1.4. Инфракрасные средства воздушной разведки

Инфракрасные (или тепловые) средства воздушной разведки используют собственное тепловое излучение местности и объектов на ней. Эти средства работают по тепловому контрасту, т.е. разности температур между объектами разведки и подстилающей поверхностью, на которой эти объекты размещаются.

Аппаратура ИК воздушной разведки работает точно так же, как аппаратура лазерной разведки в пассивном режиме (без включения лазера).

К достоинствам ИК-систем разведки можно отнести:

• возможность производить наблюдение днем и ночью;

• способность эффективно обнаруживаются малоразмерные искусственно нагретые объекты, в том числе замаскированные;

• возможность обнаруживать подземные и подводные объекты по тепловому контрасту и косвенным признакам (выхлоп двигателей, выбросы системы вентиляции, кильватерный след и т.п.);

• возможность получать информацию о функциональном состоянии объекта (идут полеты на данном аэродроме или нет, аэродром действующий или ложный и т.п.);

• обеспечение высокой скрытности применения.

Недостатки ИК-систем:

• ограниченный диапазон высот применения (до 1000 м);

• малая информативность получаемых изображений зимой;

• определенная зависимость от метеоусловий.

2. Рлс разведывательных комплексов

В качестве РЛС разведывательных комплексов используются бортовые РЛС обзора земной поверхности различной конструкции.

Такие РЛС функционируют в УКВ-диапазоне.

Основным требованием, предъявляемым к РЛС обзора земной поверхности, является – обеспечение высокого линейного разрешения на дальностях, превышающих радиус действия системы ПВО про­тивника.

В настоящее время нашли применение три типа РЛС обзора земной поверхности:

- панорамные РЛС,

- РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной и

- РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой антенны.

Панорамные РЛС осуществляют обзор земной поверхности путем кругового вращения или секторного качания луча антенны в азимутальной плоскости.

Антенна формирует узкий луч в горизонтальной плоскости и одновременно достаточно широкий в вертикальной плоскости. При этом на экране индикатора формируется радиолокационное изображение местности в координатах азимут - дальность.

Из-за конструктивных особенностей панорамные РЛС позволяют обеспечить требуемое разрешение по дальности за счет применения сложных зондирующих сигналов. Вместе с тем такие РЛС не обеспечивают требуемое разрешение по азимуту, поскольку оно ограничивается раз­мерами авиационных антенн.

В результате, панорамные РЛС могут решать только ограниченный круг задач воздушной разведки.

Увеличить разрешающую способность можно двумя способами:

- уменьшением длины волны и

- увеличением горизонтального размера антенны.

Однако использование таких подходов для увеличения разрешающей способности содержит в себе достаточное количество трудностей технического характера.

В РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной для увеличения разрешения по азимуту используют длинную приемопередающую антенну.

В отличие от антенны в панорамной РЛС, такая антенна неподвижна относительно самолета и располагается вдоль фюзеляжа на его боковой поверхности или в подвесном контейнере. Благодаря этому размер антенны можно увеличить до 15м, что позволяет улучшить разрешение по азимуту в 8... 10 раз.

Антенна формирует один или два луча (при обзоре с двух сторон) (рис.7), направляемых перпендикулярно траектории движения самолета, т.е. в боковом направлении, отсюда и название «РЛС бокового обзора».

В полете лучи РЛС перемещаются вместе с самолетом, просматривая непрерывные полосы местности параллельно траектории полета самолета.

Серьезным недостатком РЛС с вдольфюзеляжной антенной, является зависимость разрешающей способности по путевой дальности (т.е. по азимуту) от дальности до объекта разведки (рис. 8).

Примечание: если, например, на дальности Д=10км разрешение по путевой дальности =50м , то на дальности Д=100км оно будет равно 500м.

Рис. 7. К объяснению принципа работы РЛС с вдольфюзеляжной антенной

Рис. 8. К объяснению зависимости разрешающей способности

по путевой дальности от дальности до объекта разведки

в РЛС с вдольфюзеляжной антенной

Последнее обстоятельство является существенным недостатком таких РЛС и не позволяет им эффективно решать всех задач радиолокационного наблюдения на больших удалениях от самолета.

Этого недостатка лишены РЛС с искусственной (синтезированной) апертурой антенны (РСА). Эти РЛС имеют реальную антенну длиной всего м, а синтезированную, получаемую путем специальной обработки принимаемых сигналов - несколько сотен метров.

Использование синтезированной антенны позволяет получить разрешение порядка нескольких метров, что вполне достаточно для наблюдения даже таких малоразмерных объектов, как автомобиль, танк, бронетранспортер и т.п. Правда, такие объекты на радиолокационном изображении отображаются как точечные, без передачи элементов их формы.

Принципиальной особенностью РСА является возможность отображения движущихся объектов. Для этого они должны иметь некоторую радиальную по отношению к РСА составляющую скорости движения.

РСА представляет собой когерентно-импульсную РЛС.

Антенна такой РЛС размером d_A установлена неподвижно под углом 90° к линии пути самолета х (рис. 9). В этой РЛС обзор по боковой дальности Д осуществляется за счет распространения зондирующих импульсов, а по путевой дальности х (по азимуту) — за счет полета самолета.

Высокое разрешение по дальности обеспечивается за счет применения зондирующих импульсов малой длительности, а по азимуту — в результате когерентного накопления отраженного сигнала большой длительности с ЛЧМ.

Принцип работы РСА состоит в следующем. РСА переме­щается вдоль оси х и излучает радиоимпульсы в точках 1, 2, 3, ..., N. Расстояние между этими точками одинаково и равно (V_n - постоянная путевая скорость самолета; - период следования излучаемых радиоимпульсов).

Облучение цели начинается в момент входа ее в луч ан­тенны (антенна в точке 1) и заканчивается при ее выходе из луча антенны (антенна в точке N). В течение всего времени облучения (Т_обл) радиоимпульсы, которыми облучается цель, должны иметь одинаковые несущие частоты и начальные фазы, т. е. быть когерентными.

Отраженные от цели (точка Ц) радиоимпульсы принимаются этой же антенной практически в тех же точках 1, 2, 3, ..., N.

За счет изменения расстояния R между целью и РЛС на­чальная фаза отраженных импульсов от периода к периоду меняется по известному квадратичному закону. Выходные сиг­налы приемника поступают в запоминающее устройство. За­помненные сигналы суммируются в каждом периоде в устрой­стве когерентной обработки с учетом известного изменения фазы принимаемых импульсов, обусловленного перемещением антенны относительно цели.

В результате, на выходе этого устройства образуется узкий импульс, достигающий максимума в момент приема N-го отраженного от цели импульса. Длитель­ность этого выходного импульса получается такой, как если бы вместо реальной антенны размером использовалась ФАР, длина (апертура) которой равна L.

Дело в том, что для ФАР нет принципиальной необходимости принимать сигнал от цели одновременно всеми ее элементами. Можно иметь только один элемент, который поочередно помещается в точки 1, 2, 3,…N, но при этом необходимо запоминающее устройство.

Рас­стояние L, которое пролетает самолет за время облучения цели, называют синтезированной апертурой.

Ширина диа­граммы направленности синтезированной ФАР будет равна: , то есть угловая разрешающая способность РСА по азимуту обратно пропорциональна дальности до цели.

Линейная раз­решающая способность по азимуту (по путевой дальности х) будет равна: и, таким образом, не зависит от дальности до цели.

Рис. 9. К объяснению состава и принципа работы РЛС бокового обзора

с искусственной (синтезированной) апертурой

Время называют временем синтезирования. На практике обычно и равно отрезку времени, на котором параметры зондирующих импульсов можно считать постоянными. При синтезированной апертуре обеспечивается разрешающая способность по азимуту

.

Для получения высококачественного радиолокационного изображения в полосе разведки , необходимо выполнять когерентное суммирование для каждого элемента дальности. Поэтому запоминающее устройство и устройство когерентной обработки (УКО) должны быть многоканальными по дальности.

Доцент кафедры

Д. Корабейников