Подполковник В. Петров

В результате совершенствования и распространения в мире средств воздушно-ракетного нападения увеличивается вероятность внезапного нанесения ударов средствами воздушного базирования как по территории самого государства, так и по войскам, размещенным за границей. Кроме того, по мнению руководства зарубежных стран, серьезную опасность в мирное время представляют такие транснациональные угрозы, как наркобизнес, нелегальная иммиграция и терроризм, а также вторжение судов в исключительно экономические зоны.

В качестве средств контроля за воздушным и надводным пространством, позволяющих исключить внезапность нанесения удара с воздуха и обеспечить контроль за исключительными экономическими зонами, зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции (ЗГ РЛС) пространственной и поверхностной волн.

К настоящему времени приняты на вооружение и действуют в интересах ПВО следующие средства: американская за-горизонтная система КОНУС (CONUS ОТН - Continental US Over-the-Horizon Radar) и модернизированная транспортабельная ЗГ РЛС типа AN/TPS-71; биста-тические ЗГ РЛС в Китае; австралийская ДЖОРН (JORN - Jindalee Operational Radar Network); французская «Нострадамус», работы над которой уже завершены.

В американской стационарной системе КОНУС сейчас имеется два радиолокационных поста - восточный и западный. С середины 1991 года восточный пост переведен в режим ограниченного использования. В рамках расширения сети КОНУС в Японии развертывается ЗГ РЛС пространственной волны: на о. Хахадзима (Бэйли) - передающая система и на о. Иводзима (Иото) - приемник и центр управления станцией. Целью создания этой РЛС является усиление контроля за Алеутскими о-вами.

Возможности надгоризонтных и загоризонтных радиолокационных средств по обнаружению воздушных и надводных объектов: Л - ДНА обычной РЛС; Б - диаграмма направленности загоризонтных радиолокационных средств; 1 - низколетящие воздушные объекты; 2- воздушные объекты на больших и средних высотах; 3 - шлюпка; 4 - патрульный катер; 5 - корабль морской зоны

Передающая антенна и контейнеры с аппаратурой передатчика станции AN/TPS-71

Центр управления и приемная антенна станции AN/TPS-71

Приемная антенна ЗГ РЛС «Нострадамус»

Возможности ЗГ РЛС с поверхностной волной SWR-503 по контролю за 200-мильной прибрежной зоной: 1 - военные корабли; 2 - воздушные объекты, летящие на малых высотах с большими скоростями; 3 - морские нефтяные платформы; 5 - рыболовецкие суда; 6 - воздушные объекты на больших и средних высотах

Схематичное построение мобильной ЗГ РЛС поверхностной волны: 1 - канал связи с потребителем информации; 2 - пункт управления и связи; 3 - приемная антенна; 4 - передающая антенна

Кроме радиолокационных станций системы КОНУС для обнаружения низколетящих целей в США разработана и проходит непрерывную модернизацию транспортабельная ЗГ РЛС AN/TPS-71, отличительная особенность которой заключается в возможности ее переброски в любой район земного шара и относительно быстрое (до 10-14 сут) развертывание на заранее подготовленных позициях. Для этого аппаратура станции смонтирована в контейнерах. Информация от ЗГ 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 ЗГ РЛС в штате Северная Дакота (или Монтана) для контроля за воздушным пространством над Мексикой и прилегающими районами Тихого океана. Помимо того, принято решение о развертывании новых станций для обнаружения носителей крылатых ракет в акватории Карибского бассейна, а также над Центральной и Южной Америкой. Первая такая станция устанавливается в Пуэрто-Рико. Передающий пункт разворачивается на о. Вьекес, приемный - в юго-западной части о. Пуэрто-Рико.

В 2003 году в Австралии принята на вооружение загоризонтная система ДЖОРН, способная обнаруживать воздушные и надводные цели на дальностях, недоступных для наземных станций СВЧ-диапазона. Система ДЖОРН включает: бистатическую ЗГ РЛС «Джиндали»; систему контроля состояния ионосферы, известную как система управления частотой ФМС (FMS - Frequency Management System); центр управления, расположенный на авиабазе Эдинбург (штат Южная Австралия). Бистатическая ЗГ РЛС «Джиндали» включает: центр управления ДЖИФАС (JFAS - Jindalee Facility at Alice Spring) в Алис-Спринг, две отдельные станции: первая с зоной обзора 90° размещена в штате Квинсленд (передающий пункт - в Лонгрич, приемный - около Стоунхендж), вторая с зоной обзора 180° по азимуту размещена в штате Западная Австралия (передающий пункт находится северо-восточнее г. Лавертон, приемный - северо-западней этого города).

В Китае имеются две бистатические ЗГ РЛС: одна расположена в провинции Синьцзян (зона ее обнаружения ориентирована на Западную Сибирь), другая - вблизи побережья Южно-Китайского моря. Китайские бистатические станции во многом используют технические решения, применяемые на австралийской ЗГ РЛС.

Во Франции по проекту «Нострадамус» завершена разработка ЗГ РЛС возвратно-наклонного зондирования, которая обнаруживает малоразмерные цели на дальностях 800-3 000 км. Важное отличие этой станции -возможность одновременного обнаружения воздушных целей в пределах 360° по азимуту. Другой характерной ее особенностью является применение моностатического способа построения вместо традиционного бистатического. Станция размещена в 100 км западнее Парижа.

Проведенные за рубежом исследования в области ЗГ РЛС показали, что повышение точности определения местоположения цели может быть достигнуто за счет использования эталонных источников сигнала, установленных в зоне обзора станции. Калибровка таких станций по точности и разрешающей способности может осуществляться также по сигналам с самолетов, оборудованных специальной аппаратурой.

Зарубежные специалисты рассматривают загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны в качестве одних из наиболее перспективных и относительно недорогих средств эффективного контроля за воздушным и надводным пространством. Получаемая от ЗГ РЛС поверхностной волны информация позволяет увеличить время, 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 поверхностной волны 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 способность обнаружения воздушных объектов на больших и средних высотах чуть ниже, что не влияет на эффективность загоризонтных радиолокационных средств. Кроме того, затраты на приобретение и эксплуатацию ЗГ РЛС поверхностной волны относительно невысоки и соизмеримы с их эффективностью.

Представительными образцами ЗГ РЛС поверхностной волны, которые приняты на вооружение зарубежных стран, являются станции SWR-503 и «Overseer». SWR-503 разработана канадским отделением фирмы «Рейтеон» в соответствии с требованиями министерства обороны Канады. Она предназначена для наблюдения за воздушным и надводным пространством над океанскими территориями, прилегающими к восточному побережью страны, а также для обнаружения и сопровождения надводных и воздушных целей в пределах границ исключительной экономической зоны.

ЗГ РЛС поверхностной волны SWR-503 по контролю за 200-мильной прибрежной зоной может использоваться также для обнаружения айсбергов, мониторинга окружающей среды, поиска потерпевших бедствие судов и самолетов. Для наблюдения за воздушным и морским пространством в районе о. Ньюфаундленд, в прибрежных зонах которого имеются значительные рыбные и нефтяные запасы, уже эксплуатируются две необслуживаемые станции такого типа и оперативный центр управления. Предполагается, что SWR-503 будет применяться для управления воздушным движением самолетов во всем диапазоне высот и наблюдения за целями, находящимися ниже радиолокационного горизонта.

В ходе испытаний РЛС обеспечивала обнаружение и сопровождение всех целей, которые наблюдались другими средствами ПВО и береговой обороны. Проводились также эксперименты, направленные на обеспечение возможности обнаружения крылатых ракет, летящих над морской поверхностью, однако для эффективного решения данной проблемы в полном объеме, согласно оценкам западных специалистов, необходимо расширить рабочий диапазон РЛС до 15-20 МГц. По их расчетам, государства, 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 находящегося на вооружении образца ЗГ РЛС поверхностной волны типа SWR-503 составляет 8-10 млн долларов США. Эксплуатация и комплексное обслуживание станции оцениваются примерно в 400 тыс. в год.

ЗГ РЛС Overseer, представляющая новое семейство станций с поверхностной волной, разработана фирмой «Маркони» и предназначена как для гражданского, так 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.

При создании станции зарубежные специалисты использовали технические решения, которые позволят получать более качественную информацию 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 6-8 млн долларов. Эксплуатация и комплексное обслуживание станции в зависимости от решаемых задач оценивается в 300—400 тыс. в год.

Продолжается разработка ЗГ РЛС поверхностной волны в Японии, однако ее тактико-технические характеристики ориентированы в основном на проведение контроля гидрометеорологических условий и поверхностных течений в пределах 200-мильной зоны. После усовершенствования программного обеспечения такие станции смогут решать задачи разведки воздушного и надводного пространства.

ЗГ РЛС поверхностной волны, разработанная в КНР, предназначена для контроля прибрежной акватории на дальности около 400 км. В качестве передающей антенной решетки используется логопериодическая антенна. Приемная антенна представляет собой цепь вертикальных заземленных вибраторов.

Дальнейшим развитием ЗГ РЛС поверхностной волны может стать внедрение разностно-гиперболического метода определения координат воздушных объектов. На основе данного метода исследовалась корабельная многопозиционная ЗГ РЛС поверхностной волны по программе SWOTHR (Surface Wave Over-The-Horizon Radar). Новизна и особенность многопозиционной ЗГ РЛС заключаются в смещении акцента при решении задач определения местоположения воздушных и надводных целей на программные, а не аппаратные средства, как это делается в современных ЗГ РЛС. Применение многопозиционного варианта построения станции позволит
заменить сложные антенные поля с линейными размерами в сотни и тысячи метров ненаправленными вертикальными вибраторами для обнаружения цели по азимуту в пределах 360°. Для реализации предусмотренной планами программы по развертыванию РЛС в составе корабельной группы необходимо наличие нескольких оснащенных специальным оборудованием надводных кораблей, а также разработать новое программное обеспечение на основе использования высокопроизводительных ЭВМ.

После оценки результатов исследований зарубежные специалисты сосредоточили свои усилия на создании ЗГ РЛС в однопозиционном варианте по проекту, получившему наименование HFSWR (High Frequency Surface Wave Radar). В рамках этого проекта на базе уже имеющихся ЗГ РЛС поверхностной волны типов SWR-503 и SWR-610 разрабатывается мобильная станция поверхностной волны.

Предполагается, что развертывание ЗГ РЛС и подготовка ее к выполнению боевых задач займут несколько часов. Станция будет способна обнаруживать и сопровождать как малозаметные и низколетящие цели, так и надводные корабли различного водоизмещения, используя в полном объеме доступный спектр оптимальных частот.

Таким образом, зарубежные эксперты прогнозируют дальнейшее повышение возможностей по обнаружению воздушных целей и расширение частотного диапазона ЗГ РЛС пространственной волны главным образом за счет применения средств «радиоподогрева» ионосферы и калибровки. Загоризонтные радиолокационные станции поверхностной волны останутся эффективным средством наблюдения за воздушным и морским пространством. Продолжатся работы по созданию ЗГ РЛС поверхностной волны в мобильном и многопозиционном вариантах.

Советская радиолокационная станция для раннего обнаружения запусков межконтинентальных баллистических ракет. Задача этой станции - обнаруживать пуски ракет в США по изменениям состава ионосферы, вызываемого ракетными двигателями. В СССР было создано всего три таких радара - рядом с городами Николаевым, Комсомольском-на-Амуре и Чернобылем.

Решение о создании загоризонтной радиолокационной системы Дуга № 1 (возле г. Чернобыля) было принято на основании постановлений Правительства от 18 января 1972 и 14 апреля 1975 года. Уже в 1976 году был смонтирован главный радиолокационный узел ЗГРЛС Чернобыль-2. Генеральным проектировщиком ЗГРЛС был Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи (НИИДАР), а главным конструктором и вдохновителем идеи ЗГРЛС - Франц Кузьминский. Возле радара, сооружённого недалеко от города Чернобыля, был создан гарнизон, где жили военные и их семьи.
В гарнизоне была расквартирована воинская часть космической связи № 74939, которой командовал полковник Владимир Мусиец.

Ныне этот объект сильно заражён и, разумеется, не эксплуатируется.

С помощью мощных излучателей военные смогли заглянуть за горизонт. Очевидно, что благодаря таким способностям этот комплекс получил название - загоризонтные радиолокационные станции (ЗГРЛС) или «Дуга-1» (Радиоцентр дальней связи «Чернобыль-2»). Уникальные способности радара кроются в новаторских идеях конструкторов воплотившихся в исполинских размерах конструкций мачт и принимающих антеннах. Трудно говорить о точных геометрических размерах ЗГЛРС. Данные общедоступных источников противоречивы и, вероятно, неточны. Так высота мачт большой антенны составляет от 135 до 150 м, а длина - от 300 до 500 м. Второй радар несколько скромнее. Порядка 250 м в длину и до 100 м в высоту. При таких поражающих воображение,размерах объект виден почти с любого места Чернобыльской зоны отчуждения.

По данным некоторых источников, стоимость капиталовложений составляла семь миллиардов советских рублей (есть информация о 600–700 млн рублей). Для сравнения - это вдвое дороже, чем строительство Чернобыльской АЭС. Очевидно, что строительство ЗГРЛС возле атомной электростанции объясняется в потребности большого энергопотребления. Важно отметить, ЗГРЛС в Чернобыле-2 предназначалась для приёма и обработки сигнала. По имеющейся информации ЗГРЛС потребляла около 10 МВт. Передатчик комплекса располагался возле города Любеча Черниговской области, на расстоянии 60 км от Чернобыльской станции. Антенна в Любече была меньше и ниже, её высота составляла 85 м. На данный момент передатчик уничтожен.

Конструкторы и разработчики ЗГРЛС - Е. Штырен, В. Шамшин, Франц Кузьминский, Э. Шустов
Дата и место строительства первой ЗГРЛС: 1975 год. Город Комсомольск-на-Амуре
Первое опытное включение ЗГРЛС «Чернобыль-2»: 1980 год.
Проектный институт: НИИДАР (Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи

Трагизм ситуации с «Дугой-1» усугубляется тем, что станция была принята на боевое дежурство ПВО СССР в 1985 году, а в 1986 году система была полностью модернизирована и начала проходить Государственную приёмку. И тут взорвался 4-й блок ЧАЭС. До модернизации, использование ЗГРЛС было затруднительным, поскольку часть диапазона рабочих частот совпадала с частотой работы авиационных систем. Некоторые источники утверждают, что после начала работы чернобыльского радара ряд правительств западных стран заявили о недопустимости работы этой системы, которая препятствует безопасной работе гражданской авиации в Европе. Хотя разработчики ЗГРЛС отвергали обвинения и говорили, что возмущение правительств европейских стран заключается в том, что СССР накрыл «колпаком» все воздушное пространство над Европой и страны НАТО не могли ничего этому противопоставить. После модернизации эта проблема совпадения рабочих частот ЗГРЛС с частотами гражданской авиации была решена.

Полное закрытие инфраструктуры города Чернобыль-2 было проведено не сразу - до 1987 года она была законсервирована. Но со временем стало понятно, что эксплуатировать ее в условиях зоны отчуждения невозможно. Основные узлы системы ЗГРЛС были демонтированы и вывезены в г. Комсомольск.
За характерный звук в эфире, издаваемый при работе (стук) получила название Russian Woodpecker (Русский дятел).
Эта станция наделала много шума - когда при её запуске многие западные державы обнаружили её стук на частотах гражданской авиасвязи. Последовал официальный протест от США, Великобритании и других стран. После пришлось было сменить полосу частот для зондирования. Были даже курьёзы, когда радиолюбители многих стран пытались вести противодействие дятлу путём передачи записанного стука в противофазе. Само собой, толку от этого не было.

Попасть в город и подойти к ЗГРЛС сегодня достаточно трудно. Объект режимный и находится под постоянной охраной одного из предприятий в Чернобыльской зоне. Много можно говорить о царящей разрухе и опустошении построек Чернобыля-2, а также о глубине навеваемой тоски, которую испытываешь от созерцания этих мест. Можно много говорить о поглощении природой этого техногенного монстра, которое заключается в «затягивании» бетонных покрытий дорог и тротуаров наносным почвенным субстратом и разложившимися останками растительности. Некоторые кирпичные строения разрушаются из-за деревьев, выросших на крышах, кирпичных стенах строений.

Гигантских размеров антенна комплекса - высотой с небоскрёб (150 м) и шириной в семь футбольных полей (750 м) породила много легенд: например, что она способна воздействовать на психику людей на расстоянии в тысячи километров, или то, что радар являлся геофизическим (климатическим) оружием (эту версию реально рассматривал Конгресс США) и т.д.

Радиолокационные системы как комплекс радиоэлектронных устройств, решающих задачи обнаружения различных объектов в пространстве. Основные особенности проблем загоризонтной радиолокации. Особенности построения и действия загоризонтного радиолокатора WARF.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.сайт/

Размещено на http://www.сайт/

Курсов ая работа

по курсу

" Радиотехнические системы "

«Загоризонтная РЛС (н аземная) »

Введение

Радиолокационные системы представляют собой комплекс радиоэлектронных устройств, решающих задачи обнаружения различных объектов в пространстве и измерения их координат и параметров движения посредством приёма электромагнитных волн (ЭМВ), переизлучаемых или излучаемых объектами. Термин радар radar является аббревиатурой английских терминов radio detection and ranging-обнаружение и измерение дальности с помощью радио, что отражает основное назначение радиолокатора.

Наблюдаемые объекты принято называть целями. Для радиолокации целями являются самолёты, ракеты, корабли, наземные и космические объекты.

Радиолокационные станции относятся к системам извлечения информации.

Для извлечения информации необходимо произвести наблюдения в некоторой области пространства. Для этого используется радиолуч, направляемый РЛС в заданные точки пространства, что достигается за счёт сканирования луча.

1. Основные задачи, решаемые РЛС

1. Обнаружение целей, то есть обнаружение факта наличия сигнала, принятого от цели. Задача обнаружения возникает вследствие двух причин: из-за наличия шумов на входе РПрУ или внутренних тепловых шумов и, из-за малой интенсивности принимаемых сигналов. Мощность принимаемых полезных сигналов составляет Вт.

Задача обнаружения формулируется как задача проверки предположения (гипотезы) о наличии в наблюдаемом за время Т на входе приёмника напряжении сигнала против предположения, что сигнала в нём нет.

2. Измерение координат объектов, то есть определение пространственного положения и параметров движения.

К измеряемым координатам относятся: дальность до целей, углы, скорости и их производные.

Измерение координат производится путём оценки параметров принимаемых сигналов - задержки, частоты, а также фронта прихода радиоволны.

3. Разрешение объектов, то есть установление числа объектов в некотором малом объёме пространства, в частном случае объектов может быть всего два. Как правило, задача разрешения объектов решается совместно с задачами обнаружения и измерения координат.

4. Классификация объектов с целью установления их типов.

Поскольку радиолокационные системы работают в условиях действия шумов и помех, то все четыре задачи являются статистическими.

Радиолокация как область науки и техники появилась в 30-х годах. Развитие авиации потребовало усовершенствования средств воздушной разведки и наблюдения, поскольку оптические и акустические средства имеют ряд существенных недостатков, главный из которых ограниченная дальность действия.

2 . Основные особенности проблем ЗГ радиолокации

В загоризонтной радиолокации для обнаружения целей, скрытых за линией горизонта, используется свойство радиоволн декаметрового диапазона отражаться от ионосферы. Для обеспечения распространения зондирующих сигналов с малым затуханием на дальности один, два и более скачков необходимо выбрать оптимальную рабочую частоту радиолокатора в зависимости от состояния ионосферы и дальности до цели. Параметры ионосферы (электронная концентрация, высоты слоев и др.) существенно изменяются по пространству и во времени. Поэтому для рабочих частот радиолокатора в сезонно-суточном цикле необходимо использовать практически весь декаметровый диапазон. В связи с этим основной особенностью ЗГ радиолокаторов является их диапазонность (отношение рабочих частот Fmax/Fmin вставляет 4…10 раз). Это создает существенные трудности в разработке антенных передающих и приемных устройств. Сложение мощности многих передатчиков в широком диапазоне частот с помощью фазированных антенных решеток и электронное управление диаграммами направленности передающей и приемной антенн в широком секторе обзора являются сложными научно-техническими задачами.

Радиолокатору приходится работать в сложных помеховых условиях, так как декаметровый диапазон сильно загружен сигналами различных радиостанций.

Кроме того, наряду с полезным сигналом в тракте приема всегда присутствуют мощные отражения от поверхности земли, являющиеся пассивной помехой, которая часто превышает полезный сигнал на 60 и более децибел.

Следует отметить также, что на начальных этапах ЗГ радиолокации полностью отсутствовали данные об эффективных отражающих поверхностях целей, особенно это относится к высотным ионизированным следам ракет.

Таким образом, для преодоления этих трудностей с целью успешного функционирования ЗГ локаторов необходимо решение целого ряда сложных научно - технических проблем. К ним относятся как традиционные радиолокационные проблемы, возникающие при создании широкодиапазонных высокопотенциальных радиолокаторов, работающих в сложных помеховых условиях, так и принципиально новые радиофизические проблемы, связанные с ионосферным распространением декаметровых радиоволн и отражением их от различных целей.

3 . Принци пы построения загоризонтной РЛС

Следует отметить, что ЗГ РЛС являются доплеровскими, т.е. используют для выделения полезных сигналов из помех доплеровское смешение частоты сигналов, отраженных движущимися целями. Станции, использующие принцип обратного рассеяния, вследствие значительных трудностей, связанных с обеспечением развязки между мощной передающей и высокочувствительной приемной системами, в большинстве случаев строят с разнесением на некоторое расстояние передающей и приемной систем (от десятков до одного - двух сотен километров).

Антенна должна иметь большой коэффициент усиления (20…30 дБ), перекрывать широкий диапазон частот (коэффициент перекрытия по частоте РЛС в целом составляет 5…6), обеспечивать быстрое сканирование в широком азимутальном секторе. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать излучение сигналов с большой мощностью (средняя мощность - несколько сотен киловатт).

Указанные требования определяют построение АФУ в виде фазированных решеток. Примерами ЗГ РЛС с антеннами, выполненными в виде фазированных решеток, является американский комплекс WARF.

Основным требованием к излучающим элементам, составляющим передающую антенную решетку, является постоянство входного сопротивления излучателя в диапазоне рабочих частот и в заданном секторе сканирования. Обеспечение этого требования с учетом взаимных связей излучателей в решетке представляет собой сложную инженерную задачу.

Станции работают в импульсно-доплеровском режиме. Диапазон рабочих частот 6…30 МГц.

Передающая система состоит из двух основных частей:

комплекса передающей аппаратуры

антенной системы.

Основными требованиями к комплексу передающей аппаратуры ЗГ РЛС, работающих в декаметровом диапазоне, в соответствии со сказанным выше являются:

большая ширина перекрываемого диапазона рабочих частот

высокий уровень мощности зондирующего сигнала

максимальная чистота спектрального состава при заданных видах модуляции формируемого в передающей аппаратуре зондирующего сигнала.

Передающий комплекс .

Комплекс передающей аппаратуры должен состоять из элементов, обеспечивающих выполнение указанных выше функциональных задач. В передающем комплексе информация о параметрах модуляции сигнала, о выбранной рабочей частоте и о требуемом фазовом распределении сигналов. От приемной системы поступают также сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы аппаратуры передающей и приемной систем. В исполнительных элементах комплекса производится формирование сигнала с заданной структурой и передача в соответствующие каналы усилителя мощности.

Система формирования зондирующего сигнала .

В одной из возможных систем построения аппаратуры формирования сигнала все сигналы формируются из одного и того же основного опорного сигнала, получаемого от специального высокостабильного генератора. Требуемая структура зондирующего сигнала формируется на относительно низком уровне мощности.

Канал усиления мощности .

Функциональными задачами аппаратуры каждого канала усиления мощности являются:

задание сигналу необходимой фазы в соответствии с требуемым фазовым распределением в раскрыве ФАР.

усиление сигнала до необходимого уровня при минимальных искажениях амплитудной и фазовой структур.

Аппаратура управления и синхронизации .

Эта аппаратура обеспечивает связь комплекса передающей аппаратуры с остальной аппаратурой станции и формирует необходимые управляющие сигналы в соответствии с установленной программой работы и информацией, поступающей от вычислительного комплекса.

Приемная система .

В одном из возможных вариантов построения приемной системы ЗГ РЛС в ее состав входят:

приемные устройства трактов обнаружения, трактов определения оптимального поддиапазона рабочих частот и приемные устройства тракта выбора рабочего канала

вычислительный комплекс, состоящий из спецвычислителей и универсальных ЭВМ и обеспечивающий решение задач первичной обработки сигналов, обнаружения, определения оптимального поддиапазона и выбора рабочего канала на основе использования информации, поступающей от приемных устройств соответствующих трактов

аппаратура синхронизации, содержащая высокостабильный генератор сигнала опорной частоты и узел формирования сетки частот, необходимой для синхронизации и управления работой всей аппаратуры приемной позиции

аппаратура управления работой РЛС и индикации, обеспечивающая отображение необходимой информации об обнаруживаемых объектах и о техническом состоянии всей аппаратуры станции

аппаратура межпозиционной связи для обмена сигналами синхронизации и управления, а также информацией о техническом состоянии аппаратуры.

Тракт обнаружения.

Этот тракт является основным в РЛС и обеспечивает обнаружение объекта, глубоко скрытого за линией горизонта. Структура тракта, алгоритмы обработки и аппаратурное построение определяются назначением и характеристиками станции. Однако в любом варианте можно выделить некоторые основные особенности, присущие трактам обнаружения ЗГ РЛС:

работа тракта обнаружения одновременно на нескольких рабочих частотах, что обеспечивает уменьшение потерь информации, связанных с довольно резкой в декаметровом диапазоне зависимостью затухания электромагнитной энергии в процессе распространения от частоты

одновременный или квазиодновременный обзор зоны ответственности несколькими парциальными ДН, что приводит к многоканальности построения тракта обнаружения

введение в каждый из каналов тракта обнаружения для подавления пассивных помех специальной аппаратуры пространственной и спектрально-временной компенсации.

Устройство пространственной обработки.

Адаптивное формирование ДН приемной антенны в условиях наличия пространственно сосредоточенных источников помех является одним из важнейших средств увеличения отношения сигнал-помеха в тракте обнаружения. Суть пространственной обработки состоит в весовом суммировании сигналов, синхронно снимаемых с приемных каналов различных элементов антенной системы. Устройство спектрально-временной обработки.

Сигнал, поступающий на вход устройства спектрально-временной обработки, представляет собой аддитивную смесь полезного сигнала, пассивной помехи и активной помехи. Характеристики полезного сигнала определяются типом лоцируемого объекта. При обнаружении сигнала с неизвестными параметрами должна производиться многоканальная обработка по частоте и времени путем реализации алгоритма для каждого элемента разрешения в заданной области. Вычислительный комплекс.

Этот комплекс должен обладать высокой производительностью и большим объемом оперативной и командной памяти, поскольку в нем осуществляется вторичная обработка информации, поступающей со всех основных трактов станции, а также решаются задачи контроля их работы, управления и документирования.

4 . Прототипы

Загоризонтный радиолокатор WARF.

Система WARF (Wide Aperture Research Facility) развернута на полигоне в штате Калифорния (США) и предназначена для исследования методов построения ЗГ РЛС и входящих в их состав устройств. Эта система может быть использована для обнаружения самолетов и кораблей, для наблюдения за состоянием морской поверхности, а также для исследований ионосферы.

Особенности системы WARF .

Одной из основных особенностей системы является ее гигантская приемная антенная решетка общей длиной 2,5 км. Антенна образована двумя рядами из 256 несимметричных вертикальных вибраторов размером 5,5 м каждый, расположенными эквидистантно. Ряды вибраторов находятся на расстоянии 4,7 м друг от друга. Антенная решетка разбита на 8 секций.

Вибраторы связаны с общим центром обработки данных с помощью кабелей и коммутационных устройств. Антенная решетка имеет электронную перестройку в диапазоне частот 6…30 МГц. Коэффициент усиления приемной антенны составляет примерно 30 дБ. Радиолокатор отличается высоким разрешением по азимуту (0,5°), а также по дальности (1,5 км).

Выделение сигналов цели на фоне активных и пассивных помех осуществляется путем использования корреляционно-фильтровой обработки и методов доплеровской селекции.

Подавление помех, принимаемых не с главного направления, осуществляется применением адаптивного метода формирования ДН антенны.

Станция работает в режиме непрерывных колебаний ЛЧМ.

Передающая система состоит из устройств, обычных для систем с ЧМ. Внутренняя синхронизация обеспечивается передачей сигналов между пунктами приема и передачи по подземному кабелю.

Аппаратура приемной антенной решетки, имеющей общую длину 2,5 км, разбита на восемь 32-элементных подрешеток длиной по 320 м. Каждая из подрешеток подключена ко входу своего приемника. При этом в приемную систему входит восьмиканальное приемное устройство, каналы которого согласованы по фазе и величине усиления.

Приемники стабилизированы по фазе (0,5°) и коэффициенту усиления (0,5 дБ) и работают в диапазоне частот 3…30 МГц. В приемниках применена система АРУ, обеспечивающая регулирование в пределах до 100 дБ. Уровень собственных шумов не превышает 3 дБ.

Отраженный от цели сигнал с выхода приемника подается на аналого-цифровой преобразователь (11 бит + знак). Спектральный анализ этого сигнала осуществляется с помощью мини-ЭВМ. Обеспечение когерентности излучаемого сигнала от периода к периоду и проведение спектрального анализа (когерентного накопления) для большого числа периодов развертки позволяют получить значение доплеровского сдвига частоты для каждого элемента дальности.

Техническое задание:

Максимальная дальность Rmax=3000 км.

Угол обзора 90.

Разрешающая способность по дальности 10 км.

Разрешающая способность по азимуту 1.

Вероятность ложной тревоги Рл.т.р.=10^(-6)

Вероятность обнаружения Робн.=0,95.

5 . Структурная схема ЗГ РЛС

Рассмотрим упрощенную структурную схему построения ЗГ РЛС. ЗГ РЛС состоит из передающей и приемной частей, включающих радиотехнические системы частотного обеспечения их работы.

Обычно в ЗГ РЛС полезный сигнал выделяется за счет наличия у него доплеровского смещения частоты. Поэтому чаще всего в ЗГ РЛС используются сигналы большой длительности,

радиолокационный обнаружение загоризонтный

Структурная схема ЗГ

Передающая часть (а): М1 - модуль частотного обеспечения, включающий передающую часть РТС зондирования (1) и антенну А1; A3 - многоэлементная передающая антенна; 2 - управляемое антенно-фидерное устройство; 3 - усилитель мощности; 4 - устройство управления и синхронизации; 5 - генератор сигналов специальной формы; 6 - эталон частоты и времени.

Приемная часть (б): М1 - модуль частотного обеспечения, включающий приемные части РТС зондирования (1), РТС ОЗ (2) и антенны А1; А2 - приемные антенны; 3 - управляемое антенно-фидерное устройство; 4 - РПУ; 5 - устройство управления и синхронизации; 6 - генератор сигналов специальной формы; 7 - эталон частоты и времени; 8 - устройство обнаружения; 9 - устройство пространственной обработки; 10 - устройство спектральной обработки; 11 - вычислительный комплекс с периферийным оборудованием имеющие частотную или фазовую модуляцию. Для обеспечения развязки между мощной передающей и высокочувствительной приемной системами в ЗГ РЛС, как правило, передающую и приемные части разносят на расстояние от десятков до 100-200 км.

Рассмотрим назначение и принцип построения основных частей ЗГ РЛС. Антенна должна иметь большой коэффициент усиления (20-30 дБ), перекрывать широкий диапазон частот (коэффициент перекрытия по частоте составляет 5-6 р, обеспечивать быстрое сканирование в широком секторе азимутов. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать излучение сигналов большой мощности (средняя мощность - несколько сотен кВт), т.е. обладать высокой электрической прочностью, т. к. затухание при распространении радиоволн в направлении объекта, подлежащего обнаружению, и обратно достигает весьма больших значений.

Для обеспечения большой мощности излучения обычно используется принцип пространственного суммирования. Для этих целей отдельные передатчики ЗГ РЛС работают на элементарные излучатели, образующие передающую антенную решетку. Их мощности излучения складываются в пространстве. Большие размеры облучаемой земной поверхности, использование двух и более несущих частот для перекрытия требуемого диапазона дальностей, значительное время наблюдения цели, для обеспечения выделения сигнала по эффекту Доплера, предъявляют требования уменьшения времени управления ДН передающей и приемной антенн. По этой причине в ЗГ РЛС используют одну передающую антенну с относительно широкой ДН и приемную фазированную антенную решетку (ФАР) с веерной ДН, суммарная ширина ДН которой равна ширине ДН передающей антенны.

ДН, формируемые АФУ, должны быть прижаты к линии горизонта, что обеспечивает максимальную дальность распространения сигнала в ДКМ диапазоне одним скачком.

Сканирование в азимутальной плоскости приемных ДН ФАР достигается путем использования специальных диаграммоформирующих схем (ДФС), подключаемых к элементарным излучателям антенной решетки. При этом путем коммутации линий задержки, входящих в ДФС, обеспечивается перемещение ДН по азимуту.

6 . Расчет основных параметров

Расчет периода повторения импульсов производят из условия однозначного измерения целей на максимальной дальности.

Tn - период повторения импульсов

с - длительность одиночного импульса

где коэффициент 1.1 нужен для учета обратного хода развертки индикатора дальности (10%) от длительности прямого хода.

R max - максимальная дальность действия

R max = 2000 [км]

с = 310 8 [м/с]

Определим частоту следования импульсов F n:

Выбор формы, ширины спектра и длительности зондирующего сигнала.

Ширину спектра зондирующего сигнала выбирают, исходя из требуемой разрешающей способности по дальности

где F c - эффективная ширина спектра сигнала.

Fc = 0.15 [МГц]

Выберем сложный сигнал с базой 100 (Б=100) (радиоимпульсы с прямоугольной огибающей), для которого длительность:

ф с = 6.671 * 10 -4 [c]

ф с = 66.7 [мс] - длительность пачки

Найдем длительность одного импульса:

ф с1 = 6.671 * 10 -6 [c]

Выбор ширины луча, формы диаграммы направленности и типа антенны РТС.

В ЗГ РЛС, измеряющей дальность и угла азимута, используют веерный луч.

Для стационарных наземных РЛС выберем размер апертуры как:

Диапазон ДКМ 3…30 МГц

Для точности рассчитаем две длины волны по формуле: л = 300/F (300 - скорость света в мегаметрах).

л 1 = 300/3 = 100 [м]

л 2 = 300/30 = 10 [м]

Для двух длин волн рассчитаем две апертуры:

2° = 0.035 [рад]

L A 1 = 100/0.035 = 2857.14 [м]

ДFc - эффективная ширина спектра

дFпер, дFпр - величины нестабильностей передатчика и приемника

F - полоса УПЧ (линейного тракта). ?F = ?F c

ф c = 667 * 10 -6 [с]

Fc = 1.007 * 10 5 [Гц]

Для сигнала с линейной ЧМ оптимальная полоса

F = ?F с = Fдев.

Полосу линейного тракта нужно расширить с учетом нестабильностей передатчика и гетеродина приемника и доплеровского сдвига частоты сигнала. Для современных синтезаторов частоты РТС относительная нестабильность составляет не больше 10 -7 .

Поэтому величины нестабильностей частоты у когерентных РЛС составляет малую часть полосы?F: доли процента, причем

дFпер? дFпр? 10 -7 * ?F

дF пр = дF пер = 1.007 * 10 5 * 10 -7 = 0.01

Доплеровский сдвиг найдем по формуле:

Расчет требуемой мощности передатчика РТС и диаграммы видимости.

Рассчитаем требуемую импульсную мощность передатчика РЛС на основе уравнения дальности радиолокации.

выразим искомое:

где k = 1.38 * 10 -23 [с/K] - постоянная Больцмана;

Rmax = 2000 [км] - максимальная дальность объекта;

Ш = 10 - коэффициент шума приемника;

Т0 = 273 [К] - шумовая температура приемника;

у = 1 [м 2 ] - ЭПР объекта

q1 = 62.609 - отношение сигнал-шум

Lп = 15 [дБ] - суммарный коэффициент потерь

Также учитываем потери в ионосфере 10 [дБ]. Следовательно, Lп = 25 дБ = 17.783 [раз].

Gа - коэффициент усиления антенны

Определим коэффициент усиления антенны G A .

где S A - эффективная площадь антенны, составляющая 90% от полной площади антенны.

з А - КПД антенны, з А =0.9

Для длины волны 10 м:

Pper = 35 [кВт]

Для длины волны 100 м:

Pper = 35 [МВт]

7 . Формирователь ЛЧМ сигнала

Широко применяются в радиолокационных системах, имеют высокое разрешение по дальности и достаточную энергетику. Могут применяться и в связи.

Модель ЛЧМ сигнала имеет вид:

где Fд - девиация частоты,

Т - длительность сигнала.

Значения выборок амплитуд и фаз хранятся в программируемом запоминающем устройстве.

В квадратурных каналах вычисляются значения косинусов и синусов фаз, и производится умножение на выборки амплитуд. Далее производится цифро-аналоговое преобразование.

Фазы вычисляются по формуле:

где Б - база сигнала,

N - число отсчётов фазы.

Посчитаем десять первых значений для фазы и занесем эти значения в таблицу.

Fдев = 1.499 * 10 5 [Гц]

Список литературы

1. Сперанский В.С. Методические указания по выполнению курсовой работы по курсу Радиотехнические системы, часть I. - М.: 1990, 24 с.

2. Сперанский В.С. Радиолокация и радиолокационные системы. - М.: 2005, 150 с.

3. Дымова А.И., Альбац М.Е., Бонч-Бруевич А.М. радиотехнические системы. Под ред. А.И. Дымовой. Учебник для вузов. М.: «Сов. радио», 1975, 440 с.

4. Иванов В.А., Рябова Н.В., Шумаев В.В. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона, Йошкар-Ола, 1998

5. Алебастров В.А., Гойхман Э.Ш., Заморин И.М. и др.; Под ред. Колосова А.А. Основы загоризонтной радиолокации. - М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.

Размещено на сайт

Подобные документы

Особенности функционирования устройств радиолокационного наблюдения (радиолокационные станции). Основные виды радиолокации. Разработка функциональной схемы трассового обзорного радиолокатора. Использование импульсного метода для расчета устройства.

курсовая работа , добавлен 01.12.2013


Назначение и область применения систем радиолокации, их классификация и особенности развития. Сигналы и методы измерения координат целей, фазовый детектор, смеситель. Радиолокационные станции следящего типа. Примеры современных систем радиолокации.

курсовая работа , добавлен 01.07.2009


Исследование устройства и принципа действия первичного радиолокатора. Классификация радаров. Характеристика частотного, фазового и импульсного методов измерения отражённого сигнала. Радиолокационные станции в Казахстане и основные виды радиолокаторов.

реферат , добавлен 13.10.2013


Область науки и техники, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат. Два вида радиолокации. Активная радиолокация с пассивным ответом. Принцип действия импульсного метода. Использование радиолокации в военных целях и в космосе.

презентация , добавлен 15.11.2010


Измерение координат в радиолокации, принципы обнаружения. История исследования и разработки радиолокационных устройств. Импульсная радиолокация. Измерение угловых координат цели, дальности в импульсной радиолокации. РЛС обнаружения и РЛС слежения.

курсовая работа , добавлен 18.03.2011


Обнаружение и точное определение положения объектов с помощью радиоволн, их свойства. Понятие и история развития, принцип действия пассивной и активной радиолокации. Создание радара и схема работы радиолокатора. Классификация радаров и их применение.

презентация , добавлен 12.04.2012


Радиолокационные станции системы управления воздушным движением, задачи их использования. Расчёт дальности обнаружения. Отношение сигнал-шум, потери рассогласования. Зависимости дальности обнаружения от угла места и сетки. Построение зоны обнаружения.

курсовая работа , добавлен 20.09.2012


Отличия активной радиолокации от пассивной. Выбор и расчет основных параметров и схемы построения антенного устройства. Основные методы образования радиолокационных сигналов. Разработка линейной решетки излучателей, системы распределения мощности.

дипломная работа , добавлен 18.11.2017


Локация как область техники, использующая явления отражения и излучения электромагнитных волн различными объектами для обнаружения этих объектов. Структурная схема радиолокатора. Основные цели и задачи определения трех групп навигационных параметров.

контрольная работа , добавлен 21.08.2015


Выбор и расчет основных параметров и схемы построения устройства антенного. Синтез вертикальной линейной решетки излучателей методом Вудворта-Лоусона. Электродинамическое моделирование мостовых устройств, печатного излучателя. Выбор канала подавления.

ЗГ РЛС являются доплеровскими, т. е. ис­пользуют для выделения полезных сигналов из помех доплеровское смещение частоты сигналов, отраженных движущимися целя­ми. Станции, использующие принцип обратного рассеяния, вследствие значительных трудностей, связанных с обеспечением развязки между мощной передающей и высокочувствительной при­емной системами, в большинстве случаев строят с разнесением на некоторое расстояние передающей и приемной систем (от десятков до одной-двух сотен километров). Рассмотрим принцип по­строения основных составных частей ЗГ РЛС.

Антенно-фидерные устройства. Специфические условия работы ЗГ РЛС, определяют основные требования, предъявляемые к АФУ.

Антенна должна иметь большой коэффициент усиления (20...30 дБ) перекрывать широкий диапазон частот (коэф­фициент перекрытия по частоте РЛС в целом составляет 5..6, обеспечивать быстрое сканирование в широком азиму­тальном секторе. Кроме того, передающая антенна должна обеспечивать излучение сигналов с большой мощностью (средняя мощность -несколько сотен киловатт).

Указанные требования определяют построение АФУ в виде фазированных решеток.

Для излучения сигналов значительной мощности в декаметро­вом диапазоне в зарубежных ЗГ РЛС используется несколько пе­редающих устройств, работающих на элементарные излучатели, образующие передающую антенную решетку. Для обеспечения широкоугольного сканирования луча относительные фазы сигналов передатчиков должны изменяться во времени, для чего исполь­зуется специальная система фазирования, связанная с датчиками, устанавливаемыми на входах элементарных излучателей.

Широкоугольный обзор пространства в азимутальной плоскости в приемных АФУ достигается путем использования специальных диаграммоформирующих схем (ДФС), подключаемых к элемен­тарным излучателям приемной антенной решетки. При этом путем коммутации линий задержки различной длины, входящих в ДФС, можно обеспечивать сканирование луча, либо при введении в ДФС разветвленных схем фазирования формировать многолуче­вую (веерную) ДН. К выходам ДФС подключают приемные устройства.

К ДН, формируемым АФУ в угломестнойплоскости, предъяв­ляют требования максимального прижатия их к горизонту, что определяется условиями распространения сигналов декаметрового диапазона. При использовании антенн горизонтальной поляриза­ции требования прижатия к горизонту луча приводят к необходи­мости создания антенных сооружений значительной высоты. При использовании антенн с вертикальной поляризацией для прижатия луча к горизонту и уменьшения потерь в Земле осуществляют ме­таллизацию предполья антенны. Металлизация представляет со­бой сетчатый (проволочный) экран, уложенный на Земле,или, во избежание дополнительных потерь в снежном покрове, разме­щенный на расстоянии 1,5...2 м над поверхностью Земли.

Основным требованием к излучающим элементам, составляю­щим передающую антенную решетку, является постоянство вход­ного сопротивления излучателя в диапазоне рабочих частот и в заданном секторе сканирования. Обеспечение этого требования с учетом взаимных связей излучателей в решетке представляет со­бой сложную инженерную задачу. В качестве элементарного из­лучателя в антенных решетках декаметрового диапазона часто используются шунтовые широкодиапазонные вибраторы.

В ряде зарубежных РЛС применяются также логопериодические антенны. При этом широко используются различные мо­дификации логопериодических антенн: леерной и самонесущей кон­струкции, горизонтальной и вертикальной поляризации, с симмет­ричным и несимметричным входом.

Передающая система . Она состоит из двух основных частей: комплекса передающей аппаратуры и антенной системы.

Основными требованиями к комплексу передающей аппаратуры ЗГ РЛС, работающих в декаметровом диапазоне, в соответствии со сказанным выше являются: большая ширина перекрываемого диапазона рабочих частот; высокий уровень мощности зондирую­щего сигнала; максимальная чистота спектрального состава при заданных видах модуляции формируемого в передающей аппара­туре зондирующего сигнала.

Если требуется одновременный обзор зоны 1000...4000 км на всю ее глубину, то необходимо, чтобы рабочая частота РЛС могла выбираться приблизительно в пределах ±25% от номинала рабочей частоты.

Сочетание разброса величин МПЧ относительно медианных значений с требованием глубины контролируемой зоны по дально­сти приводит к необходимости иметь полный диапазон частот пе­рестройки станции с коэффициентом перекрытия по частоте, равным 2-3. Для РЛС с большой азимутальной шириной зоны кон­троля может потребоваться диапазон 4...32 МГц.

При распространении радиоволн в направлении объекта, под­лежащего обнаружению, и при обратном распространении сигнала, рассеиваемого объектом в направлении приемной антенны, зату­хание радиоволн достигает весьма больших значений. Чтобы обес­печить достаточный для обработки уровень сигнала на входе при­емной аппаратуры, уровень средней мощности излучаемого сигна­ла должен составлять от сотен киловатт до единиц мегаватт.

Требование излучения сигнала с такой высокой мощностью при­водит к построению передающего комплекса, состоящего из мно­гоканального усилителя и антенной системы в виде ФАР. При использовании такой схемы суммирование сигналов отдельных из­лучателей, соединенных с соответствующими каналами усилителя мощности, происходит в пространстве в дальней зоне относитель­но местоположения антенны. Благодаря этому эквивалентная мощ­ность зондирующего сигнала дополнительно увеличивается пропор­ционально коэффициенту усиления антенны. Необходимость управ­ления направленностью излучения для перекрытия заданного секто­ра обзора по азимуту привела к дополнительному требованию по созданию необходимого фазового распределения сигналов на из­лучателях в раскрыве антенного полотна и по обеспечению быст­родействующего управления фазовым распределением для пере­крытия заданного сектора обзора.

В качестве зондирующих сигналов используют непрерывные и импульсные сигналы, а также сигналы с ЧМ. или с различным ви­дом кодирования. Длительности импульсов ЗГ РЛС находятся в пределах от сотни микросекунд до единиц миллисекунд, частоты повторения - единицы и десятки герц. Для когерентной, обработки принимаемого сигнала и выделения доплеровских со­ставляющих спектра в этих РЛС формируются зондирующие сиг­налы, имеющие высокую точность и стабильность рабочей (несу­щей) частоты.

Передающий комплекс. Комплекс передающей аппаратуры должен состоять из элементов, обеспечивающих выполнение ука­занных выше функциональных задач. В передающем комплексе информация о параметрах модуляции сигнала, о выбранной рабо­чей частоте и о требуемом фазовом распределении сигналов в каналах усиления мощности, поступающая от приемной системы, преобразуется в аппаратуре управления и передается в виде команд на соответствующие исполнительные элементы комплекса. От приемной системы поступают также сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы аппаратуры передающей и приемной си­стем. В исполнительных элементах комплекса производится фор­мирование сигнала с заданной структурой и передача в соответст­вующие каналы усилителя мощности. В аппаратуре каждого кана­ла усиления мощности производятся фазирование и усиление сиг­нала до необходимого уровня и передача его на вход фидерного тракта, соединяющего выход каждого канала с соответствующим излучателем антенного полотна.

В аппаратуре функционального контроля производятся оценка работоспособности элементов комплекса передающей аппаратуры и проверка соответствия параметров зондирующего сигнала задан­ным параметрам.

Система формирования зондирующего сигнала. В одной из воз­можных систем построения аппаратуры формирования сигнала все сигналы формируются из одного и того же основного опорного сиг­нала, получаемого от специального высокостабильного генератора. Требуемая структура зондирующего сигнала формируется на отно­сительно низком уровне мощности.

Канал усиления мощности. Функциональными задачами аппа­ратуры каждого канала усиления мощности являются: задание сигналу необходимой фазы в соответствии с требуемым фазовым распределением в раскрыве ФАР; усиление сигнала до необходи­мого уровня при минимальных искажениях амплитудной и фазо­вой структур.

Каждый канал усиления мощности может быть охвачен цепью обратной связи, обеспечивающей автоматическое регулирование амплитуды и фазы. Система автоматического регулирования пред­назначена для компенсации фазовых и амплитудных флуктуации и обеспечения необходимой чистоты спектрального состава зондиру­ющего сигнала.

Аппаратура управления и синхронизации. Эта аппаратура обе­спечивает связь комплекса передающей аппаратуры с остальной аппаратурой станции и формирует необходимые управляющие сиг­налы в соответствии с установленной программой работы и инфор­мацией, поступающей от вычислительного комплекса. Управляю­щие сигналы формируются с учетом данных о работоспособности элементов комплекса, поступающих в аппаратуру управления от аппаратуры функционального контроля.

Аппаратура формирует также сигналы управления техническим состоянием элементов комплекса.

Аппаратура функционального контроля. Эта аппаратура обес­печивает получение информации о работоспособности элементов комплекса передающей аппаратуры и об основных параметрах излучения.

Приемная система . В одном из возможных вариантов постро­ения приемной системы ЗГ РЛС в ее состав входят:

АФУ; приемные устройства трактов обнаружения, трактов опре­деления оптимального поддиапазона рабочих частот и приемные устройства тракта выбора рабочего канала;

вычислительный комплекс, состоящий из спецвычислителей и универсальных ЭВМ и обеспечивающий решение задач первичной обработки сигналов, обнаружения, определения оптимального под­диапазона и выбора рабочего канала на основе использования ин­формации, поступающей от приемных устройств соответствующих трактов;

аппаратура синхронизации, содержащая высокостабильный ге­нератор сигнала опорной частоты и узел формирования сетки ча­стот, необходимой для синхронизации и управления работой всей аппаратуры приемной позиции;

аппаратура управления работой РЛС и индикации, обеспечи­вающая отображениенеобходимой информации об обнаружива­емыхобъектах и о техническом состоянии всей аппаратуры станции;

аппаратура межпозиционной связи для обмена сигналами син­хронизации и управления, а также информацией о техническом со­стоянии аппаратуры.

В последние годы благодаря значительным достижениям элек­тронной техники стало возможным практическое внедрение техни­ки цифровой обработки сигналов, обладающей рядом важных преимуществ по сравнению с аналоговой. Это позволяет достаточ­но широко вводить адаптивные системы обработки информации, что улучшает основные характеристики РЛС.

Тракт обнаружения . Этот тракт является основным в РЛС и обеспечивает обнаружение объекта, глубоко скрытого за линией горизонта. Структура тракта, алгоритмы обработки и аппаратур­ное построение определяются назначением и характеристиками станции. Однако в любом варианте можно выделить некоторые основные особенности, присущие трактам обнаружения ЗГ РЛС:

работа тракта обнаружения одновременно на нескольких ра­бочих частотах, что обеспечивает уменьшение потерь информации, связанных с довольно резкой в декаметровом диапазоне зависи­мостью затухания электромагнитной энергии в процессе распро­странения от частоты;

одновременный или квазиодновременный обзор зоны ответст­венности несколькими парциальными ДН, что приводит к многоканальности построения тракта обнаружения;

введение в каждый из каналов тракта обнаружения для подав­ления пассивных помех специальной аппаратуры пространственной и спектрально-временной компенсации.

Загоризонтные РЛС работают, как правило, со сложными зон­дирующими сигналами с линейно-частотной (ЛЧМ) или фазоквой модуляцией. Частота повторения при импульсном режиме работы определяется границей зоны ответственности по дальности. Ширина спектра зондирующего сигнала ограничена возможностями декаметрового диапазона, а также необходи­мостью снижения мешающего действия радиосредствам, работа­ющим в соседних каналах, и имеет величину от сотен герц до де­сятков килогерц. В соответствии с такой шириной спектра разре­шающая способность по дальности имеет величину не лучше не­скольких километров.

В ЗГ РЛС обнаружение полезных сигналов ведется на фоне ин­тенсивных резко нестационарных активных и пассивных помех. Для решения задачи обнаружения в таких условиях целесообраз­но применять адаптацию характеристик тракта к помеховой об­становке. В частности, необходимы пространственная адаптация, позволяющая минимизировать влияние радиосигналов, приходя­щих не с главного направления и принимаемых по боковым ле­песткам ДН АФУ, и частотная адаптация, позволяющая путем отслеживания изменения спектральных характеристик пассивной помехи (доплеровского смещения спектральных линии и величины их уширения в процессе распространения) обеспечивать макси­мально возможное ее подавление.

Обычно теоретически оптимальные структуры оказываются чрезвычайно сложными и не могут быть реализованы из-за боль­шого объема требуемой вычислительной аппаратуры. На практике, как правило, применяются квазиоптимальные схемы, в которых обработка разбивается на ряд последовательно выполняемых эта­пов. Это позволяет значительно упростить ее. Однако в результа­те упрощения неизбежно возникают потери в эффективности об­работки и соответственно в возможностях обнаружения целей. По­этому вопрос о разбиении обработки на этапы требует соблюде­ния необходимых предосторожностей и нахождения разумных ком­промиссов. Правильное решение вопроса зависит от условий рабо­ты станции и может быть различным для различных конкретных случаев.

Устройство пространственной обработки. Адаптивное формиро­вание ДН приемной антенны в условиях наличия пространственно сосредоточенных источников помех является одним из важнейших средств увеличения отношения сигнал-помеха в тракте обнаружения. Суть пространственной обработки состоит в весовом сумми­ровании сигналов, синхронно снимаемых, с приемных каналов раз­личных элементов антенной системы. При этом сигнал y i на вы­ходе устройства пространственной обработки, соответствующий приему с j-го азимутального направления, определяется скаляр­нымпроизведением векторов X иW j:

где п - номерприемного канала; X - вектор-столбец выборок, снимаемых с выходов приемных каналов в текущий момент време­ни; W - вектор-столбец межканальных весов; T-индекстранспо­нирования.

Вектор весовых коэффициентов Wj opt , максимизирующих отно­шение сигнал-помеха для сигналов, приходящих с j-го азимуталь­ного направления приема, в случае использования винеровского фильтра определяется соотношением

где r - межканальная ковариационная матрица выборок помехи, снимаемых с выходов приемных каналов в произвольный момент времени; - вектор, комплексно сопряженный с вектором коэф­фициентов усиления ДН приемных каналов в j-м азимутальном направлении приема.

Отметим, что при формировании адаптивной антенной решетки с числом элементов N операция обращения ковариационной ма­трицы R требует примерно N 3 арифметических действий. Поэтому для работы вреальном масштабе времени при больших N требуютсявычислительные средства высокой производительности.

Эффективным способом упрощения обработки является пред­варительное разбиение антенны на субрешетки, объединяющие не­которое число L элементов решетки, с неадаптивным формирова­нием ДН на каждой из них. Для формирования адаптив­нойДН в этом случае в качестве элементов антенны используют­ся субрешетки, что приводит к сокращению числа каналов адап­тациии соответственно размерности матрицы R b L раз.

Устройство спектрально-временной обработки. Сигнал, посту­пающий на вход устройства спектрально-временной обработки, представляет собой аддитивную смесь полезного сигнала, пассив­ной помехи и активной помехи. Характеристики полезного сигнала определяются типом лоцируемого объекта.

При обнаружении сигнала с неизвестными параметрами долж­на производиться многоканальная обработка по частоте и време­ни путем реализации алгоритма для каждого элемента разреше­ния в заданной области.

В случае обнаружения объектов (например, самолетов), у кото­рых отраженный сигнал имеет узкий (существенно уже частоты повторения) спектр флуктуации, практическая реализация устрой­ства обработки значительно упрощается. Вследствие узкополосности сигнала его спектр сосредоточен (при построении узла межпериодной обработки в виде анализатора спектра) в пределах одно­го канала обнаружения. Однако ввиду неизвестности доплеровской частоты полезного сигнала должно быть реализовано несколько каналов, перекрывающих интервал частот от нуля до частоты, рав­ной частоте повторения.

При узкополосном спектре флуктуации полезного сигнала име­ет место проблема так называемых «слепых скоростей», проявля­ющихся при кратности доплеровской частоты сигнала частоте по­вторения. Известны традиционные методы решения этой проблемы, например, путем вобуляции частоты повторения РЛС.

Тракт определения оптимального поддиапазона рабочих частот. Для эффективной работы ЗГ РЛС важно иметь полученные в ре­альном масштабе времени характеристики трассы распростране­ния, а также данные о занятости частотного диапазона. Важно также, чтобы параметры внешней среды оптимальным образом со­гласовались с параметрами РЛС.

Одно из возможных решений задачи согласования параметров РЛС (таких, как рабочая частота) с характеристиками трассы распространения (амплитудно-частотными и дальностно-частотными) заключается во введении в состав РЛС специального тракта определения оптимального поддиапазона рабочих частот. На­значение этого тракта должно заключаться в выборе поддиапазона частот, в котором затухание на трассе распространения минималь­но, с целью оптимизации работы тракта обнаружения полезного сигнала.

Основная информация, которая используется в рассматривае­мом тракте, основывается на зависимостях амплитуд сигналов и величины их задержек от рабочей частоты. Эти зависимо­сти определяются амплитудно-частотными и дальностно-частотными характеристиками. Для получения указанных характеристик в тракте оптимальных рабочих частот должно осуществляться непре­рывное частотное сканирование в широком диапазоне частот. Конструктивно данный тракт может представлять собой самосто­ятельную РЛС, входящую в состав основной РЛС, со своим воз­будителем и отдельными приемными устройствами. Усилители мощности передающего комплекса и передающая и приемные ан­тенны могут быть совмещены с соответствующими устройствами тракта обнаружения. Излучение для рассматриваемого тракта должно осуществляться на частотах, отличных от частот тракта обнаружения, в паузах между посылками импульсов, излучаемых по основному тракту.

Задача оптимизации частоты решается путем анализа ампли­тудно-частотных и далыюстно-частотных характеристик сигналов.

Тракт выбора рабочего канала. Наряду с выбором оптималь­ного поддиапазона рабочих частот необходим контроль за всем этим поддиапазоном для установления его загрузки работой раз­личных радиотехнических средств. Конт­роль занятости выбранного поддиапазона может помочь при выбо­ре точного значения рабочей частоты РЛС и ширины полосы излу­чения, имея в виду выбор канала и режима работы с минималь­ным уровнем помех и с наименьшим воздействием на работу дру­гих радиотехнических средств. Задача тракта выбора рабочего ка­нала заключается в определении конкретных номиналов рабочих частот для тракта обнаружения в пределах области оптимальных рабочих частот. Рабочие каналы выбираются из условий мини­мального уровня помех с учетом полосы частот тракта обнаруже­ния. Аппаратура тракта выбора рабочего канала представляет собой приемное устройство, которое анализирует уровень помех в зависимости от частоты.

Вычислительный комплекс. Этот комплекс должен обладать высокой производительностью и большим объемом оперативной и командной памяти, поскольку в нем осуществляется вторичная об­работка информации, поступающей со всех основных трактов стан­ции, а также решаются задачи контроля их работы, управления и документирования.

Похожая информация.