Средства радиоэлектронной защиты и подавления радиоэлектронных средств (РЭС) (стр. 2 из 5)

Рис.4

Для малых по сравнению с длиной волны и пологих неровностей применим метод возмущений (мелкомасштабная модель). Отраженная волна представляется в виде суммы волн от гладкой поверхности, определяемой коэффициентами отражения Френеля и обусловленной мелкими неровностями. Если радиус кривизны неровностей много больше длины волны (для плавных неровностей достаточно больших размеров), применим метод Кирхгофа (крупномасштабная модель). При этом отраженное поле вычисляется по законам геометрической оптики, т.е. так же, как при отражении от бесконечной касательной плоскости в данной точке поверхности. С учетом того, что в этой модели затенение одних участков поверхности другими отсутствует, можно воспользоваться коэффициентами отражения Френеля. При оценке участка гладкой поверхности, эффективно участвующего в формировании отраженного сигнала в сторону РЛС, можно воспользоваться зонами Френеля. Рассмотрим случай вертикального облучения земной поверхности. Метод построения зон ясен из рис.5.

Рис.5

Для первой зоны разность хода лучей до центра зоны и до любой точки внутри зоны не превышает λ/4, что после отражения на границе зоны соответствует разности хода λ/2, т.е. фазовому сдвигу 180°. Остальные зоны строятся аналогично. Отсюда следует, что первая зона является кругом с радиусом:

так как обычно H>> λ/4, где H - высота БРЛС над землей.

Что касается остальных зон, то они образуют кольца. Вторая зона имеет внутренний радиус R₁ и внешний:

последующие радиусы равны:

и т.д. Так как площадь k-го кольца:

т.е. площади колец зон равны. Вследствие того, что сигналы, отраженные от этих зон, имеют разные знаки, происходит их взаимная частичная компенсация и результирующий отраженный сигнал соответствует приблизительно половине формируемого первой зоной Френеля, что и определяет главную роль этой зоны.

Приближенный расчет для высоты полета вертолета-носителя БРЛС равной 100м показывает, что ЭПР помехи от подстилающей поверхности составляет 18м² при приеме помехи по боковым каналам.

Заполним закладку "Цель и помеха" (рис.6). "ЭПР цели кв. м" - 5 м (в соответствии с ТЗ). "Максимальная скорость цели, м/с" - 900 м/с (в соответствии с ТЗ). "ЭПР помехи" - 18 м². "Ширина спектра флюктуаций, Гц" - 10000 Гц.

Рис.6

В закладке "Параметры 1" (рис.7) укажем "Мощность передатчика, кВт" - 5кВт, "Коэффициент усиления антенны" - 900, "Энергетическая дальность, км" - 30, "Разрешение по дальности, м" - 50, "Вероятность правильного обнаружения" - 0,95, "Вероятность ложной тревоги" - 10^-5, "Потери при обработке, дБ" - 3.

Рис.7

В закладке "Параметры 2" (рис.7) укажем для азимутальной плоскости: "Максимальный угол сканирования, гр." - 30, "Минимальный угол сканирования, гр." - (-30), "Разрешение, гр" - 1; для угломестной плоскости: "Максимальный угол сканирования, гр." - 2, "Минимальный угол сканирования, гр." - (-2), "Разрешение, гр" - 1; "Время обзора сектора сканирования, мс" - 1200 мс. Расчет числа импульсов в пачке зондирующего сигнала вести, исходя из времени обзора сектора сканирования.

Далее программа выдает расчет параметров РЛС, используя введенные ранее данные (рис.8)

Рис.8

Из данных расчета программы "Стрела" можно видеть следующее:

o увеличение числа импульсов в пачке приводит к большему значению энергетической дальности, что можно объяснить непосредственной связью числа импульсов в пачке Nс коэффициентом передачи сигнала k_с (k_с= N), который в свою очередь связан с энергетической дальностью R, причем чем больше k_с, тем больше R;

o увеличение Nприводит к повышению вероятности правильного обнаружения D, что согласуется с теорией;

o дальность связана с мощностью передатчика основным уравнением дальности радиолокации, согласно которому увеличение мощности приводит к возрастанию энергетической дальности;

o увеличение энергетической дальности приводит к уменьшению значения правильного обнаружения, связанно данное явление с тем, что на больших дальностях уменьшается мощность отраженного от цели зондирующего импульса, уменьшается разрешающая способность РЛС, больше сказывается совокупное влияние среды на распространяющуюся волну.

Расчет параметров средств помехозащиты

Отраженный сигнал от цели представляет пачку радиоимпульсов с неизвестной доплеровской частотой, которая подвергается когерентной обработке. Чтобы учесть доплеровский сдвиг частоты, широко используются гребенчатые фильтры, представляющие набор узкополосных фильтров, осуществляющих когерентное накопление.

Ожидаемую пачку импульсов (копию сигнала) u (t) можно представить в виде произведения двух колебаний: последовательности видеоимпульсов u₁ (t) и высокочастотного колебания u₂ (t) несущей частоты f₀, модулированного огибающей пачки, т.е.

u (t) = u₁ (t) u₂ (t),

которое соответствует ожидаемому сигналу. Если аддитивную смесь сигнала с шумом на входе приемника обозначить y (t), то отклик согласованного фильтра даёт на выходе корреляционный интеграл R:

Откуда вытекает следующий оптимальный алгоритм обработки пачки радиоимпульсов: принимаемая реализация колебаний y (t) стробируется. При этом получается колебание u (t) =u₁ (t) u₂ (t). Стробирование необходимо осуществлять в соответствии со временем запаздывания сигналов. При неизвестном времени запаздывания необходима многоканальная схема. Каждый временной канал относительно соседнего стробируется импульсной последовательностью, задержанной на длительность одного импульса пачки τ_и. Тогда число временных каналов mв одном периоде повторения Т определяется m=T/τ_и и соответствует величине скважности. В каждом канале дальности необходимо осуществить накопление сигналов пачки, т.е. вычислить интеграл. Интегрирование осуществляется узкополосным фильтром.

При неизвестной доплеровской частоте цели в каждом стробируемом канале число доплеровских фильтров должно быть таково, чтобы перекрывать весь диапазон доплеровских частот, который в импульсных системах, благодаря периодичности спектра, можно принять равным F_п.

Таким образом, согласованный фильтр обработки имеет структуру, представленную на рис.9.

Рис.9

Согласованные фильтры одиночного радиоимпульса (СФОИ) стробируются по дальности с числом временных сигналов m. В каждом канале ставятся узкополосные доплеровские фильтры, перекрывающие доплеровский диапазон целей, где производится накопление сигнала. Детектирование огибающей сигнала осуществляется в блоке последетекторной обработки, на выходе которого в пороговом устройстве (ПУ) происходит сравнение с пороговым уровнем с целью обнаружения сигнала. В блоке определения параметров сигнала (БОПС) определяются параметры цели, такие как скорость, дальность и т.д.

При обнаружении цели определяется доплеровская частота цели по номеру доплеровского фильтра и рассчитывается скорость цели:

На практике вместо СФОИ лучше использовать усилитель промежуточной частоты (УПЧ), параметры которого согласованны с параметрами сигнала, а узкополосные доплеровские фильтры выполнить в виде блока цифровой обработки, включающего память на всю пачку и обработку на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ). Тогда согласованный фильтр имеет структуру, представленную на рис.10.

Рис.10

Стробирование по дальности выполняется в стробирующих каскадах, подключенных к выходу УПЧ, на которые подаются временные стробы длительностью τ_и. Количество стробирующих каскадов равно m.

Обработка по частоте Доплера в каждом временном канале производится на видеочастоте, в двух квадратурных каналах, где с помощью фазовых детекторов (ФД) извлекается полезная информация из фазы сигнала. Для цифровой обработки необходимо информацию с выхода ФД преобразовать в цифровые коды, что выполняется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

Блок, обозначенный как БПФ, включает память на всю пачку отраженных импульсов и обработку в виде БПФ.

На выходе БПФ образуется nчастотных каналов, где n - число импульсов в пачке, отраженной от цели. Полоса пропускания каждого доплеровского фильтра в этом случае будет: