Методы обзора пространства в современных многофункциональных РЛС

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДЫ ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА В СОВРЕМЕННЫХ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЛС

Бучнев В.В., курсант, 4 курс, факультет «Радиотехнические комплексы» Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны, Россия, г. Ярославль

Пятайкин В.А., курсант, 4 курс, факультет «Радиотехнические комплексы» Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны Россия, г. Ярославль

Охапкин И.С., курсант, 4 курс, факультет «Радиотехнические комплексы» Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны Россия, г. Ярославль

Аннотация

Рассматриваются два варианта обзора пространства в угломестной плоскости в РЛС твердотельными активными ФАР. Приведены функциональные схемы РЛС с твердотельными АФАР. Функциональные различия схем заключаются в использовании в одном из вариантов приемопередающих модулей при формировании диаграммы направленности антенны в угломестной плоскости. Обсуждаются достоинства и недостатки каждого из рассматриваемых вариантов. Отмечаются особенности, возникающие при необходимости сканирования луча в двух плоскостях при формировании диаграмм направленности в широком секторе обзора.

Ключевые слова: радиолокация, многофункциональная РЛС, фазированная антенная решетка активная, зондирующий сигнал обзора пространства.

Annotation

We Consider two options for viewing space in the angular plane in the radar with solid-state active HEADLIGHTS. Functional schemes of radar with solid-state AFAR are given. The functional differences between the schemes consist in the use of receiving and transmitting modules in one of the variants when forming the antenna directivity diagram in the angular plane. The advantages and disadvantages of each of the options under consideration are discussed. The authors note the peculiarities that arise when it is necessary to scan the beam in two planes when forming directional diagrams in a wide viewing sector.

Keywords: radar, multi-functional radar, phased array active, probing signal of space survey.

В последние годы наметилась устойчивая тенденция по созданию многофункциональных радиолокационных систем как военного, так и гражданского применения. Обусловлено это в военной сфере изменениями помехово-целевой обстановки. Опыт последних локальных конфликтов показал, что в составе средств воздушного нападения применяются как высотные скоростные цели, так и разнообразные низковысотные цели. Поэтому в современных РЛС требуется выдавать информацию с высоким темпом как о высотных, так и о маловысотных скоростных и малоскоростных целях. В соответствие с запросами потребителей большинство современных МФРЛС, наряду с задачей обнаружения и сопровождения целей, должны обеспечивать целеуказание для средств поражения, в том числе по малоразмерным целям на фоне интенсивных мешающих отражений от подстилающей поверхности и местных предметов.

В этих условиях наиболее успешно задача обнаружения решается на основе методов доплеровской селекции при различных типах зондирующих сигналов. Но при любых видах ЗС в этих условиях требуется достаточно продолжительный радиолокационный контакт с целью. Это затрудняет реализацию высокого темпа обзора пространства в широком диапазоне углов места (типично от минус 5 до 60-80 градусов) и азимута (до 360 градусов), как это требуется для широкого класса современных МФРЛС радиотехнической разведки и средств поражения РЛС показывает, что среди различных методов повышения живучести наиболее рациональными остаются мобильность и снижение электромагнитной заметности.

В решение последней задачи значительный вклад вносит правильная организация обзора пространства, а также тип и параметры применяемых зондирующих сигналов. Созданные к настоящему времени научно - технические и проектно-технологические решения, элементная база в первую очередь, твердотельных СВЧ устройств цифровая и вычислительная техника, позволяют создавать современные МФРЛС, обеспечивающие решение большинства из указанных выше проблем создания МФРЛС.

Анализируя выше сказанное можно утверждать, что в современных условиях для значительного класса МФРЛС требуется оптимизация методов обзора пространства, удовлетворяющих запросы большинства потребителей, при сохранении высокой помехозащищённости и скрытности. Поэтому в настоящей статье, в порядке дискуссии предлагается сравнение некоторых подходов к решению задачи обзора пространства в современных МФРЛС, с опорой на достигнутые успехи в элементной базе и аппаратных решениях на их основе. пространство многофункциональный радиолокационная станция

Наиболее успешное решение перечисленного выше сложного перечня задач обеспечивают РЛС с антенной системой на базе фазируемых антенных решеток с одномерным и двумерным электронным сканированием лучом диаграммы направленности антенны. Причем, в последние годы все чаще разрабатываются МФРЛС с твердотельными активными ФАР.

Применение твердотельных АФАР обеспечивает высокий ресурс и надежность, а также адаптивное формирование ДНА на прием и передачу.

Однако в связи с еще достаточно высокой стоимостью основного элемента АФАР -твердотельного приемно-передающего модуля, МФРЛС с двумерным электронным сканированием применяются в основном в РЛС ЗРК ПВО-ПРО и в ряде корабельных РЛС. Более широкое применение в отечественных и зарубежных РЛС находят РЛС с ФАР с одномерным (по углу места) электронным сканированием. Несмотря на опыт, приобретенный при эксплуатации РЛС с твердотельными АФАР, остается еще достаточно большой круг малоизученных технических проблем, а используемые для их решения пути и методы не бесспорны. Один из них - реализация обзора пространства в угломестной плоскости в МФРЛС кругового обзора.

В современных МФРЛС обзор пространства (360° по азимуту и -5°...80° по углу места) должен осуществляться с темпом 1.. .3 с при однозначном и высокоточном измерении угловых координат и дальности. Требуется также высокая помехозащищенность от активных и пассивных помех.

Такой показатель как высокая угловая точность достигается, в первую очередь, при узкой диаграмме направленности антенны. Но для этого даже в сантиметровом диапазоне требуется антенная система со значительной апертурой. Так, в диапазоне 3.6 см, в котором по ряду причин наиболее целесообразно создавать рассматриваемые. МФРЛС, с учетом выполнения требования по мобильности, размер апертуры антенны обычно не превышает 2 х 2 м. Такие габариты антенной системы позволяют сформировать главный луч ДНА 1,2°...0,9°. Понятно, что в РЛС с дальностью обнаружения 150 км обеспечить высокий темп обзора пространства по азимуту в 360°, например, в 2 секунды на обзор, и реализовать при этом для каждого азимутального направления угломестный сектор сканирования от -5° до 80° лучом примерно 1° х 1° за счет электронного сканирования в угломестной плоскости практически невозможно, даже при отсутствии доплеровской селекции. Данную проблему чаще всего решают за счет расширения луча ДНА в вертикальной плоскости по мере увеличения угла места обзора в угломестной зоне.

В РЛС предыдущих поколений чаще всего применялись лучи ДНА одинаковой ширины на приём и передачу. Однако успехи в цифровой технике стимулировали другой подход - на передачу формируется ДНА, перекрывающие весь сектор ответственности по углу места, а на прием ДНА формируется в спецвычислителе по результатам обработки сигналов, оцифрованных после отдельных каналов антенного полотна.

Антенная система выполнена в виде плоской решетки с цифровым диаграммообразованием приведен фрагмент укрупненной функциональной схемы РЛС с твердотельной АФАР той же конфигурации, что и первая РЛС. Однако обзор по углу места осуществляется узким лучом ДНА на прием и передачу за счет электронного сканирования с помощью фазовращателей, установленных в ППМ. Передачу луча ДНА на весь сектор по углу места). Рассмотрим особенности этих двух вариантов реализации обзора пространства в угломестной плоскости в РЛС.

В первом варианте сектор ответственности по углу места, просматривается весь одновременно. Для этого, на передачу формируется луч ДНА, примерно 1° по азимуту и перекрывающий требуемую зону ответственности по углу места. Прием осуществляется узким по азимуту (1°) семейством слабонаправленных взаимно перекрывающихся в угломестной плоскости лучей ДНА. В дальнейшем сигналы принятые одним или группой горизонтальных линеек антенной решетки оцифровываются и поступают на спецвычислитель, где на основе специальных вычислительных процедур, формируются угломестные ДНА.

Такое построение оправдано для обзорных РЛС кругового обзора большой дальности, не работающих под малыми углами места и использующих сравнительно узкополосные (1...10 МГц) зондирующие сигналы. Большое время контакта с целью в этом случае позволяют обеспечить высокую точность определения доплеровской частоты (скорости цели). При применении широкополосных ЗС (100 МГц и более), усложняются приемные тракты, возрастает их стоимость. При такой организации обзора пространства ухудшаются ЭМС, скрытность и помехозащищённость от активных помех. При применении описанного выше варианта реализации антенной системы и метода обзора пространства в МФРЛС, где необходимо обеспечить обзор по углу места от -5° до +60°. 80°, возникают

дополнительные особенности, снижающие характеристики РЛС (в части защиты от пассивной помехи). Рассмотрим некоторые факторы, обуславливающие эти особенности. Большинство МФРЛС наземного и корабельного базирования функционируют на позициях, где находится значительное количество местных предметов.

Поскольку МФРЛС, как правило, должны обеспечивать зону обзора и сопровождения целей до минимальной (100 м) дальности, а также под малыми, в том числе под отрицательными углами места, в этих условиях сигналы, отраженные от подстилающей поверхности и МП, оказывают значительное мешающее воздействие во всех приемных каналах. Мешающие сигналы от местных предметов и подстилающей поверхности приводят к снижению отношения «сигнал - помеха» и обуславливают необходимость фильтрации помеховых сигналов практически во всех угломестных каналах. Особенно сложная ситуация с мешающими сигналами от подстилающей поверхности складывается при работе РЛС в условиях степной и пустынной местности с неравномерным рельефом (Казахстан, Китай, Ближний Восток). Для качественной селекции от мешающих сигналов, отраженных от местности, приходится использовать квазинепрерывные импульсные ЗС, что увеличивает время просмотра азимутального сектора по сравнению с случаем применения ЗС с однозначной дальностью. С

учетом того, что на прием и передачу ДНА по углу места слабонаправленные, то для обеспечения требуемых рубежей обнаружения возникает необходимость в увеличении коэффициента когерентного накопления при приеме. Мешающие сигналы снижают оценку угловых координат. При таком построении РЛС обзор необходимо выполнять ЗС, обеспечивающими обнаружение, всегда считаясь с отражениями от подстилающей поверхности и МП, т.е. ЗС с малой скважностью. Однако такой режим сложен для твердотельных АФАР. Иная ситуация при применении АФАР с одномерным угломестным электронным сканированием узким по углу места лучом ДНА. В этом варианте в наиболее тяжелых помеховых условиях находится только один или несколько лучей ДНА под нулевым (или отрицательным) углом места. Остальные лучи угломестной ДНА испытывают существенно меньшее воздействие мешающих сигналов отраженных от подстилающей поверхности и местных предметов. Уровень этого воздействия определяется величиной боковых лепестков ДНА в угломестной плоскости, и для рассматриваемого примера ДНА с главным лучом 1° х 1°является небольшим (менее 20 дБ.) В таких РЛС необходимо применять ЗС с высокими селективными свойствами, как правило, в одном или нескольких нижних угломестных лучах, а в остальных можно применять ЗС с однозначной дальностью с достаточно большой скважностью. Это, в свою очередь, снижает тепловую нагрузку на АФАР. Кроме этого, поскольку по мере увеличения угла места снижается требуемый рубеж обнаружения, то снижается требуемая плотность энергии облучения цели и, следовательно, увеличивается темп обзора, например, за счет расширения луча ДНА в угломестной плоскости. Немаловажным фактором является уменьшение при данном варианте метода обзора пространства количества приемных каналов, что весьма существенно при применении различных ветвей технологии сверхширокополосных сигналов широкополосная элементная база еще достаточно дорога. Однако применение различных типов СШС как с внутриимпульсной модуляцией, так и СКИРЛ повышает информативность, что позволяет реализовать высокие селективные свойства от пассивных помех и реализовать режим распознавания по радиолокационному дальностному портрету.

Опираясь на тенденции развития и совершенствования помеховоцелевой обстановки и научно-технического прогресса в ряде радиолокационных технологий, рассмотрены некоторые подходы к организации процесса обзора пространства в современных МФРЛС. Освещены особенности организации обзора пространства на примере двух вариантов построения МФРЛС. Из рассмотренных двух методов организации обзора пространства в МФРЛС более предпочтителен обзор в угломестной плоскости лучом ДНА с высокой направленностью и электронным сканированием. Данный метод более предпочтителен с точки зрения помехозащиты от пассивных и активных помех, а также снижения электромагнитной заметности.

Список использованной литературы

1. Бакулев П.А., Степин В.М. Методы и устройства селекции движущихся целей. М.: Радио и связь. 1986. 286 с.

2. Трухачёв А.А. Радиолокационные сигналы и их применения. М.: Военное издательство, 2005. -- 320 с. -- ТББК: 5-203-01972-Х

3. Куприянов А.И., Шустов Л.Н. Радиоэлектронная борьба. Основы теории. -- М.: Вузовская книга, 2011. 800с.

Размещено на Allbest.ru