Учебное пособие 890

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра радиоэлектронных устройств и систем

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ

ИРАДИОПРОТИВОДЕЙСТВИЯ ПРИ ПОДАВЛЕНИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ПОМЕХАМИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам № 1, 2 по дисциплине «Основы теории систем и комплексов радиоэлектронной борьбы» для студентов специальности 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы» очной формы обучения

Воронеж 2016

Составители: канд. физ.-мат. наук И.В. Андреев, канд. техн. наук А.И. Андреев

радиоэлектронных средств помехами: методические указания к лабораторным работам № 1, 2 по дисциплине «Основы теории систем и комплексов радиоэлектронной борьбы» для студентов специальности 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы» очной формы обучения / ФГБОУ ВО "Воронежский государственный технический университет"; сост. И.В. Андреев, А.И. Андреев. Воронеж, 2016. 47 с.

В методических указаниях рассматриваются отдельные вопросы радиотехнической разведки и радиопротиводействия на поражение РЭС помехами.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле Andreev 1-2 reb.pdf.

Ил. 26. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент канд. физ. – мат. наук, доц. В.А. Кондусов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р физ.- мат. наук, проф. Ю. С. Балашов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

© ФГБОУ ВО "Воронежский государственный технический университет", 2016

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ В УСЛОВИЯХ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ БОРЬБЫ

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

радиостанций, пеленгование их сигналов, анализ и обработка добываемой информации с целью вскрытия ее содержания и определения местонахождения источников излучения, построение и структура приемников радиоразведки.

1.2. Общая характеристика работы

Основным содержанием практической части работы является определение скорость перестройки частоты и длительность отклика от времени сканирующего приемника радиоразведки, скорость перестройки частоты и длительность отклика многоканального приемника. Рассматривается определение пеленга у амплитудного и фазового пеленгаторов. Определение дальности в импульсном, частотном и фазовом радиодальномерах, построение их структурных схем и методы измерения основных параметров. Рассматриваются приемники станции радиотехнической разведки для заданной дальности при приёме сигналов, излучаемых главным лепестком диаграммы направленности (ДН) наземной станции радиоразведки определенного уровня. В процессе выполнения работы необходимо соблюдать общие правила по технике безопасности при работе с электроустановками с напряжением до 1000 В.

2. ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание № 1. Изучитъ основные параметры ведения радиоэлектронной разведки, в заготовку отчета занести эти параметры и основные расчетные соотношения.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания изучить материал /1-3/ и рассмотреть блок-схему станции радио и радиотехнической разведки. При всем многообразии методов и средств радио- и радиотехнической разведки (РРТР) можно, следуя /2/, привести следующую типичную схему станции РРТР (рис. 1.).

Рис. 1. Блок-схема станции РРТР

Антенная система станции РРТР должна быть широкополосной, чтобы работать во всем разведываемом диапазоне частот и обеспечивать пеленгование разведываемого источника излучения с необходимой точностью. Кроме того, антенны станции радио- и радиотехнической разведки должны иметь минимальные боковые лепестки и обеспечивать хорошую электромагнитную совместимость с другими РЭС, чтобы

2

функции неопределенности сигнала на частотно-временную плоскость. Протяженность ДН вдоль оси абсцисс равна длительности импульса сигнала, вдоль оси ординат — ширине его спектра. У непрерывного сигнала продолжительность больше приведенной на рис. 3 длины отрезка оси абсцисс. Непрерывный сигнал, как видно, наблюдается приемником в течение всего времени Т.

Рис. 3. Связь f , f и Т при последовательном анализе

Импульсный сигнал может быть пропущен приемником, если период повторения импульсов больше Т. Это случай быстрой перестройки частоты. Разумеется, скорость частотного

скоростью перестройки. Увеличение скорости перестройки ведет к ухудшению разрешающей способности и снижению чувствительности. Действительно, оптимальная полоса пропускания f и длительность отклика приемника на сигнал в результате быстрой перестройки связаны примерным соотношением . При скорости перестройки частоты

5

df/dt длительность отклика приемника будет примерно равна

Следовательно,

dt

Таким образом, каждой скорости перестройки соответствует своя оптимальная полоса (разрешающая способность по частоте) f . Сокращая время поиска, можно проиграть в разрешающей способности и, наоборот, увеличивая f , одновременно нужно увеличивать время разведки. Если скорость перестройки такова, что TН < И , мощность импульса на выходе приемника будет меньше мощности входного сигнала, т.е. приемник потеряет чувствительность. Потеря может оцениваться в соответствии с соотношением /2/

где а - потеря чувствительности относительно приемника с нулевой скоростью перестройки по частоте (в децибелах). Эффект потери чувствительности перестраиваемого по частоте приемника называется динамическим эффектом /2/. Для уменьшения динамического эффекта необходимо при неизменной скорости перестройки df/dt увеличивать полосу пропускания f резонансной системы, но это, в свою очередь, ведет к уменьшению чувствительности приемника. Одновременное обеспечение значительной скорости перестройки и высокой разрешающей способности по частоте успешно может быть достигнуто в приемнике со сжатием импульсов [2].. Используемые для РРТР сканирующие панорамные приемники перестраиваются со скоростью (20...30) частотных каналов в секунду при полосе каждого канала в пределах от (50...500) Гц до (50... 1000) кГц /1/.

Противоречие между скоростью перестройки по частоте ,

6

которую для повышения оперативности разведки нужно выбирать как можно большей, и разрешающей способностью, устраняется в многоканальном приемнике РРТР. Параллельные узкополосные фильтры (УПЧ) на выходе смесителя перекрывают своими полосами пропускания весь частотный диапазон, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Многоканальный приемник РРТР

При такой схеме построения приемник позволяет раздельно наблюдать (разрешать по частоте) сигналы РЭС, если только разнос рабочих частот этих РЭС не меньше f . В разведываемом диапазоне шириной f нужно разместить

N f 1 параллельных фильтров. Время разведки не может

f

быть меньше времени установления переходных процессов в каждом фильтре. Для N-канального приемника это время

составит T 2...3 . т.е. в N раз меньше времени обзора

f

полосы f сканируюшим приемником. Платой за увеличение оперативности является пропорциональное (тоже в N раз) усложнение аппаратуры. Возможны и применяются схемы, соединяющие преимущества сканирующих и многоканальных

7

приемников. Это матричные приемники /2/. Блок-схема матричного приемника изображена на рис. 5.. Матричный приемник содержит набор элементарных ячеек, состоящих из фильтров Фij , индикаторов Иij , гетеродинов Гij и

смесителей. Ячейки располагаются по строкам i=1, 2,… m и j=1, 2,… n п столбцам. Фильтры первого столбца разбивают разведываемый диапазон частот f на m равных полос fпр1 =

f /m. Все сигналы с выходов этих фильтров гетеродинируются на одну и ту же промежуточную частотуfпр1 . Таким образом , входной диапазон шириной

f сворачивается в m- раз более узкую полосу fпр1 . Второй столбец трансформирует процесс из полосы fпр1 в полосу

таком построении приемник обеспечивает разрешение по частоте f = f /mn при использовании mn фильтров, тогда как чисто многоканальный приемник для такого же разрешения потребовал бы mn > mn - фильтров. Для обнаружения сигнала и указания его частоты служат индикаторы Иij . Срабатывание индикатора означает обнаружение сигнала на частоте соответствующего фильтра Фij , в его полосе. В настоящее время многие задачи РРТР решают при помощи цифровых приемников /2/.

8

Рис. 5. Матричный приемник РРТР

В цифровых приемниках сигналы в широкой полосе (в предельном случае-'это во всей полосе разведки f с выхода УПЧ преобразуются в цифровую форму и дальше обрабатываются (фильтруются, обнаруживаются, демодулируются) с использованием алгоритмов, реализуемых специальными цифровыми сигнальными процессорами.

Задание № 2. Изучить амплитудные, фазовый и доплеровские способы пеленгования, в заготовку отчета занести основные расчетные соотношения и структурные схемы.

Методические указания по выполнению второго задания

Известны три разновидности амплитуднoгo способа:пеленгование по максимуму, по минимуму и пеленrование на основе сравнения. Способ максимума в принципе может применяться средствами РРТР, работаюшими с остронаправленными антеннами. Диаrрамма направленности (ДНА) F( , ) т.е.,

такой антенны, которая показана на рис. 6, rne a - уrол ориентации максимума ДНА; И - уrол между заданным направлением и направлением на источник излучения, -

9

уrол между направлением максимума ДНА и направлением на источник излучения. При пеленговании пространственное положение ДНА изменяется и направление максимума совмещается с направлением на источник излучения. По угловому положению ДНА отсчитывается пеленг. При использовании метода максимума ДНА обеспечивается большая дальность пеленгации, поскольку средство РРТИ работает с большим уровнем сигнала. Но точность пеленгации невысока. поскольку она определяется крутизной ДНА в окрестности максимума и составляет, как считается, несколько процентов от ширины ДНА по уровню половинной мощности, Способ минимума применяется, когда можно сформировать ДНА с ярко выраженным минимумом приема (рис. 6 б), Для пеленгования ДНА поворачивается до положения, при котором уровень сигнала на выходе приемника имеет минимальное значение. Пеленгация по способу минимума обеспечивает более высокую точность измерения, поскольку в окрестности минимума ДНА имеет

пеленгаторов по способу максимума: уровень принимаемого ими сигнала ниже, Как уже говорилось, угловые координаты определяются при ориентации ДНА пеленгатора на 'объект разведки.

а) б)

Рис.6. Пеленгация по максимуму (а) и минимуму (б)

10

Чаще вceгo (но не вcerдa) угловое положение ДНА изменяется за счет механического поворота антенной системы. Структурная схема амплитудного радиопеленгатора, работавшего по способу максимума или минимума, представлена на рис. 7 /2/.. Сущность амплитудного метода пеленгования по способу сравнения иллюстрируется рис. 8.

нeкoтopoгo среднего направления. При =0 F1(0) F2 (0) и в этом смысле направление =0 называется равносигнальным

(РСН).

Рис. 7. Следящий пеленгатор РРТР Амплитуды сигналов, принимаемых лепестками ДНА такой

коэффициенты усиления принимаемого сигнала. имеющего амплитуду Е. Представив функции F1( ) и F2 ( ) в окрестности =0 их степенными рядами и удерживая два члена разложения, можно получить

E1 K1EF1( ) K1E [F1(0) dF1(0) ] d

11

окрестности РСН равны по абсолютной величине и имеют разный знак

Поэтому, решая (4) как систему уравнений относительно пеленга , можно установить, что

а если удается выдержать равенство коэффициентов усиления K1=K2 = K , то оказывается, что уrол пеленrа

линейно связан с разностью уровней сиrнала, принимаемых антеннами с диаrраммами направленности F1( ) и F2 ( ). Измеряя эту разность, можно определять пеленг. Интервал значений , в пределах котopoгo имеет место линейная связь

разности амплитуд K1-K2 . с пеленгом, может составлять величину порядка 0 . Примерный вид этой зависимости

пеленгования /1, 2/ основан на использовании зависимости разности фаз сиrналов, принимаемых двумя одинаковыми антеннами A1 и A2 (рис. 9), которые разнесены в пространстве на некоторое расстояние (базу протяженностью d).

12

а) б)

Рис. 8. ДНА при paвносигнальной пеленгации (а) и дискриминационная характеристика амплитудного пеленгатора (б)

Если объект разведки удален от середины базы пеленгатора на очень большое расстояние R»d, фронт излученной им волны около антенной системы пеленгатора можно считать плоским. Различие длин трасс распространения сиrнала от источника излучения до двух антенн пеленrатора A1 и A2d sin приведет к тому. что принятые этими антеннами сиrналы s1(t)и s2 (t) будут различаться по фазам. Разность фаз сигналов на несущей частоте 0 при истинном пеленге определяется очевидным соотношением

13

Как следует из (8), для определения пеленrа на РЭС необходимо измерить частоту 0 и разность фаз - принимаемых сигналов в разнесенных точках приема.

Рис. 9. Фазовый пеленгатор

Но частоту можно и не измерять, если сделать пеленrатор следящим, способным поворачивать базу, ориентируя ее параллельно фронту падающей волны. В случае, коrда база кacaтeльна к фронту падающей волны (нормальной к направлению прихода волны от источника излучения), sin 0 независимо от частоты сиrнала. Функция arcsin(х) в правой части соотношения (8) неоднозначная, поэтому разным значениям измененной разности фаз - моryт соответствовать разные пеленrи на источник излучения, Для исключения неоднозначности отсчета пеленrа используют антенную систему с несколькими различными по величине базами.

Задание № 3. Изучить методы определения расположения отражающего объекта с использованием РЛС, в заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.

Методические указания по выполнению третьего задания

14

Известно/1, 2/, что определение местоположения отражающего объекта с применением РЛС распадается на две задачи:

определения дальности объекта, которое называется радиодальнометрией;

определение угловых координат (угла места и азимута), которое называется радиопеленгацией; При этом известны следующие методы радиодальнометрии:

фазовый метод, основанный на измерении разности фаз между отраженным и излучаемым монохроматическими колебаниями с последующим определением дальности объекта выражением:

частота которых модулирована по закону симметричной пилы

временной задержки 3 отраженного сигнала относительно

зондирующего импульсного сигнала с последующим вычислением дальности объекта по формуле:

Для радиопеленгации РЛС характерны следующие методы: фазовый метод, рассмотренный выше в котором исполь-

зуют взаимно-однозначное соответствие между угловой

15

координатой объекта и фазовым сдвигом монохроматических сигналов на выходах двух вибраторов приемной антенны, разнесенных на расстояние d . именуемое базой системой

2 (d / )sin ,

а зависимость напряжения на выходе фазового радиопеленгатора от угла

которая тем выше, чем больше база применяемой системы; амплитудные методы, устанавливающие зависимость амплитуды принимаемого сигнала U от угла направления

на отражающий объект

где F( ) - диаграмма напрвленности антенны и азависимости от метода анализа амплитуды U различают: а) метод максимума, б) метод минимума, в) метод равносигнального направления.

3.ВОПРОСЫ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ

1.Как определяется дальность в фазовом дальномере?

2.Как определяется пеленг на источник излучения в фазовом пеленгаторе?

3.От чего зависит дальность объекта в импульсном радиодальномере?

4.Как осуществляется определение дальности в

16

частотном радиодальномере?

5.Как определяются время разведки и число каналов в N- канальном приемнике?

6.Как определяется уrол пеленrа для двух rлавных

лепестков ДН, соответственно F1( ) и F2 ( )?

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание № 1. Закон изменения частоты от времени сканирующего приемника радиоразведки f (t) 2t . Определить скорость перестройки частоты и длительность отклика приемника на частоте на частоте f0 =100 МГц при полосе

f =2 МГц и оценить потери чувствительности приемника.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания воспользоваться соотношениями (1-3) и оценить потери чувствительности перестраиваемого по частоте приемника. Предложить, что нужно сделать, чтобы уменьшить динамический эффект сканирующего приемника радиотехнической разведки при неизменной скорости перестройки df/dt. Результаты расчета занести в отчет. Задание № 2. Определить скорость перестройки частоты и длительность отклика многоканального приемника на частоте f0 =120 МГц при полосе f =3 МГц и определить число

фильтров для N-канального приемника РРТР, если f =60 МГц (от 60 МГц до 150 МГц).

Методические указания по выполнению второго задания

Для многоканального приемника РРТР характерно то, что он позволяет раздельно разрешать по частоте сигналы РЭС,

17

если разнос рабочих частот этих РЭС не меньше f . Определить N –фильтров для заданного f и время разведки T, воспользовавшись выражениями (5) и (6). Результаты расчета занести в отчет.

Задание № 3. Фазометр фазового радиодальномера, работающего на частоте 1 МГц показывает разность фаз сначала 100 , затем 200 и потом 300 , далее 400 и окончательно 500 . Определить на какой дальности находится отражающий

Методические указания по выполнению третьего задания

Для выполнения задания провести расчет дальности с учетом формулы (9) при разных значениях разности фаз, при этом максимальная дальность радиодальномера находится при условии. =2 . В заготовку отчета занести график зависимости, дальности от разности фаз К( ) . Результаты расчета занести в отчет. Расчеты выполнить по программе 1.mcd.

Задание № 4. Определить из условия однозначного измерения дальности максимальную дальность действия фазового радиодальномера, работающего на частоте 75 кГц и чему равна его погрешность измерения, если погрешность фазометра 0.60 .

Методические указания по выполнению четвертого задания

Для выполнения задания воспользоваться структурной схемой фазового радиодальномера (рис. 10). Структурная схема одночастотного фазового радиодальномера включает генератор высокой частоты (ГВЧ), передающую и приемную антенны, резонансный усилитель настроенный на частоту

18