятый сигнал промеж. частоты f_пр. Фазы опорного и принятого сигналов срав-ся при каждом излучении зондирующих импульсов.

В результате биений U_пр и U_оп на выходе ФД образуются видеоимпульсы, амплитуда и полярность которых зависят от разности фаз этих напряжений. Изменения амплитуды выходных сигналов ФД приводит к тому, что отметки движущихся целей пульсируют с частотой Доплера.

Амплитуды отметок, образуемых неподвижными целями, не изменяются, т.к. разность фаз напряжений U_оп и U_пр от периода к периоду следования импульсов остается неизменной. Это позволяет различать отметки движущихся и неподвижных объектов.

Причины появления непреднамеренных помех

Непред. помехи создаются источниками искусст. происхождения, которые не предназначены для нарушения функц-ия РЭС. Они возникают при работе различного радиотехнического, электронного и электротехнич. оборудования. К непред. помехам можно отнести внутр. шумы устройств и приборов.

Причины:

1) Наличие большого количества РЭС, которое непрерывно возрастает.

2) Ограниченность освоенного элек-магн. спектра действующими РЭС. (3 Гц 300 ГГц - 40 ГГц (3 кГц 12 ГГц)) Исп-ие более ВЧ (н-р, мм и субмм волн), кот-ые обладают огромным колич-вом частотн. каналов, затруд-ся из-за их интенсивного поглощения в атмосфере и технич. трудностей создания аппаратуры.

3) Возрастанием мощностей излучения радиопередатчиков и чувствительности радиоприемников. В связи с повышением дальности действия, помехоустойчивости и надежности передачи и приема информации мощности отдельных типов РЛС увеличились в сотни раз и достигли десятков и даже сотен мегаватт в импульсном режиме.

4) Наличием в диаграммах направленности антенных систем, кроме основного лепестка, большого количества боковых и задних лепестков, имеющих относительно высокие уровни.

5) Наличием у РЭС нежелательных излучений и побочных каналов приема, расположенных за пределами рабочей полосы частот.

6) Возросшим уровнем индустриальных электромагнитных помех, генерируемых электротехническим оборудованием. По мере роста индустриализации уровень этих помех значительно возрастает.



Нежелательные излучения радиопередающих устройств

Это излучения на частотах, находящихся за пределами необходимой полосы частот. Они состоят из побочных и внеполосных излучений.

К побочным относят радиоизлучения, возникающие в результате любых нелинейных процессов в радиопередающем устройстве, за исключением процесса модуляции сигнала. Различают излучения на гармониках, субгармониках, паразитные, комбинационные, интермодуляционные.

Эти излучения вызваны нелинейными процессами, существующими в самом передатчике, а также фидере и антенне. В образовании интермодуляционных излучений, кроме того, принимают участие внешние электромагнитные поля, которые воздействуют на радиопередающее устройство. Независимо от конкретной природы побочные радиоизлучения характеризуются значениями частот, спектральной плотностью потока мощности, а также, с учетом свойств антенн, направленностью и поляризацией.

Р/излучение на гармонике - побочное излучение на частотах в целое число раз больших частоты основного излучения: f_гарм = mf₀, m=2,3,… n. Такие излучения присущи любым р/передатчикам и обусловлены нелинейностью амплитудных и фазовых характеристик активных элементов. Уменьшение уровня излучения гармоник достигается фильтрацией их промежуточным и антенным контурами.

Р/излучение на субгармониках - побочное излучение на частотах в целое число раз меньших частоты основного излучения: f_гарм = f₀/m. Это свойственно передатчикам, использующим умножение частоты. Уменьшение достигается с помощью фильтров передатчика и антенно-фидерных систем.

Паразитное - побочное р/излучение, возникающее в результате самовозбуждения передатчика из-за паразитных связей его каскадов. Его не частоты кратны частоте основного излучения: f_гарм mf₀, m=1,2,3,… 1/2,1/3,… Паразитные излучения м.б. на частотах как ниже, так и выше основной частоты. Это связано с возникновением паразитных резонаторов на низких частотах в основных цепях питания, на высоких частотах - при параллельном соединении нескольких генераторных приборов, на СВЧ - в фидерном тракте.

Внеполосное радиоизлучение определяется как нежелательное в полосе частот, примыкающей к необходимой полосе радиочастот, и является результатом модуляции сигнала. Причинами возникновения его являются: применение для передачи сигналов с большей шириной спектра, чем это требуется для нормальной работы (импульсы с крутыми фронтами); нелинейность амплитудных и фазовых характеристик радиопередатчиков; наличие нелинейности в тракте формирования модулирующих сигналов; исп-ие квантования.

Неосновные каналы приема

Неосновные каналы приема могут быть разделены на побочные и внеполосные.

Основной канал приема характеризуется полосой частот, совпадающей с полосой пропускания (ПП) приемника. Побочный канал приема радиоприемника - это полоса частот, находящаяся за пределами основного канала приема. Побочные каналы приема образуются из-за нелинейности смесительных и усилительных каскадов радиоприемника и недостаточно высокой избирательности резонансных цепей основного канала.

Отдельные образцы радиоприемных устройств имеют несколько десятков каналов побочного приема.

По характеру воздействия на РЭС непреднамеренные помехи практически не отличаются от преднамеренных, а по интенсивности иногда превосходят их в виду небольших удалений от приемников РЭС. Как и преднамеренные радиопомехи, они засвечивают экраны ИКО РЭС и затрудняют обнаружение отметок целей, подавляют (маскируют) полезные сигналы, затрудняют прием или искажают передаваемую информацию, уменьшают дальность действия и пропускную способность РЭС и радиолиний.

Электромагнитная совместимость РЭС

Электромагнитная совместимость (ЭМС) - это способность РЭС функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных помех и не создавать недопустимых помех другим РЭС.

С увеличением количества источников и ростом интенсивности непреднамеренных помех стали приниматься меры по их снижению, улучшению параметров РЭС, более рациональному использованию ЭМ спектра и применению способов и средств защиты от помех.

Требования ЭМС начали учитываться при разработке, испытании и эксплуатации РЭС.

В начале при незначительной интенсивности непреднамеренных помех ЭМС обеспечивалось разносом рабочих частот РЭС. Затем международными и государственными радиочастотными организациями были установлена нормы на занимаемую полосу, стабильность частоты и уровни неосновных излучений радиопередатчиков и электровакуумных приборов, чувствительность каналов побочного радиоприема и другие характеристики. Были также установлены нормы на уровне индустриальных помех и на ширину спектра излучения многих устройств электротехнического оборудования.

Для разработки мероприятий по обеспечению ЭМС предварительно оценивается электромагнитная обстановка ЭМО (внешняя и внутренняя), сложившаяся в районе развертывания или действия РЭС.

Внешняя ЭМО харак-ся элек-магн. полем дальней зоны, образуемым источниками излучения, находящихся на значительных расстояниях.

Внутренняя ЭМО для отдельных устройств определяется уровнем поля ближней зоны, создаваемого основными и неосновными каналами излучения других средств системы, гетеродинов, источников электропитания, коммутаторов, электронно-вычислительной техники и других элементов.

ЭМО для радиоэлектронных систем самолетов, кораблей и подводных лодок определяется уровнем электромагнитных излучений радиоэлектронного и электротехнического оборудования. При оценке ЭМО учитываются три основные группы параметров излучения и приема, определяющие ЭМС РЭС:

1) энергетические и спектральныехарактеристики основных и неосновыных излучений радиоприемников, гетеродинов радиоприемников и различных источников излучений, определяющих внешнюю ЭМО, а также общий уровень шумов в местах расположения радиоприемников;

2) реальные чувствительности основных и побочных каналов приема;

3) коэффициенты связи между различными элементами излучающих устройств и приемников, входящих в радиоэлектронные системы.

Принцип работы импульсной РЛС

Принцип работы импульсной РЛС можно уяснить, рассмотрев «Упрощенную структурную схему импульсной РЛС (рис. 3.1, слайд 20, 25) и графики, поясняющие работу импульсного радиолокатора (рис. 3.2, слайд 21, 26).



Работу импульсной РЛС лучше всего начать рассматривать с блока синхронизации (блока запуска) станции. Этот блок задает «ритм» работы станции: он задает частоту повторения зондирующих сигналов, синхронизирует работу индикаторного устройства с работой передатчика станции. Синхронизатор вырабатывает кратковременные остроконечные импульсы Изап с определенной частотой повторения Тп. Конструктивно синхронизатор может быть выполнен в виде отдельного блока или представлять единое целое с модулятором станции.

Модулятор управляет работой генератора СВЧ, включает и выключает его. Модулятор запускается импульсами синхронизатора и формирует мощные прямоугольные импульсы необходимой амплитуды Uм и длительности фи. Генератор СВЧ включается в работу только при наличии импульсов модулятора. Частота включения генератора СВЧ, а, следовательно, и частота повторения зондирующих импульсов определяется частотой импульсов синхронизатора Тп. Продолжительность работы генератора СВЧ при каждом его включении (то есть длительность зондирующего импульса) зависит от длительности формирующего в модуляторе импульса фи. Длительность импульса модулятора фи обычно составляет единицы микросекунд, а паузы между ними - сотни и тысячи микросекунды.

Под действием напряжения модулятора генератор СВЧ формирует мощные радиоимпульсы Uген, длительность и форма которых определяется длительностью и формой импульсов модулятора. Колебания высокой частоты, то есть зондирующие импульсы от генератора СВЧ, поступают через антенный переключатель в антенну. Частота колебаний радиоимпульсов определяется параметрами генератора СВЧ.

Антенный переключатель (АП) обеспечивает возможность работы передатчика и приемника на одну общую антенну. На время генерации зондирующего импульса (мкс) он подключает антенну к выходу передатчика и блокирует вход приемника, а на нее остальное время (время паузы - сотни, тысячи мкс) подключает антенну к входу приемника и отключает ее от передатчика. В импульсный РЛС в качестве антенных переключателей применяются автоматические быстродействующие переключатели.

Антенна преобразует колебания СВЧ в электромагнитную энергию (радиоволны) и фокусирует ее в узкий пучок. Отраженные от цели сигналы принимаются антенной, проходят через антенный переключатель и поступают на вход приемника Uс, где они селектируются, усиливаются, детектируются и через аппаратуру защиты от помех подаются на индикаторные устройства.

Аппаратура защиты от помех включается только при наличии в зоне действия РЛС пассивных и активных помех. Подробно эта аппаратура будет изучаться в теме 7.

Индикаторное устройство является оконечным устройством РЛС и служит для отображения и съема радиолокационной информации. Электрическая схема и конструкция индикаторных устройств определяется практическим назначением станции и могут быть весьма различными. Например, для РЛС обнаружения с помощью индикаторных устройств должна воспроизводиться воздушная обстановка и определяться координаты целей Д и в. Эти индикаторы называются индикаторами кругового обзора (ИКО). В РЛС измерения высоты полета цели (высотомерах) используются индикаторы высоты. Индикаторы дальности измеряют только дальность до цели и используются для контроля.

Для точного определения дальности необходимо измерять интервал времени tз (десятки и сотни мкс) с высокой точностью, то есть требуются приборы с весьма малой инерционностью. Поэтому в индикаторах дальности в качестве измерительных приборов используются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).

Примечание. Принцип измерения дальности был изучен в занятии 1, поэтому при изучении этого вопроса основное внимание уделить формированию развертки на ИКО.

Сущность измерения дальности (время запаздывания tз) с помощью ЭЛТ можно пояснить на примере использования линейной развертки в трубке с электростатическим управлением электронным лучом.

При линейной развертке в ЭЛТ электронный луч под действием напряжения развертки Uр периодически перемещается с постоянной скоростью по прямой слева направо (рис. 1.7, слайд 9, 12). Напряжение развертки вырабатывается специальным генератором развертки, который запускается тем же импульсом синхронизатора, что и модулятор передатчика. Поэтому движение луча по экрану начинается каждый раз в момент посылки зондирующего импульса.

При использовании амплитудной отметки цели отраженный сигнал, поступающий с выхода приемника, вызывает отклонение луча в перпендикулярном направлении. Таким образом, отраженный сигнал можно видеть на экране трубки. Чем дальше находится цель, тем больше времени проходит до момента появления отраженного импульса и дальше вправо успевает переместиться луч вдоль линии развертки. Очевидно, каждой точке линии развертки соответствует определенный момент прихода отраженного сигнала и, следовательно, определенное значение дальности.

В РЛС, работающих в режиме кругового обзора, используются индикаторы кругового обзора (ИКО) и ЭЛТ с электромагнитным отклонением луча и яркостной отметкой. Антенна РЛС с узконаправленным лучом (ДН) перемещается механизмом вращения антенны в горизонтальной плоскости и «просматривает» окружающее пространство (рис. 3.3, слайд,

На ИКО линия развертки дальности вращается по азимуту синхронно с антенной, а начало движения электронного луча от центра трубки в радиальном направлении совпадает с моментом излучения зондирующего импульса. Синхронное вращение развертки на ИКО с антенной РЛС осуществляется при помощи силового синхронного привода (ССП). Ответные сигналы высвечиваются на экране индикатора в виде яркостной отметки.

ИКО позволяет одновременно определять дальность Д и азимут в цели. Для удобства отсчета на экране ИКО электронным способом наносятся масштабные отметки дальности, имеющие вид окружностей и масштабные отметки азимута в виде ярких радиальных линий (рис. 3.3, слайд, 8, 27).

Примечание. Используя телевизионную установку и карточку ТВ предложить студентам определить координаты целей. Указать масштаб индикатора: отметки дальности следуют через 10 км, отметки азимута - через 10 градусов.

Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к измерению времени запаздывания tз отраженного сигнала относительно зондирующего импульса. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отсчета времени распространения радиоволн.

Достоинства импульсных РЛС:

удобство визуального наблюдения одновременно всех целей, облучаемых антенной в виде отметок на экране индикаторов;

поочередная работа передатчика и приемника позволяет использовать одну общую антенну для передачи и приема.

Второй учебный вопрос.

Основные показатели импульсного метода

Основными показателями импульсного метода являются (слайд 29):

- однозначно определяемая максимальная дальность, Д;

разрешающая способность по дальности, дД;

минимальная определяемая дальность, Дmin.

Рассмотрим эти показатели.

...