Многопозиционные рлс. Исследование принципов построения и путей совершенствования многопозиционных радиолокационных систем

Объединенная система ПВО-ПРО на ТВД предусматривает комплексное применение сил и средств по воздушным и баллистическим целям на любых участках траектории полета.

Развертывание объединенной системы ПВО-ПРО на ТВД осуществляется на базе систем ПВО путем включения в их состав новых и модернизируемых средств, а также внедрения «сетецентрических принципов построения и оперативного применения» (network-centric architecture & operation).

Датчики, огневые средства поражения, центры и пункты управления базируются на наземных, морских, воздушных и космических носителях. Они могут принадлежать разным видам ВС, действующим в одной зоне.

Технологии интеграции включают формирование единой картины воздушной обстановки, боевое опознавание воздушных и наземных целей, автоматизацию средств боевого управления и систем управления оружием. Предусматривается максимально полное использование структуры управления существующих систем ПВО, сопрягаемость систем связи и передачи данных в реальном масштабе времени и принятие единых стандартов обмена данными на основе использования принципов открытой архитектуры.

Формированию единой картины воздушной обстановки будет способствовать применение разнородных по физическим принципам и размещению датчиков, интегрированных в единую информационную сеть. Тем не менее сохранится ведущая роль наземных информационных средств, основу которых составляют надгоризонтные, загоризонтные и многопозиционные РЛС ПВО .

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЛС ПВО СТРАН НАТО

Надгоризонтные РЛС ПВО наземного базирования как часть информационной системы, решают задачи обнаружения целей всех классов, включая баллистические ракеты, в сложной помеховой и целевой обстановке при воздействии средств поражения противника. Эти РЛС модернизируются и создаются на основе комплексных подходов с учетом критерия «эффективность/стоимость».

Модернизация радиолокационных средств будет осуществляться на основе внедрения элементов подсистем радиолокатора, разработанных в рамках проводимых исследований по созданию перспективных средств радиолокации. Это обусловлено тем, что стоимость абсолютно новой станции выше стоимости модернизации существующих РЛС и достигает порядка нескольких миллионов долларов США. В настоящее время подавляющее большинство РЛС ПВО, находящихся на вооружении зарубежных стран, составляют станции сантиметрового и дециметрового диапазонов. Представительными образцами таких станций являются РЛС: AN/FPS-117, AR 327, TRS 2215/TRS 2230, AN/MPQ-64, GIRAFFE AMB, M3R, GM 400.

РЛС AN/FPS-117, разработанная и производимая фирмой «Локхид-Мартин». использует диапазон частот 1-2 ГГц, представляет собой полнос­тью твердотельную систему, предна­значенную для решения задач дальнего обнаружения, определения координат и опознавания целей, а также для применения в системе УВД. Станция обеспечивает возможность адаптации режимов работы в зависимости от скла­дывающейся помеховой обстановки.

Вычислительные средства, приме­няемые в радиолокационной станции, позволяют постоянно контролировать состояние подсистем радиолокатора. Определять и отображать место отказа на мониторе рабочего места операто­ра. Продолжаются работы по совершенствованию подсистем, входящих в состав РЛС AN/FPS-117. что даст возможность использовать станцию для обнаружения баллистических целей, определения их места падения и выдачи целеуказания заинтересован­ным потребителям. При этом основной задачей станции по-прежнему является обнаружение и сопровождение воздуш­ных целей.

AR 327, разработанная на основе станции AR 325 специалистами США и Великобритании, спо­собна выполнять функ­ции комплекса средств автоматизации низшего звена (при доукомплек­товании ее кабиной с до­полнительными рабочи­ми местами). Оценочная стоимость одного образца составляет 9,4-14 млн. долларов. Антенная система, выполненная в виде ФАР, обеспечивает фазовое ска­нирование по углу места. В станции используется цифровая обработка сиг­налов. Управление РЛС и ее подсистемами осущест­вляется операционной си­стемой Windows. Станция применяется в АСУ евро­пейских стран НАТО. Кроме того, проводится модернизация средств сопряжения для обеспечения возможности работы РЛС

AR 327, разработанная на основе станции AR 325 специалистами США и Великобритании, способна выполнять функции комплекса средств автоматизации низшего звена (при доукомплектовании ее кабиной с дополнительными рабочими местами), Оценочная стоимость одного образца составляет 9,4-14 млн. долларов. Антенная система, выполненная в виде ФАР, обеспечивает фазовое сканирование по углу места. В станции используется цифровая обработка сигналов. Управление РЛС и ее подсистемами осуществляется операционной системой Windows. Станция применяется в АСУ европейских стран НАТО. Кроме того, проводится модернизация средств сопряжения для обеспечения возможности работы РЛС при дальнейшем повышении мощности вычислительных средств.

Особенностью РЛС является использование цифровой системы СДЦ и системы защиты от активных помех, которая способна в широком диапазоне частот адаптивно перестраивать рабочую частоту станции. Имеется также режим перестройки частоты «от импульса к импульсу», и повышена точность определения высоты при малых углах места цели. Предполагается дальнейшее совершенствование приемопередающей подсистемы и аппаратуры когерентной обработки принятых сигналов для повышения дальности и улучшения точностных показателей обнаружения воздушных целей.

Французские трехкоординатные РЛС с ФАР TRS 2215 и 2230, предназначенные для обнаружения, опознавания и сопровождения ВЦ, разработаны на основе станции SATRAPE в мобильном и транспортируемом вариантах. Они имеют одинаковые приемопередающие системы, средства обработки данных и составные элементы антенной системы, а их отличие заключается в размерах антенных решеток. Такая унификация позволяет повысить гибкость материально-технического обеспечения станций и качество их обслуживания.

Транспортабельная трехкоординатная РЛС AN/MPQ-64, работающая в сантиметровом диапазоне, создана на базе станции AN/TPQ-36A. Она предназначена для обнаружения, сопровождения, измерения координат воздушных объектов и выдачи целеуказания системам перехвата. Станция применяется в мобильных подразделениях ВС США при организации ПВО. РЛС способна работать совместно как с другими радиолокаторами обнаружения, так и с информационными средствами ЗРК ближнего действия.

Мобильная радиолокационная станция GIRAFFE AMB предназначена для решения задач обнаружения, определения координат и сопровождения целей. В данной РЛС применены новые технические решения в системе обработки сигналов. В результате проведенной модернизации подсистема управления позволяет автоматически обнаруживать вертолеты в режиме зависания и оценивать степень угрозы, а также автоматизировать функции боевого управления.

Мобильная модульная многофункцио­нальная РЛС M3R разработана француз­ской фирмой «Талес» (Thales) в рамках одноименного проекта. Это станция нового поколения, предназначенная для применения в объединенной системе ГТВО-ПРО, создается на базе семейства станций «Мастер», которые, имея современные параметры, являются наиболее конкурентоспособными среди мобильных РЛС обнаружения большой дальности. Она представляет собой многофункциональную трехкоординатную РЛС, работающую в 10-см диапазоне. В станции используется технология «интеллектуалъного управления РЛС» (Intelligent Radar Management), предусматривающая оптимальное управление формой сигнала, периодом повторения и др. в различных режимах работы.

РЛС ПВО GM 400 (Ground Master 400), разработанная фирмой «Талес», предназначена для применения в объединенной системе ПВО-ПРО. Она создается также на базе семейства станций «Мастер» и представляет собой многофункциональную трехко-ординатную РЛС, работающую в диапазоне 2,9-3,3 ГГц.

В рассматриваемом радиолокаторе удачно реализован ряд таких перспективных концепций построения, как «полностью цифровая РЛС» (digital radar) и «полностью экологичная РЛС» (green radar).

К особенностям станции относятся: цифровое управление диаграммой направленности антенны; большая дальность обнаружения целей, в том числе НЛЦ и БР; возможность дистанционного управления работой подсистемами РЛС с удаленных автоматизированных рабочих мест операторов.

В отличие от надгоризонтных станций загоризонтные РЛС обеспечивают большее время предупреждения о налете воздушных или баллистических целей и выдвижение рубежа обнаружения воздушных целей на значительные дальности за счет особенностей распространения радиоволн частотного диапазона (2-30 МГц), применяемого в загоризонтных средствах, а также позволяют существенно повысить эффективную поверхность рассеивания (ЭПР) обнаруживаемых целей и, как следствие, увеличить дальность их обнаружения.

Специфика формирования передающих диаграмм направленности загоризонтных РЛС, в частности ROTHR, дает возможность осуществлять многослойное (всевысотное) перекрытие зоны обзора в критических районах, что является актуальным при решении задач обеспечения безопасности и обороны национальной территории США, защиты от морских и воздушных целей, включая крылатые ракеты. Представительными образцами загоризонтных РЛС являются: AN/TPS-7I (США) и «Нострадамус» (Франция).

В США разработана и проходит непрерывную модернизацию ЗГ РЛС AN/TPS-71, предназначенная для обнаружения низколетящих целей. Отличительной особенностью станции является возможность ее переброски в любой район земного шара и относительно быстрого (до 10-14 сут) развертывания на заранее подготовленных позициях. Для этого аппаратура станции смонтирована в специализированных контейнерах.

Информация от загоризонтной РЛС поступает в систему целеуказания ВМС, а также других видов ВС. Для обнаружения носителей крылатых ракет в районах, прилегающих к США, кроме станций, размещенных в штатах Виргиния, Аляска и Техас, планируется установить модернизированную загоризонтную РЛС в штате Северная Дакота (или Монтана) для контроля за воздушным пространством над Мексикой и прилегающими районами Тихого океана. Принято решение о развертывании новых станций для обнаружения носителей крылатых ракет в акватории Карибского бассейна, над Центральной и Южной Америкой. Первая такая станция будет установлена в Пуэрто-Рико. Передающий пункт разворачивается на о. Вьекес, приемный – в юго-западной части о. Пуэрто-Рико.

Во Франции по проекту «Нострадамус» завершена разработка ЗГ РЛС возвратно-наклонного зондирования, которая обнаруживает малоразмерные цели на дальностях 700-3000 км. Важными отличительными особенностями этой станции являются: возможность одновременного обнаружения воздушных целей в пределах 360 градусов по азимуту и применение моностатического способа построения вместо традиционного бистатического. Станция размещена в 100 км западнее Парижа. Рассматривается возможность применения элементов загоризонтной РЛС «Нострадамус» на космических и воздушных платформах для решения задач раннего предупреждения о налете средств воздушного нападения и эффективного управления оружием перехвата.

Зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны (ЗГ РЛС ПВ) в качестве относительно недорогих средств эффективного контроля за воздушным и надводным пространством территории государств.

Получаемая от таких РЛС информация дает возможность увеличить время предупреждения, необходимое для принятия соответствующих решений.

Сравнительный анализ возможностей надгоризонтных и загоризонтных радиолокационных средств поверхностной волны по обнаружению воздушных и надводных объектов показывает, что ЗГ РЛС ПВ значительно превосходят обычные радиолокационные средства наземного базирования по дальности обнаружения и способности сопровождения как малозаметных и низколетящих целей, так и надводных кораблей различного водоизмещения. При этом возможности по обнаружению воздушных объектов на больших и средних высотах снижаются незначительно, что не влияет на эффективность загоризонтных радиолокационных средств. Кроме этого, затраты на приобретение и эксплуатацию ЗГ РЛС поверхностной ванны относительно невысоки и соизмеримы с их эффективностью.

Основными образцами ЗГ РЛС поверхностной волны, которые приняты на вооружение зарубежных стран, являются станции SWR-503 (модернизированный вариант SWR-603) и OVERSEER.

ЗГ РЛС поверхностной волны SWR-503 разработана канадским отделением фирмы «Рейтеон» в соответствии с требованиями министерства обороны Канады. РЛС предназначена для наблюдения за воздушным и надводным пространством над океанскими территориями, прилегающими к восточному побережью страны, обнаружения и сопровождения надводных и воздушных целей в пределах границ исключительной экономической зоны.

Станция SWR-503 Может задействоваться также для обнаружения айсбергов, мониторинга окружающей среды, поиска потерпевших бедствие судов и самолетов. Для наблюдения за воздушным и морским пространством в районе Ньюфаундленда, в прибрежных зонах которого имеются значительные рыбные и нефтяные запасы, уже используются две станции такого типа и оперативный центр управления. Предполагается, что станция будет применяться для управления воздушным движением самолетов во всем диапазоне высот и наблюдения за целями, находящимися ниже радиолокационного горизонта.

При проведении испытаний РЛС обнаруживала и сопровождала все цели, которые наблюдались также другими средствами ПВО и береговой обороны. Кроме того, проводились эксперименты, направленные на обеспечение возможности обнаружения КР, летящих над морской поверхностью, однако для эффективного решения данной задачи в полном объеме, по мнению разработчиков этой РЛС, необходимо расширение ее рабочего диапазона до 15-20 МГц. По оценкам зарубежных специалистов, страны, имеющие протяженную береговую линию, могут устанавливать сеть таких РЛС с интервалом до 370 км для обеспечения полного перекрытия зоны наблюдения за воздушным и морским пространством в пределах своих границ.

Стоимость одного состоящего на вооружении образца ЗГ РЛС ПВ типа SWR-5G3 8-10 млн долларов. Процессы эксплуатации и комплексного обслуживания станции обходятся примерно в 400 тыс. долларов в год.

ЗГ РЛС OVERSEER представляет новое семейство станций с поверхностной волной, которая разработана фирмой «Маркони» и предназначена для гражданского и военного применения. Используя эффект распространения волн по поверхности, станция способна обнаруживать на больших дальностях и различных высотах воздушные и морские объекты всех классов, которые невозможно обнаружить обычными РЛС.

Подсистемы станции объединяют в себе множество технологических достижений, которые позволяют получать более качественную информационную картину о целях на больших площадях морского и воздушного пространства с быстрым обновлением данных.

Стоимость одного образца ЗГ РЛС поверхностной волны OVERSEER в однопозиционном варианте составляет примерно 6-8 млн долларов, а эксплуатация и комплексное обслуживание станции в зависимости от решаемых задач оцениваются в 300-400 тыс. долларов.

В недрение принципов «сетецентрических операций» в будущих военных конфликтах, по взглядам зарубежных экспертов, обусловливает необходимость применения новых методов построения компонентов информационных систем, в том числе на основе многопозиционных (МП) и распределенных датчиков и элементов, входящих в состав информационной инфраструктуры перспективных систем обнаружения и управления ПВО-ПРО с учетом требований интеграции в рамках НАТО.

Многопозиционные радиолокационные системы могут стать важнейшей составляющей информационных подсистем перспективных систем управления ПВО-ПРО, а также эффективным средством при решении задач обнаружения БЛА различных классов и крылатых ракет.

МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ РЛС БОЛЬШОЙ ДАЛЬНОСТИ (МП РЛС)

По оценкам зарубежных специалистов, в странах НАТО большое внимание уделяется созданию перспективных наземных многопозиционных систем, обладающих уникальными возможностями по обнаружению различных типов воздушных целей (ВЦ). Важное место среди них занимают системы большой дальности и «распределенные» системы, создаваемые по программам «Сайлент Сентри-2», «Риас», CELLDAR и др. Такие РЛС предназначены для работы в составе систем управления при решении задач обнаружения ВЦ во всех диапазонах высот в условиях применения средств РЭБ. Получаемые ими данные будут использоваться в интересах перспективных систем ПВО-ПРО, обнаружения и сопровождения целей, выполненных по на больших дальностях, а также обнаружения пусков БР, в том числе и за счет интеграции с аналогичными средствами в рамках НАТО.

МП РЛС «Сайлент Сентри-2». По сообщениям зарубежной печати, РЛС, в основе действия которых лежит возможность применения для подсвета целей излучений передатчиков телевизионных или радиовещательных станций, активно разрабатывались в странах НАТО с 1970-х годов. Вариантом такой системы, созданной в соответствии с требованиями ВВС и СВ США, стала МП РЛС «Сайлент Сентри», которая после усовершенствования получила наименование «Сайлент Сентри-2».

По мнению зарубежных специалистов, система позволяет обнаруживать самолеты, вертолеты, ракеты, управлять воздушным движением, контролировать воздушное пространство в зонах конфликтов с учетом скрытности работы средств ПВО-ПРО США и НАТО в этих регионах. Она работает в частотных диапазонах, соответствующих частотам ТВ- или радиовещательных передатчиков, существующих на ТВД.

Диаграмма направленности экспериментальной приемной ФАР (расположенной в Балтиморе на удалении 50 км от передатчика) была сориентирована в сторону международного аэропорта г. Вашингтон, где осуществлялось обнаружение и сопровождение целей в процессе испытаний. Разработан также мобильный вариант приемной станции РЛС.

В ходе работы приемные и передающие позиции МП РЛС объединялись широкополосными линиями передачи данных, а в состав системы входят средства обработки с высокой производительностью. По сообщениям зарубежной печати, возможности системы «Сайлент Сентри-2» по обнаружению целей были подтверждены при полете МТКК STS 103, оснащенного телескопом «Хаббл». В процессе эксперимента успешно обнаруживались цели, слежение за которыми дублировалось бортовыми оптическим средствами, включая телескоп. При этом подтвердились возможности РЛС «Сайленг Сентри-2» no обнаружению и сопровождению более 80 ВЦ. Полученные в ходе экспериментов данные использовались для дальнейшей работы по созданию многопозиционной системы типа STAR, предназначенной для слежения за низкоорбитальными космическими аппаратами.

МП РЛС «Риас». Специалисты ряда стран НАТО, по сообщениям зарубежной печати, также успешно работают над проблемой создания МП РЛС. Французские фирмы «Томсон-CSF» и «Онера» в соответствии с требованиями ВВС проводили соответствующие работы в рамках программы «Риас». Сообщалось, что в период после 2015 года такая система сможет применяться для обнаружения и сопровождения целей (в том числе малоразмерных и выполненных по технологии «стелс»), БЛА и крылатых ракет на больших дальностях.

По оценкам зарубежных специалистов, система «Риас» позволит решать задачи управления воздушным движением самолетов военной и гражданской авиации. Станция «Риас» представляет систему с корреляционной обработкой данных от нескольких приемных позиций, которая работает в частотном диапазоне 30-300 МГц. В ее состав входят до 25 распределенных передающих и приемных устройств, оснащенных ненаправленными дипольными антеннами, которые аналогичны антеннам загоризонтных РЛС. Передающие и приемные антенны на 15-м мачтах располагаются с интервалом в десятки метров концентрическими окружностями (диаметром до 400 м). Экспериментальный образец РЛС «Риас»» развернутый на о. Левант (40 км от г. Тулон), в процессе испытаний обеспечивал обнаружение высотной цели (типа самолет) на дальности более 100 км.

По оценкам иностранной прессы, в этой станции обеспечивается высокий уровень живучести и помехозащищенности за счет избыточности элементов системы (вывод из строя отдельных передатчиков или приемников не влияет на эффективность ее функционирования в целом). В ходе ее функционирования могут использоваться несколько независимых комплектов аппаратуры обработки данных с приемникам, устанавливаемыми на земле, на борту летательного аппарата (при формировании МП РЛС с большими базами). Как сообщалось, вариант РЛС, предназначенный для применения в боевых условиях, будет включать до 100 передатчиков и приемников и решать задачи ПВО-ПРО и управления воздушным движением.

МП РЛС CELLDAR. По сообщениям зарубежной печати, над созданием новых типов многопозиционных систем и средств, использующих излучение передатчиков сотовых сетей мобильной связи, активно работают специалисты стран НАТО (Великобритании, ФРГ и др.). Исследования проводятся фирмами «Роук Мэйнср». «Сименс», «БАэ системз» и рядом других в интересах ВВС и СВ в рамках создания варианта многопозиционной системы обнаружения для решения задач ПВО-ПРО, использующей корреляционную обработку данных от нескольких приемных позиций. Многопозиционная система использует излучение, формируемое передающими антеннами, установленными на вышках сотовой телефонной сети, которое обеспечивает подсвет целей. В качестве приемных устройств применяется специальная аппаратура, работающая в частотных диапазонах стандартов GSM 900, 1800 и 3G, которая получает данные от антенных подсистем в виде ФАР.

По сообщениям зарубежной печати, приемные устройства этой системы могут размещаться на поверхности земли, мобильных платформах, на борту авиационных средств путем интеграции в элементы конструкции самолетов системы AWACS и транспортно-заправочных самолетов. Для повышения точностных характеристик системы CELLDAR и ее помехозащищенности совместно с приемными устройствами на этой же платформе возможно размещение акустических датчиков. Чтобы сделать систему более эффективной, возможна также установка отдельных элементов на БЛА и самолетах ДРЛО и управления.

По оценкам зарубежных специалистов, в период после 2015 года планируется широко применять МП РЛС такого типа в системах обнаружения и управления ПВО-ПРО. Такая станция будет обеспечивать обнаружение движущихся наземных целей, вертолетов, перископов подлодок, надводных целей, разведку на поле боя, поддержку действий специальных сил, охрану объектов.

МП РЛС «Дарк». По сообщениям зарубежной печати, французская фирма «Томсон-CSF» проводила НИОКР по созданию системы обнаружения воздушных целей по программе «Дарк». В соответствии с требованиями ВВС специалисты головного разработчика – «Томсон-CSF» испытали экспериментальный образец приемного устройства «Дарк», выполненный в стационарном варианте. Станция размещалась в г.Палезо и решала задачи обнаружения самолетов, совершавших полеты с парижского аэропорта «Орли». Радиолокационные сигналы подсвета целей формировались ТВ-передатчиками, размещаемыми на Эйфелевой башне (более 20 км от приемного устройства), а также телевизионными станциями в городах Бурж и Осер, находящимися в 180 км от Парижа. По оценкам разработчиков, точность измерения координат и скорости движения воздушных целей сопоставима с аналогичными показателями РЛС обнаружения.

По сообщениям зарубежной печати, в соответствии с планами руководства компании, работы по дальнейшему совершенствованию приемной аппаратуры системы «Дарк» будут продолжены с учетом улучшения технических характеристик приемных трактов и выбора более эффективной операционной системы вычислительного комплекса. Одним из наиболее убедительных аргументов в пользу этой системы, по мнению разработчиков, является невысокая стоимость, так как в ходе ее создания применялись известные технологии приема и обработки радио- и ТВ-сигналов. После завершения работ в период после 2015 года такая МП РЛС позволит эффективно решать задачи обнаружения и сопровождения ВЦ (в том числе малоразмерных и выполненных по технологии «стелт»), а также БЛА и КР на больших дальностях.

РЛС AASR . Как отмечалось в сообщениях зарубежной печати, специалисты шведской фирмы «Сааб майкровейв системз» объявили о проведении работ по созданию многопозиционной системы ПВО AASR (Associative Aperture Synthesis Radar), которая предназначена для обнаружения самолетов, разрабатываемых по технологии «стелт». По принципу действия такая РЛС аналогична системе CELLDAR, использующей излучение передатчиков сотовых сетей мобильной связи. По данным издания AW&ST, новая РЛС обеспечит перехват малозаметных воздушных целей, в том числе КР. Планируется, что станция будет включать около 900 узловых станций с разнесенным передатчиками и приемниками, работающими в УКВ-диапазоне, при этом несущие частоты радиопередатчиков различаются по номиналам. Самолеты, КР и БЛА, выполненные с использованием радиопоглощающих материалов, будут создавать неоднородности в радиолокационном ноле передатчиков из-за поглощения или переотражения радиоволн. По оценкам иностранных специалистов, точность определения координат цели после совместной обработки данных, получаемых на КП от нескольких приемных позиций может составить около 1,5 м.

Одним из существенных недостатков создаваемой РЛС является то, что эффективное обнаружение цели возможно только после ее прохождения через обороняемое воздушное пространство, поэтому для перехвата воздушной цели остается малый запас времени. Проектная стоимость МП РЛС составит около 156 млн долларов с учетом применения 900 приемных узлов, которые теоретически невозможно вывести из строя первым ракетным ударом.

Система обнаружения НЛЦ Homeland Alert 100. Специалисты американской фирмы «Рейтеон» совместно с европейской компанией «Тхэлс» разработали пассивную когерентную систему обнаружения НЛЦ, предназначенную для получения данных о малоскоростных маловысотных ВЦ, в том числе БЛА, КР и целях, создаваемых по технологии «стелс». Она разрабатывалась в интересах ВВС и СВ США для решения задач ПВО в условиях применения средств РЭБ, в зонах конфликтов, обеспечения действий специальных сил. охраны объектов и др. Все оборудование Homeland Alert 100 размещается в контейнере, устанавливаемом на шасси (4х4) автомобиля повышенной проходимости, однако может использоваться и в стационарном варианте. В состав системы входит антенная мачта, развертываемая в рабочее положение за несколько минут, а также аппаратура анализа, классификации и хранения данных о всех обнаруженных источниках радиоизлучения и их параметрах, что позволяет эффективно обнаруживать и распознавать различные цели.

По сообщениям зарубежной печати, в системе Homeland Alert 100 для подсвета целей используются сигналы, формируемые цифровыми УКВ радиовещательными станциями, аналоговыми ТВ-вещательными передатчикам, а также наземными цифровыми ТВ-передатчиками. Это обеспечивает возможность приема переотраженных целями сигналов, обнаружение и определение их координат и скорости в азимутальном секторе 360 градусов, угломестном – 90 градусов, на дальностях до 100 км и до 6000 м по высоте. Круглосуточное всепогодное наблюдение за окружающей обстановкой, а также возможность автономной работы или в составе информационной сети позволяют сравнительно недорогими способами эффективно решать задачи обнаружения маловысотных целей, в том числе, в сложных помеховых условиях, в зонах конфликтов в интересах ПВО-ПРО. При использовании МП РЛС Homeland Alert 100 в составе сетевых систем управления и взаимодействии с центрами оповещения и управления применяется протокол Asterix/AWCIES. Повышенная помехозащищенность такой системы базируется на принципах многопозиционной обработки информации и применении пассивных режимов работы.

В зарубежных СМИ соообщалось, что систему Homeland Alert 100 планировали приобрести ряд стран НАТО.

Таким образом, состоящие на вооружении стран НА ТО и разрабатываемые наземные радиолокационные станции ПВО-ПРО на ТВД остаются основным источником информации о воздушных объектах и являются главным элементам при формировании единой картины воздушной обстановки.

(В. Петров, С. Гришулин, "Зарубежное военное обозрение")

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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПУТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Работу выполнил

Кононенко Дмитрий Александрович

Специальность 210302 - Радиотехника

Научный руководитель

канд. техн. наук, доцент

А.Н. Казаков

Нормоконтролёр инженер

И.А. Прохорова

Краснодар 2013

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 35 с., 4 рис., 12 источников.

МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ РАДИОЛАКАЦИОННЕ СИСТЕМЫ, МПРЛС, РАДИОЛОКАЦИЯ

Основные результаты курсовой работы заключаются в следующем: сделан обзор и систематизация методов построения многопозиционных радиолокационных систем.

Введение

Обоснование необходимости использования РЛС

Основные преимущества многопозиционных РЛС

Недостатки МПРЛС

Заключение

Введение

Радиолокацией называют область науки и техники, объединяющую методы и средства обнаружения, измерения координат и параметров движения, а также определения свойств и характеристик различных объектов (радиолокационных целей), основанных на использовании радиоволн, излучаемых, ретранслируемых либо отражаемых (рассеиваемых) этими объектами. Процесс обнаружения объектов, измерения их координат и параметров движения называют радиолокационным наблюдением (иногда радиолокацией цели), а используемые для этого системы - радиолокационными станциями (PЛC) или радиолокаторами.

Радионавигация - область науки и техники, охватывающая радиотехнические методы и средства вождения кораблей, летательных и космических аппаратов, а также других движущихся объектов.

Таким образом, радиолокация и радионавигация тесно связаны общностью решаемой ими задачи - определения координат объекта. Во многих случаях РЛС применяют для решения чисто радионавигационных задач.

Радиоуправление - отрасль техники, включающая радиотехнические методы и средства автоматического управления объектами. Совокупность технических средств для такого управления называют системой радиоуправления. В радиоуправлении используют как радиолокационные, так и навигационные системы.

В зависимости от природы возникновения электромагнитных волн, достигающих антенны РЛС и доставляющих информацию об объекте радиолокационного наблюдения, различают активную, полуактивную, активную с активным ответом и пассивную радиолокацию.

При активной радиолокации сигнал, принимаемый приемником РЛС, создается в результате отражения (рассеяния) объектом электромагнитных колебании, излучаемых антенной РЛС и облучающих объект. Сигнал, излучаемый антенной РЛС, называют прямым или зондирующим, а принимаемый приемной антенной РЛС - отраженным или радиолокационным. Таким образом, при активной радиолокации применяют передатчик в составе РЛС и работают с отраженным (рассеянным) сигналом.

При полуактивной радиолокации носителем информации также является сигнал, отраженный объектом, но источник облучающих объект радиоволн вынесен относительно приемника РЛС и может действовать независимо от него. Передающее устройство, облучающее цель, может быть расположено, например, на земле или корабле, а приемное, использующее отраженный сигналена ракете, направленной на цель.

Возможность обнаружения объектов, не являющихся источниками радиоизлучения - достоинство активного и полуактивного методов радиолокации.

При активной радиолокации с активным ответом применяют сигнал, ретранслируемый (переизлучаемый) специальным приемопередатчиком (ответчиком), установленным на объекте. Приемник ответчика принимает сигнал РЛС, который вызывает генерирование и излучение ответного сигнала. Ответный сигнал может иметь мощность значительно большую, чем отраженный, поэтому применение активного ответа позволяет существенно повысить дальность действия и помехозащищенность системы. Кроме того, ответный сигнал может быть использован для передачи дополнительной информации с объекта (например, бортового номера самолета, его высоты и др.). С помощью ответчика решается и задача опознавания объекта, т. е. отличия «своих» самолетов или кораблей от «чужих». Принцип активного ответа широко применяется в радионавигации и радиоуправлении, например в радиосистемах ближней навигации (РСБН) и системах управления воздушным движением (УВД).

В пассивной радиолокации сигналом, принимаемым РЛС, является естественное излучение объектов в радиодиапазоне преимущественно теплового происхождения, поэтому пассивную радиолокацию называют также радио-теплолокацией. Таким образом, в этом случае, так же как и в активной радиолокации, для обнаружения объектов и определения их координат применяют радиосигнал. Однако природа сигнала при этом иная-зондирование (облучение) объекта отсутствует, и поэтому одна РЛС может определить лишь направление (пеленг) на объект, т. е. осуществить радиопеленгование последнего. Поэтому пассивная радиолокация тесно связана с радиопеленгацией- отраслью радионавигации, основанной на использовании методов и средств определения направления на объекты, имеющие источники радиоизлучения.

Таким образом, основой радиолокационного обнаружения, определения координат и их производных, а возможно, и некоторых других характеристик (размеров, формы, физических свойств) объектов является радиосигнал, отраженный, переизлученный или, излученный объектами наблюдения. В активной радиолокации источник электромагнитных колебаний - передающее устройство РЛС. Но электромагнитные колебания зондирующего сигнала становятся носителем информации об объекте, т. е. радиолокационным сигналом, лишь после их отражения (рассеяния) объектом наблюдения. Однако от вида и параметров зондирующего сигнала (энергии, несущей частоты, длительности и ширины спектра) зависят основные характеристики РЛС: дальность действия, точность определения координат и скорости объектов, разрешающая способность, т. е. тот объем информации, который может быть получен при обработке радиолокационного сигнала.

Под зондирующим обычно понимают сигнал, излучаемый антенной, поэтому его модуляция оказывается связанной также с параметрами антенной системы и ее движением. Так, при повороте оси диаграммы направленности антенны (ДНА) относительно направления на объект амплитуда сигнала изменяется, т. е. появляется дополнительная амплитудная модуляция, параметры которой зависят от ширины и формы ДНА, а также скорости ее поворота.

Антенная система определяет также поляризацию зондирующего сигнала. В современных РЛС применяют линейную и круговую поляризацию. Если отражающий объект попадает в зону облучения РЛС (в пределы ширины ДНА), то создается отраженный сигнал, несущий информацию об объекте. Факт приема сигнала свидетельствует об обнаружении объекта, а амплитуда, фаза, частота, вид поляризации, время задержки относительно зондирующего сигнала и направление прихода сигнала к приемной антенне позволяют оценить координаты объекта, параметры его движения, а при наличии нескольких объектов - разделить их, выделить объект с требуемыми свойствами и т. д.

Целью данной курсовой работы является совершенствование учебно-методического комплекса Радиотехнические системы.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

Рассмотреть разновидности МПРЛС;

исследовать принципы построения основных разновидностей МПРЛС;

проанализировать недостатки основных разновидностей МПРЛС;

рассмотреть перспективы развития многопозиционных радиолокационных систем.

1. Обоснование необходимости использования РЛС

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.

2. 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 β 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;

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 τ - 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 β).

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: δα - по углу (ширина главного лепестка ДН); δR - по дальности, δt 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 δθ 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 δθ 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 Δ f c ширина РДН значительно меньше обычной ширины ДН антенн. Например, при L эф = 30 км, Δ f c =10 МГц по (6) получаем δθ=10-3 рад ≈ 3,4′. Однако при малых углах θ между линией базы и направлением на цель уменьшение эффективной базы L эф =Lsin θ 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 δR , которую можно приближенно (при R>>L) выразить формулой

где δα - 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 δα = 10-2 рад ≈ 34′ δR ≈ 30 км для R = 300 км и δR ≈ 16,7 км для R = 200 км. При этом разрешающая способность в поперечном (по отношению к дальности) направлении оценивается величиной R δα, т. е. при тех же условиях 3 и 2 км. Разрешение по дальности относительно каждой из позиций может достигать R δα 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 Δτ≈1/Δ f c и δΔR ≈c/ Δf c . При этом справедлива формула (7) для РДН пары приемных позиций (при R>>L ). При достаточно больших значениях произведения L эф Δf 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 (ЛЗτ - линия задержки, Корр - коррелятор δτ - 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 δΔR - 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 Тз, а энергия, излучаемая в каждом зондировании, не менее ΔЭ. Если средняя мощность, выделяемая PЛC на сопровождение целей, равна Рсопр, то число целей, которое может одновременно сопровождать РЛС,

где Рср - 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 Рср, повышают пропускную способность. Но даже при одном и том же значении Рср 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 Т3. 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 Т3, 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.

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 объединеннымив 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.

3. Недостатки МПРЛС

Помимо достоинств МПРЛС имеют и определенные недостатки. Как правило, это - дополнительные трудности, которые приходится преодолевать при создании МПРЛС. Их можно рассматривать как «плату» за преимущества.

Необходимость совместного управления разнесенными позициями. В зависимости от типа МПРЛС совместное управление может либо ограничиваться распределением подлежащих обслуживанию целей между позициями, либо решать более сложные задачи согласованного сканирования пространства, выбора частот излучения и приема, типов зондирующих сигналов, использования тех или иных алгоритмов обработки информации и др. В МПРЛС с подвижными позициями возникает задача управления расположением позиций. Для повышения живучести МПРЛС важное значение имеет децентрализация управления.

Необходимость передачи данных по линиям связи. Для передачи данных в центры обработки информации (ЦОИ) в составе МПРЛС должны быть межпозиционные линии связи. По ним передается также командная информация для управления МПРЛС.

Создание линий связи с требуемыми характеристиками не представляет принципиальных трудностей, но повышает сложность и стоимость МПРЛС. Следует учитывать необходимость защиты линий связи от помех, а в некоторых случаях - и от уничтожения противником. При объединении траекторий или единичных замеров могут применяться линии малой пропускной способности, вплоть до телефонных каналов. При объединении радиосигналов требуются широкополосные линии. Для снижения требований к пропускной способности применяют различные способы уплотнения (передача данных в стробах и др.). Линии передачи командной информации обычно узкополосные.

Дополнительные требования по синхронизации, передаче опорных колебаний и сигналов, фазированию разнесенных позиций. Для организации совместной обработки информации и управления МПРЛС необходима синхронизация разнесенных позиций. Точные измерения координат целей эллиптическим или гиперболическим методами требуют точной синхронизации. Хотя точная синхронизация разнесенных позиций связана с определенными трудностями, эта задача решена в существующих системах. Так, в МПРЛС MMS ошибка синхронизации оценивается величиной 0,5 нс.

В МПРЛС с кооперативным приемом сигналов в приемных позициях необходимо знать закон модуляции излученного зондирующего сигнала. Для когерентной обработки эхосигналов (систем СДЦ) и измерения доплеровских смещений частоты нужна взаимная привязка частот передатчиков и гетеродинов приемников. Привязка частот гетеродинов требуется и при взаимно корреляционной обработке помех в пассивных и активно-пассивных МПРЛС с объединением на промежуточной частоте. В пространственно-когерентных МПРЛС необходима еще и взаимная привязка начальных фаз сигналов в приемных (а в общем случае и в передающих) позициях.

Повышение требований к устройствам обработки сигналов и производительности вычислительных средств. Этот недостаток является следствием одного из основных преимуществ МПРЛС - значительного увеличения объема информации по сравнению с однопозиционной РЛС. Нагрузкана вычислительные средства возрастает также из-за добавления операций, специфических для МПРЛС. Это - преобразование результатов измерений разными позициями в единую систему координат, отождествление данных, получаемых разными позициями по каждой цели. Усложняются алгоритмы сопровождения целей. Современное состояние техники обработки сигналов и вычислительной техники позволяет выполнять предъявляемые требования.

Необходимость геодезической или навигационной привязки и союстировки позиций. Для объединения координатной информации, получаемой разнесенными позициями, и построения результирующих траекторий объектов требуются знание местоположения и союстировка позиций. Ошибки определения местоположения позиций и ориентации осей местной системы координат каждой позиции непосредственно влияют на точность выходной информации МПРЛС. Поэтому разрабатываются специальные методы и алгоритмы для точной привязки и юстировки позиции. Наибольшие трудности возникают в МПРЛС с подвижными позициями, для которых задача может решаться с помощью навигационных средств и систем. Остаточные ошибкиможно рассматривать как неизвестные величины и оценивать их вместе с координатами целей.

Как правило, МПРЛС из нескольких позиций с линиями связи и центрами совместной обработки информации сложнее и дороже, чем однопозиционная РЛС. Для одновременного наблюдения целей разнесенными позициями часто требуются антенны с электронным сканированием, желательно многолучевые. Однако сравнение по сложности и стоимости правомерно лишь при близких технических характеристиках. Некоторые характеристики МПРЛС недостижимы в однопозиционных РЛС, а реализация других требует резкого усложнения и удорожания РЛС (например, применения фазированных антенных решеток огромных размеров). МПРЛС со сравнительно простыми однотипными позициями дешевле, чем однопозиционная РЛС с близкими техническими характеристиками. Конечно, применение МПРЛС целесообразно тогда, когда обычная однопозиционная РЛС не может справиться с поставленными задачами, т. е. при высоких требованиях к информативности, помехозащищенности, живучести.

Во многих случаях можно получить значительный эффект при небольших затратах путем объединения в МПРЛС имеющейся сети однопозиционных РЛС или путем добавления к имеющимся однопозиционным РЛС вынесенных приемных позиций.

техническое преимущество многопозиционный радиолокационная система

Заключение

В настоящее время, несмотря на наличие хорошо разработанных методов анализа и синтеза радиолокационных станций и систем (РЛС)различного назначения, существуют проблемы проектирования, создания и эксплуатации новых образцов данного вида радиолокационной техники. Это связано прежде всего с усложнением целей и решаемых РЛС задач, повышением требований к показателям качества функционирования (точности, информативности, помехоустойчивости и т.д.), что, в свою очередь, приводит к усложнению их структуры и процессов функционирования.

К преимуществам многопозиционных систем, по сравнению с однопозиционными РЛС, следует отнести: более высокую помехоустойчивость; высокую точность завязки и сопровождения траекторий целей; большую информативность. Рассредоточенность в пространстве и избыточное число позиций значительно повышают живучесть многопозиционных РЛС (МПРЛС). При этом выход из строя какой-либо из позиций не приведет к полному нарушению работоспособности, а вызовет лишь частичное ухудшение характеристик МПРЛС.

В классических работах методы обнаружения, измерения координат и траекторий движения целей с помощью многопозиционных РЛС - активных и пассивных - представлены достаточно широко. При этом подавляющее число известных методов основано на предположении, что цель находится в дальней зоне, т.е. дальность до цели в несколько раз превышает расстояние между приемными станциями МПРЛС. Это дает возможность использовать линейные малопараметрические модели (как правило, полиномиальные) для задач траекторных измерений. Однако когда маневрирующая цель находится в ближней зоне, подобные модели не позволяют учесть существенную нелинейность текущих измерений, что неизбежно приводит к потерям в точности целеуказания. Особенно характерна такая ситуация для МПРЛС малой дальности. На практике, возможно использование траекторных моделей, учитывающих нелинейный характер перемещения цели относительно системы многопозиционного измерения на малых дальностях. В качестве алгоритма обработки можно использовать нелинейные варианты фильтра Калмана., а также другие алгоритмы.

В военной области задачами РЛС являются обнаружение и определение координат кораблей, самолетов и беспилотных объектов, управление стрельбой и бомбометанием независимо от условий оптической видимости, наблюдение за полем боя, бесконтактный подрыв зарядов и т. п. С помощью РЛС решаются такие «невоенные» задачи, как, например, навигационное обеспечение самолетов, кораблей и космических аппаратов, предупреждение столкновений на суше, на море и в воздухе, разведка погоды и др.

Список использованных источников

1 Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация / В. С. Черняк - М.: Радио и связь, 1993. - 416 с.

Ширман Я. Д. Теоретические основы радиолокации / Я. Д. Ширман, В. Н. Голиков - М.: Сов. радио, 1984. - 560 с.

Дулевич В. Е. Теоретические основы радиолокации / А. А. Коростелев, Н. Ф. Клюев - М.: Сов. радио, 1987. - 608 с.

4 Ширман Я. Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я. Д. Ширман, В. Н. Манжос - М.: Радио и связь, 1981. - 416с.

Максимов М. В. Защита от радиопомех / М. В. Максимов, М. П. Бобнев, Б. Х. Кривицкий - М.: Сов. радио, 1986. - 496 с.

Конторов Д. С. Введение в радиолокационную схемотехнику / Д. С. Конторов, Ю. С. Голубев-Новожилов - М.: Сов. радио, 1982. - 315с.

Цветнов В. В. Многопозиционные радиотехнические системы / В. С. Кондратьев, А. Ф. Котов, Л. Н. Марков - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.

8 Зайцев Д. В. Многопозиционные радиолокационные системы / Д. В. Зайцев - М.: Радиотехника, 2007. - 96 с.

9 Гуров Г. Б. Обнаружение точечного объекта разнесенной системой с переизлучением сигналов // Радиотехника и электроника. - 1989. №5, - С. 5 - 9.

Попов Ю. Б. Оценка координат воздушного объекта в многопозиционной РЛС с использованием фильтра Калмана // ТУСУР. - 2011. - №1, - С. 22 - 28.

11 Weinstein E. Optimal source localization and tracking array measurement // IEEE Trans. - 1998. - Vol. 30, №2, - P. 69 - 76.

Zasada N. Multistatic radar systems for aircraft defence // Signal. - 1997. - Vol. 34, №8, - P. 65 - 75.

Похожие работы на - Исследование принципов построения и путей совершенствования многопозиционных радиолокационных систем