2.2. Принципы радиолокационного мониторинга
Принципы построения радиолокационных систем
Задачи и условия функционирования радиолокационных систем. Радиолокация - отрасль радиотехники, обеспечивающая получение сведений об объектах путем приема и анализа радиоволн. Объекты, сведения о которых необходимо получить, называют радиолокационными целями. Различают следующие цели:
аэродинамические (самолеты, крылатые ракеты, вертолеты и др.);
наземные и надводные (автомашины, танки, корабли и др.);
космические (космические аппараты, баллистические ракеты и др.), подземные и подводные (полости в грунте, различные объекты в земле и воде и др.);
природного происхождения (облака, естественные ориентиры на местности, метеоры, планеты) и другие.
Совокупность сведений о наличии целей в отдельных областях пространства, об их координатах и других параметрах движения, о числе целей и их характеристиках называют радиолокационной информацией. Технические средства получения радиолокационной информации называют радиолокационными средствами, радиолокационными станциями (РЛС), или радиолокаторами. Для расширения информационных возможностей радиолокационных средств их объединяют в радиолокационные системы (комплексы), включающие средства передачи данных и управления.
Термин «радиолокация» составлен из латинских слов locus - место и radio - излучение, характеризующих важнейшую из решаемых задач и пути ее решения. В зарубежной литературе используется термин «радар» (radar), происходящий из словосочетания radio detection and ranging (от англ. обнаружение и измерение дальности с помощью радиоволн). В современных РЛС используются электромагнитные излучения декаметровых, метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн.
Термин «мониторинг» в самом общем смысле означает13 «постоянное наблюдение за каким-либо процессом с целью выявления его соответствия желаемому результату или первоначальным предположениям». В более узком смысле – это «наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью». Большой Энциклопедический словарь дает14 следующее определение: «Мониторинг – это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-растительного покрова и др.) с целью её контроля, прогноза и охраны. Различают глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга. Наиболее важны в системе мониторинга контроль за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и грунтовых вод, почвы, за концентрацией и основными путями распространения загрязнений. Проводится мониторинг сейсмических явлений, водных и минеральных ресурсов, численности и видового состава животных и растений и т.д. В службе мониторинга используют физические, химические и биологические методы исследований, авиационную и космическую технику и др. Сведения о состоянии различных природных объектов поступают от специализированных наземных и морских станций, из биосферных заповедников, с космических аппаратов. Космический мониторинг позволяет оперативно выявлять очаги и характер изменений окружающей среды, прослеживать интенсивность процессов и амплитуды экологических сдвигов, изучать взаимодействие техногенных систем. Служба мониторинга создана во многих странах: в 1988 организован Всемирный центр мониторинга охраны природы (ВЦМОП)».
Основными информационными задачами радиолокации являются следующие:
- обнаружение целей;
- измерение координат целей и других параметров их движения;
- разрешение целей;
- классификация целей.
Эти задачи решаются на всех этапах обработки радиолокационной информации: первичной, вторичной и третичной.
Задача обнаружения состоит в принятии решения о наличии или отсутствии цели в каждом выделенном элементе пространства, входящем в зону ответственности (контроля) РЛС, с минимальными вероятностями ошибок при первичной обработке и во всей зоне ответственности РЛС при вторичной (третичной) обработке.
Задача измерения сводится к оцениванию координат и других параметров движения целей с минимально возможными погрешностями. Измеряют, в первую очередь:
дальность до цели;
азимут цели;
угол места;
производные координат (в частности, радиальную скорость) элементы траектории.
Могут измеряться параметры, не связанные непосредственно с координатами целей: элементы поляризационной матрицы рассеяния, радиальная протяженность целей и др.
Задача разрешения заключается в обнаружении и измерении параметров произвольной цели в присутствии других объектов (целей).
Задача классификации (распознавания) состоит в установлении принадлежности цели к определенному классу и разделяется на решение двух основных задач. Первая состоит в определении государственной принадлежности «свой-чужой» с помощью запросно-ответных устройств опознавания, установленных на своих объектах, вторая - в распознавании цели, не отвечающей на запрос.
Всю совокупность информационных задач радиолокации характеризуют часто термином радиолокационное наблюдение.
Информационные задачи решаются за ограниченное время:
для первичной обработки это время определяется временем однократного контакта РЛС с целью;
для вторичной - временем нахождения цели в зоне ответственности РЛС.
Обнаружение, измерение и разрешение часто представляют единый процесс обнаружения-измерения-разрешения, а визуальное наблюдение дополняется автоматизированным (без участия оператора) или полуавтоматизированным (с участием оператора). Скоротечность изменения радиолокационной обстановки требует высокого темпа выдачи данных.
На радиолокационные средства воздействуют помехи:
природного происхождения (естественные);
от других радиоэлектронных средств (взаимные);
а в ряде случаев - организованные (умышленные).
Помехи природного происхождения в той или иной степени воздействуют на любое радиолокационное средство. Влияние взаимных помех в последнее время значительно возросло в связи с внедрением различных радиоэлектронных средств в народное хозяйство и военную технику. Стало актуальным обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Основными способами противодействия средствам военной радиолокации со стороны противника являются создание организованных помех и прямое уничтожение РЛС, т.е. их радиоэлектронное подавление и огневое поражение.
Независимо от происхождения различают помехи в виде:
мешающих излучений - активные;
мешающих отражений - пассивные;
их комбинаций - комбинированные.
Помехи могут маскировать полезные сигналы и имитировать цели, снижая эффективность радиолокационных средств и систем. В связи с этим к РЛС предъявляются требования по обеспечению помехозащищенности, т.е. по поддержанию качества информации в помеховых ситуациях на допустимом уровне. Для повышения помехозащищенности используют различные меры защиты от помех, в том числе приспособление (адаптацию) к помеховой обстановке и использование помех для непосредственного получения информации о целях (постановщиках помех). Целесообразное объединение радиолокационных средств в системы - одна из мер повышения качества информации в сложных конфликтных ситуациях. Объединять необходимо достаточно информационные средства. Однако объединение и малоинформативных средств может повысить эффективность радиолокации.
Усложнение условий работы, необходимость повышения качества наблюдения и живучести радиолокационных средств и систем требуют развития информационных технологий для всестороннего использования современных возможностей получения радиолокационной информации в пределах допустимых экономических затрат.
Принципы получения радиолокационной информации и построения радиолокационных систем. Носителями информации о целях являются принимаемые радиолокационные сигналы. Возможность приема радиолокационных сигналов обеспечивается в результате вторичного излучения, переизлучения или собственного излучения радиоволн. Различают, соответственно, активную радиолокацию с пассивным ответом, активную радиолокацию с активным ответом и пассивную радиолокацию. Возможна также пассивная радиолокация с активным ответом.
Активная радиолокация с пассивным ответом основана на использовании эффекта вторичного излучения (отражения) радиоволн. Активный ее характер состоит в облучении пространства мощными зондирующими колебаниями. Пассивным ответом на облучение является вторичное излучение радиоволн. На характер активной радиолокации, кроме особенностей вторичного излучения, существенно влияет также характер размещения приемной и передающей аппаратуры. Если приемная позиция совмещена с передающей, то активное радиолокационное средство называют совмещенным. Совмещенное средство часто содержит одну антенну, коммутируемую поочередно на передачу и прием сигналов. Возможен разнос приемной и передающей позиций на расстояние, называемое базой. Базы бывают не только постоянными, но и переменными, например, когда приемный пункт - головка самонаведения - располагается на ракете. Наряду с однобазовыми (двухпозиционными) разнесенными активными радиолокационными средствами возможны многобазовые (много-позиционные). В связи с усложнением задач радиолокации интерес к разнесенным радиолокационным средствам в последнее время возрастает15.
Рис. 2.4. Виды радиолокации: а - активная радиолокация с пассивным ответом; б - разнесенная активная радиолокация с постоянной базой и в - с переменной базой; г - активная радиолокация с активным ответом; д - пассивная радиолокация
Радиолокация с активным ответом (вторичная радиолокация) - это активная радиолокация с активным ответом. Такой вид локации позволяет получать надежную информацию о своих объектах (например, о кораблях, самолетах и т.д.). Их облучают запросными (зондирующими) сигналами. На объектах устанавливают ответчики, т.е. приемопередатчики, переизлучающие (ретранслирующие) принятые сигналы. Несущие частоты и законы модуляции (коды) запросных и ответных сигналов могут изменяться в широких пределах. Это обеспечивает опознавание государственной принадлежности объектов («свой-чужой») и индивидуальное опознавание. Активный ответ широко применяется также для радионавигации самолетов, морских судов и т.д.
Пассивная радиолокация использует собственные излучения элементов цели и их ближайшей окрестности. Излучения создают:
нагретые участки поверхности;
радиолокационные и радионавигационные средства;
средства радиосвязи и радиоэлектронного подавления;
ионизированные образования различного вида и др.
В общем случае средство пассивной радиолокации может быть размещено на одной или нескольких разнесенных позициях. На принципах пассивной радиолокации работают, в частности, средства радиотехнической разведки излучений.
Пассивные и активные радиолокационные средства можно использовать совместно. Тогда говорят об активно-пассивных радиолокационных средствах (системах или комплексах).
Важное значение для активных и активно-пассивных радиолокационных средств имеет характер зондирования пространства. Высокая направленность зондирующего излучения обеспечивает концентрацию его энергии, облегчая последующее выделение отраженных сигналов, поэтому зондирование различных участков пространства часто проводится неодновременно, т.е. наряду с одновременным обзором участков пространства реализуется последовательный обзор. Поскольку колебания, излучаемые в каждом направлении, обычно модулированы во времени, законы модуляции для различных направлений не совпадают. Это позволяет говорить о пространственно-временной модуляции зондирующих колебаний. Она достигается временной модуляцией в передатчиках и перемещением диаграмм направленности передающих антенн. Возможные виды пространственно-временной модуляции обеспечивают последовательный обзор пространства по жесткой либо по гибкой программе, в зависимости от результатов текущих наблюдений. Для повышения оперативности обзора используют антенны с электрическим управлением положением луча: антенные решетки, антенны с частотным качанием (сканированием луча).
Информация о дальности до цели заключена во временной структуре принимаемых колебаний. Для совмещенных радиолокаторов дальность однозначно определяется временем запаздывания.
При использовании разнесенных пунктов приема или одной многоэлементной антенны можно говорить о пространственно-временной структуре принимаемых колебаний. Набор временных запаздываний характеризует не только дальности, но и угловые координаты целей.
При малом разносе приемных элементов (в пределах антенной решетки), когда разностью запаздываний огибающих сигналов до приемных элементов можно пренебречь, угловая координата цели определяется распределением начальных фаз принимаемых колебаний. С этим же распределением связано формирование характеристик направленности антенн.
При вращении антенной системы (сканировании), можно сравнительно просто измерять угловые координаты - азимуты и углы места целей, например, по оценке временного положения максимума отраженного сигнала (рис. 2.5, а), обеспечивать их угловое разрешение (рис. 2.5, б). При одноканальном приеме информация о различных угловых направлениях поступает последовательно во времени, при многоканальном, когда характеристики (см. рис. 2.5, б) относятся к разным каналам приема, ее можно получать параллельно, практически одновременно.
Рис.2.5. Определение угловой координаты цели (а), угловое разрешение целей (б)
Реализацию основных операций обнаружения целей, измерения их угловых координат и дальности поясним на примере структурной схемы (рис. 2.6) простейшего совмещенного активного импульсного радиолокатора с общей приемопередающей антенной и одним приемником. Важным элементом радиолокатора является синхронизатор, определяющий последовательность работы его основных элементов. Зондирование короткими радиоимпульсами обеспечивает неодновременность приема и излучения. Это позволяет использовать общую антенну, коммутируемую антенным переключателем на передачу и прием. После излучения зондирующего радиоимпульса антенна соединяется с приемником. Индикаторное устройство обеспечивает возможность обнаружения оператором вторичного излучения цели, измерения дальности до цели и ее угловых координат. Системы автоматики связывают индикаторное устройство с антенной, что позволяет получать информацию о положении диаграммы направленности антенны, а значит, об угловых координатах целей, а также управлять антенной (система управления на рис. 2.6 не показана).
Рис. 2.6. Структурная схема простейшего совмещенного
активного импульсного радиолокатора
В общем случае прием может быть многоканальным, длительность сигнала не должна быть обязательно малой. Приемная и передающая антенны могут быть пространственно разделены (даже в условиях совмещенной локации).
Возможности съема и обработки данных существенно расширяются при использовании средств вычислительной техники, обеспечивающих более полную автоматизацию радиолокационного наблюдения.
В случае радиолокации движущихся целей происходит изменение временных запаздываний отдельных элементов, а значит, всей структуры сигналов. Так, радиальное движение цели относительно совмещенного импульсного радиолокатора:
изменяет запаздывания последовательно принимаемых импульсов;
приводит к известному из физики изменению несущей частоты - эффекту Доплера.
Оба эффекта в отдельности можно использовать для измерения радиальных скоростей целей и их скоростного разрешения. Селекцию по скорости широко используют для защиты от пассивных помех.
При любом из методов радиолокации приходящие сигналы оказываются часто слабыми. Особенно это относится к активной радиолокации, когда ослабление обусловлено двукратным рассеянием энергии: на пути до цели и обратно. Принимают ряд мер для выделения слабых сигналов:
увеличивают по возможности габариты передающей и приемной антенн, среднюю мощность зондирующих колебаний;
применяют высокочувствительные (малошумящие) входные элементы радиоприемных устройств.
оптимизируют обработку принимаемых колебаний с учетом внешних помех и внутренних шумов приемника.
Оптимизация обработки означает наилучший (в статистическом смысле) учет взаимных различий сигналов и помех. Учет этот существен на всех этапах получения радиолокационной информации, в первую очередь, при обнаружении цели и измерении их координат и параметров движения. Радиоприемное устройство по существу становится специализированной ЭВМ, точно или приближенно выполняющей линейные и нелинейные операции оптимальной обработки принимаемых колебаний. Постепенно стираются грани между обработкой в цепях приемника, элементах автоматики и вычислительной техники. Существенна лишь совокупность выполняемых операций, подлежащих совместной оптимизации. При использовании многоэлементных антенн необходимые операции оптимальной обработки проводят уже над колебаниями, принятыми элементами антенн. Антенные операции оказываются начальными звеньями единой цепи обработки (аналоговой, цифровой, комбинированной). Оптимизируя обработку, учитывают также условия распространения радиоволн в средах, отличающихся от свободного пространства.
Параметры помех и сред распространения обычно заранее неизвестны. Важна поэтому адаптация (приспособление) пространственно-временной обработки сигналов к текущим условиям работы радиолокационного средства или системы. Наряду с этим повышается роль адаптации по отношению к пространственно-временной модуляции излучаемых сигналов.
Классификация радиолокационных систем
Классификацию радиолокационных систем так же, как и классификацию радиотехнических систем, можно проводить по различным признакам. В зависимости от используемых классификационных признаков радиолокационные системы подразделяются:
по месту установки (на наземные, корабельные, авиационные, космического базирования);
по назначению (на РЛС обнаружения целей, управления оружием, обеспечения полетов, метеорологические, навигационные, опознавания государственной принадлежности, многофункциональные);
по рабочему диапазону длин волн (на станции декаметрового, метрового, дециметрового, сантиметрового, миллиметрового диапазонов длин волн, многодиапазонные);
по виду излучения (на РЛС импульсного, непрерывного, квазинепрерывного, шумового и комбинированного излучения);
по числу измеряемых координат (на двухкоординатные - обычно дальность и азимут, трехкоординатные - обычно дальность, азимут и угол места);
по числу занимаемых позиций (на однопозиционные и многопозиционные).
Рассмотрим задачи, решаемые РЛС в зависимости от места их установки.
Наземные РЛС можно разделить на:
РЛС надгоризонтного обнаружения (НГО);
РЛС загоризонтного обнаружения (ЗГО);
РЛС подповерхностной радиолокации.
Системы НГО работают в метровом, дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн (0,03...300 ГГц), подразделяются на стационарные и подвижные (мобильные): самоходные, буксируемые, возимые, переносные. По решаемым задачам (назначению) они подразделяются на РЛС:
управления воздушным движением (УВД);
обнаружения, наведения и целеуказания;
обнаружения маловысотных целей;
наведения зенитных управляемых ракет;
орудийной наводки;
радиолокационной разведки на поле боя: наземной разведки, наземной артиллерийской разведки, обнаружения стреляющих минометов и стартующих ракет;
высотомеры;
предупреждения о ракетном нападении (ПРН);
противоракетной обороны (ПРО);
контроля космического пространства (ККП);
полигонные;
метеорологические и др.
РЛС загоризонтного обнаружения (или загоризонтные РЛС) основаны16 на использовании эффекта отражения радиоволн декаметрового диапазона (З...30 МГц) от ионосферы Земли и работают в режиме обратного рассеяния радиоволн, при котором сигнал принимается в месте излучения, или же в режиме прямого рассеяния, когда падающий и рассеянный потоки радиоволн распространяются в одну сторону. Загоризонтные РЛС могут быть односкачковыми и многоскачковыми. Они предназначены для:
наблюдения на больших площадях за состоянием поверхности морей и океанов, а также за движением кораблей и самолетов;
обнаружения областей с отчетливо выраженной плазменной неоднородностью, создаваемой стартующими баллистическими ракетами и метеорными следами;
ионосферных исследований.
Дальность действия загоризонтных РЛС достигает17 нескольких тысяч километров.
Радиолокаторы подповерхностного зондирования предназначены для обнаружения полостей в грунте, различных объектов, сооружений из бетона, определения толщины льда, подводной радиолокации и др. Достижимая глубина проникновения может составлять18 до нескольких сотен метров.
Корабельные РЛС предназначены для обнаружения и сопровождения воздушных и надводных целей, обзора надводной и береговой поверхности, целеуказания, наведения зенитных управляемых ракет и орудий, а также для кораблевождения и навигации (определения местонахождения кораблей, их скорости и проверки курса). Для обеспечения необходимого обзора антенные системы корабельных РЛС устанавливают на мачтах, а для устранения влияния качки корабля стабилизируют или расширяют сектор обзора по углу места. На современных кораблях число РЛС может быть более19 50.
Авиационные (самолетные) РЛС делятся на: РЛС обзора воздушного пространства, РЛС землеобзора, многофункциональные РЛС.
К РЛС обзора воздушного пространства относятся системы:
перехвата и прицеливания;
дальнего радиолокационного обнаружения (дозора) и наведения (управления);
защиты своих самолетов;
обхода препятствий в воздухе (например, грозовых образований) и др.
К радиолокационным системам землеобзора относятся20:
панорамные;
бокового обзора с антенной, расположенной вдоль фюзеляжа;
бокового обзора с синтезированной апертурой (РСА);
подповерхностной радиолокации.
РЛС космического базирования применяются для дистанционного исследования (в том числе и картографирования) Земли и планет, обеспечения сближения, стыковки и посадки космических аппаратов. Обсуждаются21 также возможности создания и использования РЛС космического базирования для решения задач противовоздушной и противокосмической обороны.
Использование автоматизированных систем диагностики, поиска неисправностей и восстановления работоспособности обеспечивает длительную непрерывную работу РЛС без выключения на обслуживание и с сохранением всех основных параметров на 20 суток и более, а время восстановления работоспособности - не более чем 0,3...0,5 ч.
Спутниковая навигационная система позволяет осуществлять быструю высокоточную топопривязку. Использование такой аппаратуры повышает мобильность РЛС.
Формирование отраженного радиолокационного сигнала
Вторичное излучение электромагнитных волн. Эффективная площадь рассеяния целей. Явление вторичного излучения, лежащее в основе активной радиолокации, свойственно волнам любой природы. Оно возникает всякий раз, когда волна встречает препятствие на пути своего распространения. Падающую на препятствие волну называют первичной, отраженную, или рассеянную, - вторичной. Препятствие в этом случае является пассивным вторичным излучателем.
Препятствием для радиоволн служит любая неоднородность электрических параметров среды (абсолютной диэлектрической проницаемости, абсолютной магнитной проницаемости, проводимости). В радиолокации интерес представляют как объекты с большой проводимостью, так и объекты с малой проводимостью (диэлектрики): гидрометеоры, неоднородности тропосферы и др. Под действием электрического поля волны на облучаемой поверхности, например проводящей, возникают колебания электрических зарядов. Наведенные при этом токи проводимости являются источником излучения вторичных электромагнитных волн. В диэлектрике таким же источником являются токи смещения.
Характер вторичного излучения зависит22 от многих факторов, основными из которых являются электрические свойства, геометрическая форма, движение и взаимное перемещение элементов отражающего объекта, соотношение размера объекта и длины облучающей его волны, соотношение размеров объекта и разрешаемого объема пространства (объект считается сосредоточенным, если он попадает в пределы одного разрешаемого объема, и объемно распределенным, если занимает несколько разрешаемых объемов), закон модуляции и поляризация облучающей электромагнитной волны.
Основные виды помех активной радиолокации
Как и в любой радиотехнической системе, в радиолокации может существенно сказываться23 влияние различного рода помех. Роль помех в активной радиолокации может оказаться еще большей, чем в других РТС, поскольку обычно имеет место существенное ослабление сигнала на пути распространения до цели и обратно. Кроме того, в радиолокации важное значение имеют некоторые специфические виды помех, с которыми гораздо реже приходится считаться, например, в радиосвязи. Такими помехами являются, в частности, пассивные помехи, вызываемые переотражениями от мешающих объектов. По своему происхождению помехи могут быть естественными, взаимными и искусственными.
Естественными являются помехи природного происхождения. Например, естественные пассивные помехи образуются в результате переотражений от холмов, гор, облаков и т.д. Естественные активные помехи создаются излучениями Солнца и других внеземных источников.
Взаимными называют активные помехи, вызываемые влиянием излучений различных радиоэлектронных средств друг на друга. Наряду с взаимными активными помехами иногда наблюдаются также взаимные пассивные помехи, когда в гористой местности помеха радиолокатору создается за счет переотражения колебаний, излучаемых другим радиолокатором.
Искусственные активные и пассивные помехи создаются для радиолокаторов военного назначения. Такие помехи широко применялись во время боевых действий в ходе Второй мировой войны, войн в Корее, во Вьетнаме, на Ближнем Востоке, в Югославии и других локальных конфликтах. Создание помех является одной из форм радиоэлектронной войны (борьбы), а радиоэлектронная война считается важной составной частью информационной войны.
По характеру воздействия на подавляемое средство помехи делятся на маскирующие и имитирующие. Маскирующие помехи создают фон, на котором трудно выделить сигнал, прикрываемый помехой; наряду с этим они обычно подавляют сигнал в нелинейных элементах приемника РЛС. Имитирующие помехи создают эффект ложных целей, затрудняя получение информации об истинных целях. Каждая из трех указанных выше разновидностей помех - естественная, взаимная и искусственная - может быть, в свою очередь маскирующей и имитирующей.
Естественные и взаимные маскирующие активные помехи и принципы защиты от них. Существуют два основных вида источников естественных маскирующих активных помех: дискретные и распределенные. К дискретным источникам помех относятся Солнце, Луна и радиозвезды. К распределенным источникам - галактические шумы, излучение атомарного водорода и шумы атмосферы. Из дискретных источников практически влияние на работу радиолокационных станций СВЧ диапазона могут оказывать Солнце и в меньшей степени Луна. Плотность потока мощности Солнца на длине волны 10 см оказывается24 порядка (1020...10-18) Вт/м2 Гц, где большее число соответствует повышенной солнечной активности. Эта плотность превышает плотность излучения абсолютно черного тела при температуре 6000 К в 10...1000 раз. На длине волны 1м плотность потока мощности будет (10-23...10-17) Вт/м2 Гц. Из распределенных источников преобладающим является собственное тепловое излучение атмосферы.
В последнее время очень важную роль начинают играть взаимные помехи. По мере стремительного увеличения числа используемых радиоэлектронных средств резко возрастает опасность их взаимных влияний. Чтобы устранить эти влияния, практикуется плановое распределение рабочих частот между различными радиоэлектронными средствами (радиолокационными, в частности) как на основе международных соглашений, так и на основе внутренних регламентации в пределах каждой страны, каждой отрасли народного хозяйства и военного дела. Тем не менее, при отсутствии должных мер защиты от взаимных помех наблюдается взаимное влияние радиоэлектронных средств даже с различными рабочими частотами. Последнее имеет место при наличии внеполосных и побочных излучений радиоэлектронных средств. Наряду с внеполосными и побочными излучениями причиной взаимных помех являются побочные каналы приема в супергетеродинных приемных устройствах. Известно, что при воздействии на смеситель приходящих колебаний частоты и колебаний гетеродина частоты на выходе смесителя образуются колебания ряда комбинационных частот. Если какая-либо из этих частот совпадает с промежуточной, на которую настроены последующие каскады приемника, она усиливается и образуется побочный канал приема.
Характеристики направленности приемных и передающих антенн для внеполосных излучений, побочных излучений и каналов приема обычно отличаются от характеристик направленности для основных каналов излучения и приема, в первую очередь, значительно большим уровнем боковых лепестков.
Во многих случаях может сложиться достаточно сложная обстановка. Действительно, в одном и том же районе передатчики радиоэлектронных средств создают основные, внеполосные и побочные излучения, а приемные устройства этих средств наряду с основными имеют побочные каналы приема. Если основной или побочный канал приема случайно совпадает с основным или побочным каналом излучения и интенсивность излучаемого колебания достаточно велика, может иметь место взаимная помеха, в частности, маскирующая. Так, например, частотно-модулированные и амплитудно-модулированные непрерывные колебания линий связи могут создать маскирующую помеху импульсным радиолокационным приемникам.
Совокупность мер, направленных на исключение взаимных помех, обеспечивает электромагнитную совместимость. Наряду с правильным распределением частот и другими организационными мероприятиями электромагнитная совместимость достигается25 за счет фильтрации побочных излучений в передающих устройствах, гетеродинных колебаний в приемных трактах, за счет правильного использования условий распространения, особенностей местности, выбора режимов работы радиолокационных средств.
Пассивные маскирующие помехи и способы их создания. К естественным пассивным помехам относятся радиопомехи, создаваемые природными отражателями (местными предметами, водной поверхностью, гидрометеорами, северными сияниями и т.д.). Эти помехи могут существенно нарушать работу аэродромных радиолокаторов, обеспечивающих посадку самолетов, и радиолокаторов военного назначения, используемых для обнаружения целей, особенно на малых высотах.
Наибольшее распространение из искусственных маскирующих пассивных помех получили помехи, создаваемые дипольными противорадиолокационными отражателями. Они представляют собой пассивные полуволновые вибраторы, изготовленные из металлизированных бумажных лент, фольги или металлизированного стеклянного или капронового волокна. Длина узкополосных резонансных вибраторов выбирается примерно равной половине длины волны подавляемой РЛС. Ширина лент в зависимости от их длины может быть в пределах от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, а диаметр волокна - от десятков до сотен микрон при толщине металлического покрытия порядка единиц микрон.
Обычно дипольные отражатели собираются в пачки таким образом, чтобы каждая пачка по своим отражающим свойствам имитировала реальную цель. Число отражателей в пачке зависит от диапазона длин волн, в котором работает подавляемая РЛС.
Основной недостаток таких пачек - узкий диапазон перекрываемых частот (5... 10% от резонансной). Полоса частот расширяется, если пачки комплектовать из вибраторов различной длины или увеличивать длину и поперечные размеры диполей. Пачки помещают между специальными лентами, которые наматываются на барабаны, расположенные в кассетах. Ими могут снаряжаться противорадиолокационные патроны. Возможно также создание пассивных помех с нарезкой дипольных отражателей на борту самолета в зависимости от разведанного диапазона частот подавляемой РЛС.
Для маскировки воздушных целей дипольные отражатели сбрасываются в окружающее пространство при помощи автоматов или бомб (в заднюю полусферу) или выстреливаются при помощи пушек и ракет (в переднюю и заднюю полусферы). При этом могут создаваться как сплошные полосы (облака) пассивных отражателей, так и разрывные.
Методы защиты от пассивных маскирующих помех
Основные различия сигналов целей и пассивных маскирующих помех. Сигналы, отраженные от целей, и пассивные маскирующие помехи в общем случае имеют различные статистические характеристики. Для сигналов и помех, распределенных по нормальному закону, эти различия сводятся к различиям их корреляционных матриц, которые, в свою очередь, обусловлены различиями некоторых физических характеристик целей и отражателей, создающих пассивную помеху. К числу этих различий можно отнести26 следующие:
различие мешающих отражателей и целей по характеру распределения в пространстве. Цель обычно близка к сосредоточенному объекту, мешающие отражатели распределены в пространстве. Повышая разрешающую способность по координатам и сокращая при этом размеры разрешаемого объема (во всяком случае, до размеров, превышающих размеры самолета), можно добиться улучшения наблюдаемости сигнала на фоне пассивных помех;
различия в поляризации отраженных сигналов наблюдаются, если пассивная помеха создается, например, гидрометеорами (дождь, тучи), состоящими из мелких капель, имеющих форму шара. Если гидрометеоры облучаются колебаниями с круговой поляризацией, то они отражают колебания также с круговой поляризацией, но с обратным (в направлении распространения волны) вращением плоскости поляризации. Если приемная антенна не воспринимает колебания с такой поляризацией, она, тем не менее, может принимать колебания от целей, обладающих несимметрией структуры;
различия в скорости перемещения мешающих отражателей и цели. Скорость перемещения наземных мешающих отражателей относительно наземной радиолокационной станции близка к нулю, в то время как представляющие практический интерес цели перемещаются с достаточно большой скоростью.
Если пассивная помеха создается противорадиолокационными отражателями, то эти отражатели, будучи сброшены с самолета, быстро приобретают скорость, близкую к скорости ветра. Поскольку скорость ветра не постоянна по высоте, имеет место разброс скоростей противорадиолокационных отражателей. Тем не менее, различия в радиальных скоростях целей и отражателей имеются и могут быть использованы для селекции. Селекцию по скорости (или по эффекту движения цели) называют селекцией движущихся целей (СДЦ). В основе СДЦ лежит явление деформации структуры сигнала при отражении от движущейся цели.
|
