Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008

дальностях (до 1000.. .1500 км), летящих на больших высотах (до 100... 150 км) со скоростями до 5 км/с.

На рис. 7.1 представлены графики зависимости дальности прямой видимо­ сти Дпв от высот полета комплекса Нк и цели Нц.

Рис. 7.1

Решение этой задачи требует значительного повышения (в сто и более раз) энергетического потенциала РЛС. При заданном секторе обзора необходимо увеличивать среднюю мощность излучения и площадь антенны. Дополнитель­ ный выигрыш дает применение сверхдлительного когерентного накопления сигнала (в течение всего времени облучения с использованием методов авто­ фокусировки) и последовательного обнаружения траекторного сигнала целей.

Переход к дециметровому диапазону волн значительно увеличивает ЭПР малоразмерных целей и целей, выполненных по технологии СТЭЛС, и позволяет использовать антенны большей площади и АФАР большой средней мощности.

2. Всеракурсное обнаружение низколетящих малозаметных целей на больших дальностях (до радиогоризонта 400...500 км) (рис. 7.1): 1) самолетов СТЭЛС; 2) крылатых ракет; 3) беспилотных ЛА; 4) вертолетов, в том числе за­ висших; 5) сверхманевренных ЛА.

Решение этой задачи требует выделения цели на фоне мощных отражении от подстилающей поверхности и измерения вектора скорости цели (радиальной и тангенциальной составляющих) путем пространственно-временной обработ­ ки с длительным временем когерентного накопления, что при заданном време­ ни обзора сектора и требуемой высокой точности измерения дальности ограни­ чивает применение режимов ВЧП и СЧП. Рассматривается переход в децимет-

ровый (L, Р) диапазон, режим НЧП с высоким разрешением по дальности и об­ ратным синтезированием апертуры. При этом также уменьшается уровень фона

иувеличивается ЭПР целей.

3.Распознавание воздушных целей: 1) групповая цель с раздельным на­ блюдением каждой цели в группе; 2) класс и тип цели (самолеты с различными типами двигателей, вертолеты, крылатые ракеты, ложные цели); 3) боевой по­ рядок группы; 4) функциональное состояние цели (маневр, пуск ракет, веду­ щий-ведомый); 5) различение низколетящих целей и движущихся наземных целей; 6) цели ловушки; 7) ЛА «свой-чужой»; 8) контроль результатов управ­ ления и оценка боевых потерь.

Алфавит распознаваемых классов воздушных целей содержит: самолеты стратегической авиации, самолеты тактической авиации, самолеты специаль­ ной авиации (АВАКС, Джистарс, РЭБ), самолеты военно-транспортной авиа­ ции, вертолеты, беспилотные ЛА, крылатые ракеты, воздушно-космические объекты. Дальность распознавания должна быть не менее 70 % от дальности обнаружения целей.

Распознавание воздушных целей должно обеспечиваться при наблюдении

всвободном пространстве и на фоне земной (водной) поверхности.

Решение этих задач требует анализа большого числа распознавательных признаков сигналов целей, прежде всего спектральных, фазовых и поляризаци­ онных, а также формирования детальных портретов целей (радиовидения).

4.Одновременное раздельное обнаружение и сопровождение большого чела (более 1000) воздушных целей, в том числе в группе, в зоне ответствен­ ности без «слепых зон», что требует обеспечения высокой разрешающей спо­ собности по дальности (50...100 м), углам (0,5°... 1°) и скорости (1...2 м/с), а также высокой частоты обращения к цели (1...2 Гц), особенно при сопровождении сверхманевренных ЛА.

5.Высокая точность измерения азимута 0,1° и высоты полета 1 км цели, что требует использования антенн с большим отношением размера к длине волны и специальных алгоритмов обработки сигналов.

Врежиме контроля наземного и надводного пространства наиболее сложными и частично новыми задачами являются следующие.

1.Контроль функционального состояния портов, аэродромов, ракетных баз

ивойсковых соединений противника (подготовка к полетам, пуск ракет, передис­ локация и т. п.) на максимальных удалениях (до радиогоризонта), что требует ре­ шения целого комплекса радиолокационных задач: обнаружения всех классов це­ лей на открытой местности; селекции малоскоростных движущихся целей с изме­

рением радиальной и тангенциальной составляющих скоростей (VMHH = 1.. .2 м/с); раздельного наблюдения целей в группе (разрешение 10...20 м); распознавания класса и типа цели (разрешение 0,5...1,0 м); высокой точности определения ме­ стоположения целей (целеуказание с привязкой к цифровой карте местности).

В табл. 7.1 даны оценочные значения требуемой разрешающей способно­ сти (метры) для обнаружения и распознавания структуры (типа) целей по их радиолокационному изображению.

Таблица 7.1

2. Обнаружение малоразмерных целей (танки, БМП, артиллерия, ЗРК и ОТР и т. п.), замаскированных за лесопосадками вдоль дорог, в лесных масси­ вах, в условиях искусственной маскировки, на больших дальностях вплоть до радиогоризонта.

Принципиально новой задачей является обнаружение целей в лесу, закры­ тых маскировочными укрытиями, что требует в большинстве случаев перехода в длинноволновый диапазон работы РЛС (λ = 23...70 см) и использования ре­ жима синтезирования апертуры в телескопическом обзоре с большим угловым размером апертуры. Требуемое разрешение на местности для обнаружения та­ ких целей (10... 50 м).

Особо сложная задача - распознавание класса замаскированных целей, их функционального состояния и различения ложных целей (надувных макетов), что требует привлечения многих распознавательных признаков (радиовидения, вторичной модуляции, обратного синтезирования, многочастотных и поляри­ зационных портретов) и высокого разрешения (1.. .5 м).

3.Формирование с высокой детальностью трехмерного радиолокацион­ ного изображения местности для обнаружения вновь построенных мостов,

переправ, ВПП, капониров, карьеров, дотов и т. п., что требует наблюдения в широкой полосе местности, обычно 103... 104 элементов разрешения с исполь­ зованием интерферометрического режима измерения микрорельефа местно­ сти с точностью 1...2 м. Для исключения влияния маскировки рельефа расти­ тельностью требуется использование длинноволнового диапазона в бистатическом режиме.

4.Обнаружение малоразмерных, малозаметных надводных целей (катера, перископы ПЛ, корабли СТЭЛС и т. п.), а также их распознавание до класса

требуют обеспечения высокого разрешения (1,0...5,0 м) и интерферометрического режима измерения микрорельефа водной поверхности.

5.Обнаружение следов на водной поверхности (спутных следов кораблей, нефтяных и биозагрязнений, следов аварий и катастроф и т. п.). Решение такой задачи требует специального режима РСА-формирования скоростного портре­ та водной поверхности при высоком разрешении (1...5 м) и высокой точности измерения азимута (угловые минуты).

6.Оценка результатов боевой деятельности, что требует формирования высокодетального радиолокационного изображения района боевых действий (разрешение 1,0...3,0 м).

7.Темпы обновления информации (частота обращения к цели) определя­ ются возможной скоростью изменения тактической обстановки. Так, у РЛ сис­ темы «Джистарс» темп обновления при картографировании 30 мин, при на­ блюдении неподвижных объектов - 10 мин, движущихся объектов - 30 с. Вы­ сокоскоростные цели требуют более частого обращения, но при измерении вектора скорости цели эту частоту можно уменьшить.

8.Размеры и конфигурация зоны ответственности (зоны обзора РЛС) определяются в первую очередь решаемой боевой задачей, возможными дейст­ виями и расположением сил и средств противника, а также ТВД.

Типичной оперативно-стратегической задачей является контроль сопре­ дельной территории противника: районов дислокации группировок войск, функционального состояния аэродромов, ракетных баз, портов, кораблей воз­ душного и воздушно-космического пространства.

Зона просмотра воздушного пространства в этом случае простирается вглубь сопредельной территории до максимальной дальности действия РЛС на больших высотах и до радиогоризонта на малых. Траектория полета АК прохо­ дит вдоль границы на расстоянии от нее, обеспечивающем безопасность ЛА (50... 100 км). Сектор сканирования по азимуту определяет ширину зоны ответ­ ственности +60°, в которой осуществляются обнаружение, распознавание и слежение за всеми воздушными целями. На противоположной стороне (над своей территорией) РЛС при необходимости обеспечивает слежение за своими ЛА и ЛА противника, если они перелетели границу.

При проведении противником воздушной операции, а также пусках кры­ латых ракет с большой дальности возможно появление групп ЛА с любых на­ правлений, что требует кругового обзора либо изменения положения сектора обзора путем управления траекторией полета АК.

При наблюдении наземной (надводной) обстановки зона обзора перекры­ вает отдельные районы дислокации противника. Размеры зон и вид обзора (секторный, полосовой, телескопический) определяются размерами целей (аэ­ родромы, ракетные базы, порты и т. п.) и требуемой детальностью наблюдения для обеспечения контроля их функционального состояния.

При решении оперативно-тактических задач требуемая зона обзора пере­ крывает район боевых действий по глубине и ширине. Удаление АК от зоны об­ зора определяется безопасностью комплекса 100 км. Обеспечение наблюдения требуемого района достигается при секторном обзоре РЛС. Кроме того, в инте­ ресах поддержи ПВО прилегающих к зоне боевых действий районов обзор воз­ душного пространства ведется в более широком секторе, вплоть до кругового.

Для повышения эффективности решения боевых задач требуется оптими­ зация размеров зон обзора, вида обзора и времени обзора (программируемый обзор). В настоящее время в РЛС дозора и наведения используется надфюзеляжная антенна («гриб» на подставке), которая обеспечивает равномерный круговой обзор воздушного пространства по азимуту и сканирование (либо многолучевая ДН) по углу места. Темп слежения (скорость вращения) состав­ ляет 10 с, что обеспечивает устойчивое слежение за целями, летящими со ско­ ростями не более 1000 м/с.

Кнедостаткам такой антенны РЛС и метода обзора относятся:

1)невозможность наращивания усилий в определенном секторе наблюде­ ния воздушного пространства (секторный обзор с изменяемой скоростью ска­ нирования);

2)невозможность детального наблюдения земной (надводной) обстановки (режим синтезирования апертуры);

3)ограничение максимальной площади антенны размерами «гриба», что не позволяет наращивать энергетический потенциал РЛС;

4)недостаточная боевая устойчивость АК (нет резервирования, большая ЭПР, невозможность противоракетного маневра, внешние демаскирующие признаки);

5)большая масса «гриба», что требует использования ЛА тяжелого класса;

6)большая стоимость жизненного цикла АК.

Для решения большинства задач комплекса требуется программируемый секторный обзор зоны ответственности. В настоящее время рассматриваются два возможных направления решения этой задачи.

В первом направлении используется такая же форма антенны: «гриб» на подставке. Внутри неподвижного обтекателя располагается антенна типа ФАР (АФАР), имеющая форму равностороннего треугольника. Такая антенна позво­ ляет обеспечивать любой вид обзора: круговой, секторный программируемый, многолучевой и т. п. с изменяемой скоростью обзора. Однако по-прежнему ос­ таются ограниченная размером «гриба» площадь антенны и большая масса ан­ тенны. При этом резко возрастает ее стоимость.

Второе направление устранения недостатков существующего метода об­ зора - использование конформных (невыступающих) антенн типа АФАР боль­ шой площади, ограниченной только размерами фюзеляжа. Так, боковые вдольфюзеляжные АФАР L-, Р-диапазонов могут иметь длину десятки метров и вы-

соту несколько метров. Сектор обзора может достигать 120...140° с каждой стороны ЛА, а круговой обзор с меньшей эффективностью в переднем и заднем секторах - ±20°.

Наряду с оптимизацией режимов обзора такая антенна благодаря большой площади и меньшей зоне ответственности обеспечивает значительный рост ТТХ АК. При необходимости круговой обзор в режиме дежурства может быть обеспечен путем управления траекторией полета АК. Однако кардинальным решением является использование нескольких (двух) однотипных комплексов. Используя только конформные боковые АФАР максимально большого разме­ ра, два АК обеспечивают перекрытие любой зоны ответственности, вплоть до круговой, с возможностью наращивания усилий в требуемом секторе и опти­ мизацией (адаптацией) всех режимов работы РЛС.

Использование двух АК позволяет работать в бистатическом режиме, а также снимает ограничения по ЭМС при ведении РТР. Резко возрастает боевая устойчивость, так как обеспечивается взаимозаменяемость (дублирование) АК при боевых повреждениях, отказах и РЭП.

При использовании БРЛС с вдольфюзеляжной АФАР L-, Р-диапазонов значительно снижается стоимость и растет рыночная привлекательность ком­ плекса.

Обеспечение скрытности и помехозащищенности работы БРЛС явля­ ется одним из основных требований, предъявляемых к комплексу. Для сниже­ ния вероятности обнаружения излучения БРЛС станциями РТР противника и создания эффективных помех комплексу в БРЛС необходимо использовать:

1) сигналы большой длительности с внутриимпульсной модуляцией при коэффициенте сжатия 100 и более;

2)длительное когерентное накопление пачки сигналов (секунды и десятки секунд);

3)многочастотный режим излучения и приема;

4)максимальную неопределенность для противника характеристик РЛС в процессе работы (несущей частоты, начальной фазы, вида модуляции, методов обзора и т. п.) и их адаптивное изменение в зависимости от помехоцелевой об­ становки;

5)минимизацию излучения в направлении станции РТР;

6)двухпозиционный (полуактивный) режима работы.

При работе РЛС в различных диапазонах волн и при широкой полосе час­ тот возможно появление помех как преднамеренных (РЭП), так и помех, обу­ словленных излучениями различных источников (связных, навигационных, те­ левизионных и т. п.). Обеспечение помехоустойчивости к такого рода помехам требует оптимальной пространственно-временной обработки (режекции помех по направлению и частоте) и адаптивной перестройки частоты РЛС в свобод­ ные от помех частотные окна.

Замена аналоговой диаграммообразующей схемы с управлением аналого­ выми фазовращателями на высокоточный цифровой диаграммообразующий процессор позволяет подключить малошумящие усилители и усилители мощ­ ности непосредственно к дуплексам излучающих элементов решетки с мини­ мальными потерями энергии сигнала. Управление распределением поля в раскрыве антенной решетки осуществляется цифровыми процессорами, форми­ рующими диаграмму направленности на передачу и на прием в цифровом виде.

Отметим, что диаграммообразующий процессор передачи позволяет пол­ ностью сформировать зондирующий сигнал, т.е. одновременно с формирова­ нием передающей диаграммы направленности антенны выполняет функции возбудителя передатчика. В частности, при движущемся носителе импульснодопплеровской РЛС одной из функций возбудителя является выработка ком­ пенсирующего сдвига частоты сигнала - так называемая «компенсация скоро­ сти носителя».

Из аналоговых устройств сосредоточенного приемопередатчика практиче­ ски остается только когерентный синтезатор сигналов.

Цифровая АФАР обладает возможностью оперировать в реальном вре­ мени амплитудно-фазовым распределением в раскрыве приемной и передаю­ щей ФАР.

На рис. 7.3 показана структурная схема встраивания элементов гибридной АФАР (ГАФАР) в антенное устройство во вращающемся обтекателе.

Блоки управления и электропитания ГАФАР (в том числе анодный моду­ лятор для усилителей СВЧ-мощности) размещаются в объеме вращающегося обтекателя.

Вариант размещения мощного анодного модулятора в фюзеляже крайне нежелателен по двум причинам:

1) возникает необходимость передачи мощных высоковольтных импуль­ сов с короткими фронтами через вращающееся контактное устройство и дос­ таточно протяженную кабельную линию, что является сложной технической задачей;

2) большой уровень излучаемых электромагнитных полей, что отрицатель­ но скажется на внутрифюзеляжной обстановке в части электромагнитной со­ вместимости различных компонентов радиотехнического и навигационного комплексов самолета.

В качестве выходных СВЧ-усилителей приемопередающих модулей (ППМ) ГАФАР возможно использовать электровакуумные приборы (ЭВП) с так называемыми «скрещенными полями» (в которых электрическое и магнит­ ные поля расположены под прямым углом), часто называемыми электроваккумными приборами (ЭВП) типа «М». К СВЧ-приборам типа «М» относят­ ся амплитроны, дематроны, биматроны («ЛБВ-М»), магнетроны и ряд других приборов.

Рис. 7.3.

Важное достижение разработчиков ЭВП типа «М» за последние годы - снижение шума и побочных эффектов, наблюдаемых в приборах этого типа и являвшихся до последнего времени серьезным препятствием к применению в высококогерентных РЛС. Сегодня можно считать реальным снижение инте­ грального шума до уровня минус 80...90 дБ, что является приемлемым для РЛС рассматриваемого типа.

В ППМ сосредоточено выполнение всех необходимых функций для фор­ мирования ДНА ГАФАР при помощи диаграммообразующих процессоров:

1) выработка зондирующего сигнала по цифровому «портрету» при помо­ щи когерентного СВЧ-гетеродина передачи и быстродействующего ЦАП;

2)усиление зондирующего сигнала;

3)дуплексная развязка «передача/прием» и усиление принимаемых сигна­ лов с малым шум/фактором;

4)преобразование принимаемых сигналов к промежуточной частоте при помощи когерентного СВЧ-гетеродина приема и преобразование в цифровую форму при помощи быстродействующего АЦП;

5)обмен цифровой информацией с диаграммообразующими процессорами;

6)выработка сигналов встроенных датчиков для контроля работоспособ­

ности.

Диаграммообразующие процессоры осуществляют:

1)выработку цифровых «портретов» зондирующих сигналов с необхо­ димым фазовым сдвигом для различных ППМ - для формирования ДНА на передачу и обмен с ЦАП, находящимися в ППМ; для снижения плотности обменной цифровой информации между центральным процессором и ППМ целесообразным представляется вариант рассредоточенного передающего процессора, когда в каждом ППМ размещается индивидуальный процессор, вырабатывающий свой цифровой сигнал в реальном времени, непосредствен­ но воздействующий на ЦАП;

2)прием оцифрованных сигналов из ППМ и формирование необходимого числа приемных ДНА; по причинам, указанным для передающего процессора, в каждом из ППМ целесообразно размещение индивидуального приемного про­ цессора, осуществляющего предварительную обработку принимаемых сигналов

спреобразованием их к двум квадратурным составляющим и согласованной с длительностью импульса фильтрацией и прореживанием временных выборок;

3)обмен радиолокационной информацией с устройством обработки сиг­ налов РЛС;

4)включение тестового режима ГАФАР и контроль работоспособности с точностью до ППМ.

РЛС осуществляет работу в трех основных режимах:

1)режим квазинепрерывного излучения (КНИ) - для обнаружения и со­ провождения движущихся воздушных целей на фоне отражений от земной по­ верхности;

2)режим излучения с низкой частотой повторения линейно частотномодулированных (ЛЧМ) импульсов высокой энергии (загоризонтный режим) - для всеракурсного обнаружения и сопровождения воздушных целей, находя­ щихся выше линии радиогоризонта и на расстояниях, превышающих дальность радиогоризонта;

3)режим излучения с низкой частотой повторения импульсов с расширен­ ной полосой линейной частотной модуляции - для обнаружения и сопровож­ дения надводных кораблей и наземных целей с высоким разрешением по даль­ ности.

В режиме квазинепрерывного излучения круговой обзор в заданной угломестной зоне осуществляется построчно. При этом ГАФАР формирует в угломестной плоскости один луч на передачу и два луча на прием, как показано на рис. 7.4. Каждая угломестная строка стабилизирована относительно гори­ зонтальной плоскости с учетом для каждого азимутального положения ДНА крена и тангажа самолета-носителя.