Учебное пособие 800545

биений оказывается тоже дискретным, состоящим из компонент с частотами Fk=kFm, k=1; 2; 3; ... . Поэтому при измерении фактически определяется частота Fk, ближайшая к FR, связанной с дальностью R выражением (10.3). Таким образом, минимальная дальность, измеряемая частотным дальномером, определяется минимальной частотой спектра

первом приближении можно принять равным удвоенной девиации частоты

2 f; таким образом, R= c/(2 f) [1].

§ 10.2. Методы и устройства измерения радиальной скорости движения объектов

В § 6.3 показано, что величину радиальной компоненты Vr скорости движения объекта легко определить, например, по измеренному доплеровскому смещению частоты сигнала, отраженного от объекта, причем как в непрерывном, так и в импульсном режиме работы РЛС. Простейший доплеровский измеритель скорости (ДИС) можно построить по схеме, аналогичной схеме частотного дальномера, описанной выше (рис. 10.1), исключив из нее частотный модулятор и заменив индикатор дальности индикатором скорости. Нетрудно показать, что на выходе смесителя при Vr 0 возникнут колебания биений с разностной частотой Fv=4 f0Vr/c, пропорциональной Vr [1, 15].

Очевидно, что такой ДИС, во-первых, имеет невысокую чувствительность, во-вторых, не позволяет определять знак Vr. Для устранения этих недостатков можно использовать супергетеродинный приемник с детектором нулевых биений [1].

Основные достоинства непрерывных ДИС: простота конструкции, отсутствие мертвой зоны, возможность селекции целей по скорости, некритичность к медленным изменениям несущей частоты передатчика. Недостатки непрерывных ДИС: необходимость использования раздельных антенн; низкая помехоустойчивость; высокие требования к кратковременной стабильности частоты генераторов; вторичный эффект Доплера при малых расстояниях до объекта биения между отдельными компонентами спектра отраженного сигнала, затрудняющие измерение скорости [15]; невозможность измерения скоростей многих объектов.

Импульсные ДИС имеют следующие преимущества в сравнении с непрерывными: возможность одновременного измерения дальности объектов, применения совмещенной антенны. Недостатками импульсных ДИС являются неоднозначность измерения скорости, появление ―слепых‖ скоростей, наличие ―мертвой зоны‖, сложность конструкции.

ДИС неследящего типа, реализующие оптимальные алгоритмы измерения, могут быть построены на основе многоканальных схем, содержащих набор из Nv СФ или квазисогласованных фильтров (см. § 5.4), а также одноканальных схем с перестройкой частоты вспомогательного

218

гетеродина в диапазоне Fv. В следящих измерителях скорости используются частотные или фазовые дискриминаторы и корреляционные устройства [13, 15].

На основе эффекта Доплера работает множество современных радиоволновых извещателей систем охранной сигнализации, реагирующих на появление движущихся объектов в охраняемой зоне, а также портативные РЛС СВЧ диапазона, измеряющие скорость движения автомобилей.

§ 10.3. Совместное измерение дальности и радиальной скорости частотным методом

С помощью частотных дальномеров можно измерять и радиальную компоненту Vr скорости движущихся объектов благодаря появлению доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала Fv. Для этого в дальномере нужно иметь два частотомера для измерения разностных частот Fr и Fv, пропорциональных дальности и скорости. Временные диаграммы, поясняющие принцип совместного измерения дальности и скорости, для случая Frмин Fvмакс приведены на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Совместное измерение дальности и скорости

Как видно, в течение одного полупериода модуляции частота

биений Fбн=FR Fv, в течение второго Fбв=FR+Fv (FR=8 fR/(cTм), Fv=2fvVr/c 2f0Vr/c); соответственно, FR и Fv определяются выражениями:

219

Таким образом, для измерения дальности и радиальной скорости объекта в схеме дальномера необходимо использовать два счетчика.

Однозначное измерение R и Vr обеспечивается при Frмин.> Fvмакс, следовательно, параметры зондирующего сигнала должны удовлетворять неравенству

Основными причинами погрешностей измерения R и Vr являются: паразитная амплитудная модуляция, искажающая огибающую сигнала биений, а также нестабильность девиации частоты f и частоты модуляции Fм. Линейность изменения частоты не имеет большого значения при измерении R и Vr одного объекта, однако при измерении R и Vr многих объектов она должна быть высокой [1].

§ 10.4. Методы и устройства радиопеленгования

Установление местоположения, направления и траектории движения объекта в РЛС, РНС и РТС радиоэлектронной разведки основывается на радиопеленговании определении направления прихода радиосигналов, отраженных или излучаемых объектом с помощью устройств, называемых радиопеленгаторами (РП). Радиопеленгом

применительно к наземным объектам принято называть угол между северным направлением и линией пеленга РП объект. Простейший РП содержит две антенны, разнесенные на некоторое расстояние d, называемое базой РП, а также приемник и индикатор угла прихода радиоволн. С помощью такого РП можно измерить, например, лишь азимут наземного объекта; для установления местоположения объекта нужно использовать по крайней мере два удаленных друг от друга РП. Координаты объекта при этом определяются по карте как координаты точки пересечения линий пеленга ЛП 1, 2 (угломерный метод), см. рис.

10.4:

Рис. 10.4. Определение местоположения объекта

220

угломерным методом

Существуют и более совершенные РП, позволяющие определять местоположение объекта из одной точки пространства (например, РП с широкобазисными антеннами, РП с двумя парами антенн с ортогональными базами, дальномерные РП) [1, 17].

Широкое распространение получили два метода радиопеленгования: фазовый и амплитудный, а также их разновидности.

Фазовый метод заключается в использовании зависимости разности фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами, от угла прихода радиоволн (рис. 10.5).

Следовательно, по измеренной величине можно рассчитать радиопеленг (азимут) по формуле

при этом надо учитывать, что однозначное измерение угла возможно только при d. Один из возможных вариантов построения структурной схемы фазового РП показан на рис. 10.6, на котором обозначены: СМ смеситель, Г гетеродин, А антенны, УПЧ усилитель промежуточной частоты, АО амплитудный ограничитель, ФД фазовый детектор.

221

действия. Для достижения высокой РС и увеличения дальности действия необходимы остронаправленные антенны.

Фазовые РП можно применять для измерения и азимута , и угла места источника радиосигнала, если использовать две пары антенн с ортогональными базами, расположенными в горизонтальной плоскости.

Амплитудные методы основаны на зависимости амплитуды сигнала в виде суммы или разности выходных сигналов антенн от угла прихода радиоволн (обусловленной сдвигом фаз ). Рассмотрим пять разновидностей этого метода.

Метод максимума радиопеленгование по максимуму амплитуды суммарного сигнала. С учетом фазовых сдвигов /2 относительно фазы =0 в центре базы РП представим напряжения на выходах антенн в виде u1,2(t)=U1,2sin( t/2); при расстоянии до источника сигнала R можно

принять U1=U2=U [1], тогда амплитуда Uc суммарного напряжения

Таким образом, вращая антенную систему РП в горизонтальной плоскости, можно измерить пеленг , зафиксировав максимум Uc( ). Очевидные недостатки метода максимума: малая крутизна ПХ в области

зависимость Uc( ) в реальных РП от неизвестной амплитуды U.

Метод минимума радиопеленгование по минимуму амплитуды Up разностного сигнала

где Up( )=2Usin[( d/ )sin ]=Up( ) cвободен от двух первых недостатков метода максимума, однако имеет свой специфический недостаток: при точной ориентации антенн РП на источник сигнала d в идеальном случае полностью идентичных каналов приема Up( =0)=0, поэтому наблюдение сигнала на экране индикатора и тем более измерение дальности объекта практически невозможно.

Наиболее широко используется суммарно-разностный метод радиопеленгования, основанный на измерении отношения разностного (10.15) и суммарного (10.14) напряжений:

При этом исключается влияние изменяющихся амплитуд входных сигналов, определяется сторона уклонения от перпендикуляра к базе РП

223

(т.к. tg нечетная функция), обеспечивается высокая точность пеленгования, поскольку в рабочей области (0) крутизна ПХ S = d/ может быть высокой. Наличие суммарного сигнала позволяет наблюдать отметку объекта (цели) на экране индикатора и измерять дальность объекта.

Метод анализа огибающей (разновидность метода максимума), часто применяемый в РЛС, основан на использовании остронаправленной антенны. В случае малоразмерных целей при сканировании ДН амплитуда сигнала на входе приемника РЛС изменяется пропорционально текущему значению ДН FА( ) в направлении цели (рис. 10.7).

При измерении напряжения огибающей принимаемого сигнала фиксируют угловое положение максимума ДН, определяющее пеленг цели

ц.

Потенциальная точность измерения пеленга определяется дисперсией 2 q 2 d A / 2 , разрешающая способность 1,5dA/ , где q2

отношение сигнал/шум, dA размер раскрыва антенны в соответствующей плоскости [1].

Равносигнальный метод (разновидность метода минимума) основан на сравнении амплитуд принимаемых сигналов в двух положениях ДН (рис. 10.8).

Если направление на цель совпадает с линией, проходящей через точку пересечения ДН FА1( ) и FА2( ), называемой равносигнальным направлением (РСН), то амплитуды сигналов на выходе антенны, соответствующие первому и второму положению ДН, равны и разностный сигнал

При рассогласовании между направлением на цель и РСН Up() 0, и по его величине и знаку определяют .

224

Угол смещения ДН относительно РСН выбирают так, чтобы они пересекались в области крутого спада FA( ), при этом увеличивается точность пеленгования.

Сравнение сигналов может осуществляться последовательно в двух положениях одной и той же ДН с помощью одноканальной схемы или одновременно при наличии двух пересекающихся ДН с помощью двухканальной схемы.

При последовательном сравнении в случае измерения двух угловых координат ДН вращают вокруг оси, совпадающей с РСН, ДН описывает в пространстве конус. Такой метод называется методом конического сканирования. Он широко применяется в следящих измерителях направления (СИН), в которых производится непрерывное совмещение опорного направления антенны измерителя [ о(t), о(t)] с направлением прихода волны [ (t), (t)], отраженной от цели. Ввиду простоты СИН с коническим сканированием используется в РЛС с автосопровождением целей [11, 13].

Более совершенны моноимпульсные измерители угловых координат, в которых сравнение амплитуд или фаз сигналов одновременно принятых по двум или нескольким каналам происходит в течение времени, равного длительности одного принятого импульса. Соответственно используемому методу радиопеленгации, моноимпульсные системы могут быть фазовыми, амплитудными и суммарно-разностными. Шире распространены суммарно-разностные системы, обеспечивающие высокую стабильность РСН и точность определения угловых координат; они могут применяться и для поиска целей и для одновременного измерения координат нескольких целей [1, 11, 13].

XI. Радиоэлектронная борьба и защита РТС от активных помех

§ 11.1. Радиоэлектронное подавление и защита от активных помех

Под радиоэлектронной борьбой (РЭБ) понимают комплекс взаимосвязанных по цели, месту, задачам и времени мероприятий и действий войск по выявлению систем управления войсками и оружием противника, их радиоэлектронному подавлению, защите своих систем управления войсками и оружием, а также противодействию радиоэлектронной разведке противника [17].

Радиоэлектронное подавление (РЭП) производится путем создания активных помех, снижающих эффективность работы РЭС противника. Технические комплексы РЭП называются постановщиками помех (ПП). Активные помехи, излучаемые ПП, по характеру воздействия подразделяются на маскирующие и имитационные. Маскирующие помехи, создавая мешающий фон, затрудняют обнаружение полезных сигналов, их различение и оценку параметров; они могут быть случайными (шумовыми) или детерминированными, непрерывными или импульсными [1, 9].

225

Непрерывная шумовая помеха универсальна, так как может использоваться для подавления РТС с любым типом сигнала. В зависимости от ширины спектра сигнала Fc и помехи Fш различают

прицельные (Fш Fс) и заградительные (Fш>>Fс) помехи. При одинаковом мешающем действии прицельные помехи могут иметь меньшую мощность, чем заградительные, но для их постановки нужно иметь данные о спектре подавляемого сигнала.

Не менее действенными являются имитационные помехи (ИП). ИП должны быть схожи с сигналом подавляемой РТС, отличаясь от него значениями информационных параметров. Типичный пример ИП для радиодальномера, представляющие собой принятую и переизлученную ПП с некоторой задержкой последовательность зондирующих импульсов РЛС. Изменение задержки имитирует ложное движение цели.

К сказанному выше следует добавить, что мощные активные помехи вызывают перегрузку приемника РТС, вследствие чего прием полезных сигналов может оказаться невозможным.

Действие активных помех приводит к необходимости увеличения пороговой мощности полезного сигнала Рсмин на входе приемника РЛС и, соответственно, к снижению дальности действия РЛС. Рассмотрим общий случай, когда ПП создает шумовую заградительную помеху, причем цель и ПП не совмещены, т.е. разнесены в пространстве. Обозначим Ри и Рип

антенны РЛС в направлении на цель и приемной антенны в направлении на ПП (по напряженности поля). Примем, что ДН передающей антенны

ПП ориентирована на РЛС. Пусть Рп и Рпсмин=Рсмин+mрпРп мощность помехи и пороговая мощность сигнала на входе приемника РЛС в

условиях РЭП; mрп=q2мин(Fc/Fш) коэффициент различимости сигнала на фоне помехи [1]. Используя формулы § 8.1, можно получить следующее выражение для расчета дальности действия подавляемой РЛС:

В случае совмещенной помехи (ПП находится на цели) в выражении (11.1) Rп следует заменить на Rмакс и из полученного уравнения

выразить Rмакс.

Формула (11.1) может быть использована также для оценки дальности действия радиоволновых охранных извещателей в условиях непреднамеренных или организованных помех.

Подробный анализ эффективности РЭП применительно к РЛС приведен в работах [1, 9].

226

Большинство методов защиты от активных помех основано на различных способах их селекции: пространственной, поляризационной, амплитудной, временной и частотной [1, 9].

Пространственная селекция обеспечивается применением остронаправленных антенн с низким уровнем боковых лепестков ДН и адаптивных антенн.

Поляризационная селекция основана на различии поляризации излучения источников полезного сигнала и помех. Осуществляется путем использования антенн с низким уровнем кросс-поляризации и поляризационных фильтров.

Амплитудная селекция производится путем применения различных систем АРУ, амплитудных ограничителей, а также усилителей с расширенным динамическим диапазоном.

Временная селекция осуществляется путем запирания входа приемника РТС на время отсутствия полезного сигнала и использования систем временных АРУ.

При частотной селекции используется различие в структуре спектров сигнала и помехи и их несущих частот. Для подавления помех в приемниках РТС применяются различные аналоговые и цифровые фильтры, в том числе адаптивные.

Первостепенной мерой защиты от РЭП является обеспечение скрытности работы РТС, достигаемое сокращением времени работы, применением остронаправленных антенн, использованием специфических особенностей атмосферного распространения радиоволн, а также применением ШПС. Одним из радикальных способов повышения помехозащищенности РТС является комплексирование систем, работающих на основе различных физических принципов в разных диапазонах электромагнитных волн.

§ 11.2. Защита РЛС от пассивных помех

Пассивными помехами называются сигналы, отраженные мешающими объектами при их облучении зондирующими сигналами РЛС. Пассивные помехи могут подавлять и маскировать сигналы, отраженные от наблюдаемой цели. В качестве примера создания преднамеренных пассивных помех можно привести противорадиолокационную маскировку летательных аппаратов путем разбрасывания большого количества полосок из фольги или металлизированной полимерной пленки с длиной, близкой к половине длины волны зондирующего сигнала РЛС.

Методы защиты РЛС от пассивных помех основаны на различии параметров сигналов, отраженных целями и мешающими объектами, обусловленными их размерами, пространственным положением, различной способностью рассеивать электромагнитные волны. На практике часто применяют поляризационную селекцию радиолокационных сигналов, а также селекцию движущихся целей (СДЦ)

[1, 9].

227