Способы борьбы с рлс

Статьи

Акционерное общество «Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы»

Способ защиты импульсных РЛС от противорадиолокационных ракет на основе их отвлечения на передатчик, размещенный на беспилотном летательном аппарате

Автор: Милосердов Игорь Васильевич,

ведущий научный сотрудник, доктор технических наук, профессор

Автор: Сытник Евгений Александрович,

заместитель начальника отдела «Центра системных исследований и разработок»

Авиационные противорадиолокационные ракеты (ПРР) рассматриваются зарубежными военными специалистами как одно из основных средств поражения РЛС наземного и корабельного базирования. Они состоят на вооружении самолетов тактической авиации и авиации ВМС практически во всех основных западных государствах. В настоящее время основными разработчиками и производителями ракет такого типа являются США, Великобритания и Франция. Здесь активно ведутся НИОКР, направленные на совершенствование имеющихся и создание новых образцов авиационных ПРР.

Наиболее часто в военных конфликтах последнего времени использовались ПРР AGM-88 HARM. Конструктивно она состоит из пассивной радиолокационной головки самонаведения (ПРГСН), боевой части, системы управления и двигательной установки. На ракете используется двухканальная моноимпульсная ГСН, предназначенная для определения азимута и угла места цели. Последняя модификация этой ракеты AGM-88E AARGM имеет, наряду с ПРГСН, дополнительную активную РЛС миллиметрового диапазона длин волн. Вместе с контактным взрывателем в ПРР используются неконтактные: лазерный, оптический, тепловой, активный радиовзрыватель (РВ) доплеровского типа или радиовысотомер. Анализ использования ПРР в военных конфликтах последнего времени показывает, что эффективность этого оружия неуклонно возрастает.

Способы защиты от ПРР довольно многочисленны, и делятся на активные (уничтожение ПРР или их носителя в воздухе) и пассивные. Активные способы весьма эффективны, но требуют, во-первых, наличия необходимых средств поражения, во-вторых, они не всегда экономически оправданы (например, стоимость зенитной управляемой ракеты, как правило, выше наводящейся ПРР). Эффективность активных способов значительно снижается в условиях массированного применения самонаводящихся на излучение ракет, как это происходило в Югославии (1999 г., операция «Союзная сила»).

Пассивные способы защиты более разнообразны, но их эффективность для парка современных ПРР не всегда соответствует требуемой. Так, например, способы изменения радиотехнических параметров излучаемых сигналов и выключение излучения РЛС на конечном этапе наведения ПРР в настоящее время не приводят к эффекту срыва процесса самонаведения, так как это происходило с ракетами более ранних модификаций. Наличие достаточно точных систем пролонгации, широкополосных ГСН, комплексирование различных способов пеленгования целей, совершенная система селекции и распознавания принимаемых импульсных последовательностей позволяют современным ПРР в достаточной степени эффективно парировать рассмотренные способы защиты. В связи с этим, в настоящее время получили распространение пассивные способы борьбы с ПРР, в основе которых лежат способы отвлечения ракеты на специальные имитирующие излучение РЛС передатчики, как, например, система «Газетчик». Система «Газетчик» включает в свой состав РЛС обнаружения наводящихся ракет, отвлекающие передатчики, а также автоматы выброса дипольных отражателей и аэрозолей. Дипольные отражатели создают помеху взрывателю ПРР, аэрозоли — оптическим системам наведения. Однако на ПРГСН они не оказывают значительного влияния.

Подавление ПРГСН осуществляется специальными имитирующими излучение РЛС передатчиками. Эти передатчики должны находиться на относительно не большом расстоянии от РЛС, для того, чтобы не произошло преждевременного их распознавания по угловым координатам ПРГСН. С другой стороны, передатчики должны обеспечить увод ПРР от РЛС на расстояние, обеспечивающее ее безопасное функционирование, что при рассмотрении различных возможных ракурсов подлета ракеты к цели не всегда обеспечивается. Кроме того, при отвлечении ПРР на передатчик его поражение наступает с большой вероятностью, поэтому в условиях серийных пусков ракет вероятность защиты РЛС существенно снижается.

Таким образом, размещение отвлекающих передатчиков на стационарных наземных позициях приводит к двум основным недостаткам: низкой защищенности самих передатчиков от поражения ПРР и необходимостью их размещения в относительной близи к РЛС, что в свою очередь может приводить к поражению РЛС при определенных ракурсах подлета ПРР. В значительной степени преодолеть эти недостатки можно путем размещения отвлекающих передатчики на малоразмерном беспилотном летательном аппарате (БЛА) типа «Орлан-10» и «Мерлин-21».

Для обеспечения эффективной защиты РЛС и увода ПРР на достаточно большие расстояния, отвлекатель, размещенный на базе БЛА, должен обладать: во-первых, достаточной энергетикой при малых габаритах, высокой защищенностью от поражения ПРР; во-вторых, обеспечивать условия электромагнитной совместимости с прикрываемой РЛС; в-третьих, иметь собственную высокую защищенность от поражения ПРР. Следует отметить, что рассматриваемые требования решаются не только техническими параметрами БЛА и его передатчиков, но и алгоритмами управления его пространственным положением и динамическими свойствами.

Необходимый для отвлечения энергетический потенциал отвлекающего передатчика определяется способом защиты РЛС от ПРР. Если при обнаружении ПРР предполагается выключение РЛС, то излучаемый отвлекателем сигнал должен находиться на уровне чувствительности приемника ПРГСН. В этом случае, движение БЛА должно происходить по кругу в азимутальной плоскости над РЛС, как это показано на рисунке 1а.

Радиус окружности располагается в точке стояния РЛС и составляет 150-500 метров. Высота 300-500 метров. При этих условиях, БЛА всегда (до момента перенацеливания ПРР) будет находиться в системе углового стробирования ПРГСН. При варианте боевого применения БЛА с работающей РЛС, исходя из энергетических соображений, он должен находиться в некоторой зоне, прикрывая направление 90° — 180° в азимутальной плоскости, как показано на рисунке 1б.

При варианте прикрытия работающей РЛС (рисунок 1б), отвлекающий передатчик на определенном этапе наведения должен излучать сигнал сравнимый по мощности с сигналом РЛС на входе ПРГСН. Отношение мощности сигнала на входе ПРГСН, изучаемого отвлекающим передатчиком, к мощности сигнала излучаемого РЛС описывается соотношением (без учета потерь распространения электромагнитной энергии в атмосфере):

(1)

где Р БЛА-ГСН , Р РЛС-ГСН — соответственно мощность сигнала БЛА и РЛС на входе ПРГСН; F РЛС , F БЛА — соответственно значение нормированных диаграмм направленности антенн БЛА и РЛС в направлении на ПРР ( α ПРР , φ ПРР ) по напряженности; Р БЛА , G БЛА — соответственно импульсная мощность и максимальный коэффициент направленного действия антенны БЛА; Р РЛС , G РЛС — соответственно импульсная мощность и максимальный коэффициент направленного действия антенны РЛС; D РЛС , D БЛА — соответственно дальность от РЛС до ПРР и от БЛА до ПРР.

В варианте рисунок 1б необходимо точку выноса центра окружности, по которой движется БЛА, разместить так, чтобы после отвлечения на помеховый передатчик и пролета БЛА ракета не смогла вновь перенацелиться на РЛС. При угловой разрешающей способности ПРГСН ±5º в каждой из плоскостей наведения вынос центра окружности, по которой движется БЛА, выберем 500 метров в азимутальной плоскости и 300 метров по высоте. Прикрываемый БЛА сектор в этом случае составляет от 20º до 70º в угломестной плоскости и ±50º в азимутальной (рисунок 1б). Для предварительных расчетов, можно принять, что наведение ПРР происходит по боковым лепесткам диаграммы направленности РЛС, которые в среднем составляют (-30) дБ. Вместе с тем, как видно из рисунка 1б. Расстояние от ПРР до РЛС больше, чем расстояние от БЛА до ПРР. В связи с этим, при наведении ПРР на РЛС, отношение квадратов дальностей, входящих в (1), будет увеличиваться. Рассчитаем энергетический потенциал РЛС, который в рассматриваемой ситуации может прикрыть БЛА при импульсной мощности 20 Вт и коэффициентом направленного действия антенны БЛА 10 дБ.

Для осуществления отвлечения примем, что на удалении ПРР от РЛС 2500 метров мощность отвлекающего передатчика на входе ПРГСН должна быть не менее 80% от входной мощности сигнала РЛС. В среднем на этом расстоянии, отношение квадратов дальностей составляет 1,56. Если ПРР находится в основном лепестке диаграммы направленности антенны БЛА, то F БЛА  1. Подставляя в (1) получим:

(2)

При дальнейшем сближении ПРР и БЛА удельная входная мощность отвлекающего передатчика возрастает. На рисунке 2 показано отношение квадратов дальностей, входящих в (1), при движении БЛА по вынесенной относительно РЛС окружности, расположенной в азимутальной плоскости, радиусом 100 метров. Отношение квадратов дальностей показано в дБ.

Из рисунка видно, что по энергетическим показателям, сигнал БЛА будет преобладать на входе ПРГСН. Для предварительной оценки эффективности предлагаемой системы защиты РЛС от ПРР была осуществлено моделирование процесса наведения ПРР на РЛС для двух рассматриваемых вариантов использования БЛА с отвлекающим передатчиком.

Моделирование проводилось для следующих условий: динамика ПРГСН описывалась инерционным звеном с инерционностью Т п =0,02 с, инерционность вычислителя ПРР Т в = 0,03 с, инерционность поворота подкрылков Т к = 0,03 с , ограничение угловой скорости ПРГСН √ ГСН = ± 6 º /с , ограничение на боковые перегрузки ПРР ± 15 g , угловой строб ПРГСН ±5º, скорость движения БЛА 27 м/с , угол визирования цели ПРГСН определялся выражением:

(3)

где φ ПРР — угол визирования цели ПРГСН, φ БЛА — угол визирования БЛА, φ РЛС — угол визирования РЛС.

Правило останова программы, прохождение ПРР минимального расстояния до РЛС. На рисунке 3 показаны траектории наведения ПРР на РЛС (координаты Х=0, Y =0 ) для варианта 2 работающей РЛС и вынесенного в направлении ПРР БЛА (красная траектория) и для варианта 1 выключенной РЛС и наведения ПРР на летающий по кругу над РЛС БЛА (синяя траектория).

По результатам моделирования можно сделать ряд выводов.

Промахи ПРР в варианте 1 составляют более 500 метров, при всех возможных ракурсах подлета ПРР. При использовании варианта 2 (работающая РЛС), промахи ПРР ( L ) относительно начала фазы движения БЛА (угол gamm , в градусах) показаны на рисунке 4а (промах относительно БЛА) и 4б (промах относительно РЛС).

Промахи ПРР относительно РЛС составляют более 50 метров, в 78% ракурсов более 100 метров.

Защищенность БЛА обеспечивается тем, что промах ПРР относительно БЛА в 92% случаев превышает 20 метров и 88% ракурсов сближения более 30 метров.

Таким образом, в ряде случаев, использование БЛА для защиты РЛС от ПРР является достаточно эффективным.

Источник

Способы борьбы с рлс

Радиоэлектронные помехи – это непоражающие электромагнитные излучения, которые ухудшают качество функционирования радиоэлектронных средств, управляемого оружия, систем обработки и передачи информации.

1) По природе возникновения различают естественные и искусственные помехи.

Естественными являются помехи природного происхождения. Искусственные помехи имеют техногенную природу.

2) По способу создания рассматривают помехи либо созданные устройствами, излучающими электромагнитные колебания, либо отражателями, рассеивающими энергию падающих радиоволн. В первом случае говорят об активных помехах, во втором – о пассивных .

3) В зависимости от источника образования искусственные помехи делятся на непреднамеренные и преднамеренные . Первые из них возникают в результате работы собственных источников радиоизлучений. Вторые специально создаются противником для подавления наших радиоэлектронных средств.

4) По эффекту воздействия на подавляемые РЛС различают маскирующие и имитирующие помехи. При этом маскирующиепомехи затрудняют процессы обнаружения полезного сигнала и измерения координат цели, а имитирующиепомехи несут ложную информацию о числе, координатах и параметрах движения целей.

5) Активные маскирующие помехи зависимости от точности наведения по частоте, подразделяются на прицельные и заградительные .

Рис. 1. Прицельная и заградительная активные помехи.

Прицельные помехи ставятся на известных, разведанных частотах, поэтому они имеют ширину спектра, соизмеримую с шириной спектра сигнала подавляемой РЛС, и характеризуются высоким уровнем мощности в пределах полосы пропускания ее приемника ( f П1 рис. 1).

Если рабочая частота РЛС не известна противнику, то прицельная помеха не будет эффективной ( f П2 рис. 1) и противник будет вынужден ставить заградительную помеху в диапазоне частот, значительно превышающем полосу, занимаемую полезным сигналом (рис. 1). Это позволяет одновременно влиять на работу несколько РЛС, но приводит к существенному снижению уровня мощности помехи в пределах полосы пропускания приемников РЛС.

6) По виду излучаемого сигнала активные маскирующие помехи подразделяются на шумовые помехи (непрерывные или мерцающие, копирующие структуру собственных шумов РПрУ), ответно-импульсные помехи , излучаемые в ответ на ЗС подавляемой РЛС, хаотические импульсные помехи (ХИП) , как правило, длительность импульсов ХИП много меньше длительности ЗС подавляемой РЛС и т.д.

8) Имитирующие активные радиопомехи подразделяются на собственно имитирующие помехи это излучения, несущие информацию о ложных целях и уводящие помехи несущие ложную информацию о координатах целей, уже сопровождаемых РЛС наведения ракет. Рассматривают уводящие помехи по дальности и скорости, вызывающие срыв слежения за целью в РЛС, которые имеют режим автоматического сопровождения целей по этим координатам, и помехи , уводящие по угловым координатам , создаваемые для подавления РЛС, использующих сканирование луча для измерения углов.

Постановщики активных помех (ПАП) могут использоваться в различных режимах.

В режиме самоприкрытия помеху ставит цель, сопровождаемая РЛС, при этом ПАП находится в луче РЛС, и затрудняя определение дальности и радиальной скорости, не способен затруднить определение своих угловых координат (пеленгацию). Если хотя бы две РЛС пеленгуют такую цель, то ее дальность несложно определить триангуляционным методом.

В режиме взаимоприкрытия помеху ставит цель, находящаяся за пределами зоны обзора РЛС, при этом сигнал ПАП воздействует на боковые лепестки ДН антенны РЛС.

5.5.2. Источники радиоэлектронных помех

Активные помехи

Наиболее распространенными являются преднамеренные активные радиопомехи, создаваемые в диапазоне от 1,5 МГц до 20 ГГц (l = 200 ÷ 0,005 м).

Средства создания активных помех входят в штатное оборудование самолетов радиоэлектронной борьбы (РЭБ), тактической и стратегической авиации (ТА, СА), беспилотных летательных аппаратов (БЛА) предназначенных для ведения РЭБ, а также могут размещаться на наземных (надводных) носителях и даже забрасываться непосредственно в места расположения РЛС.

Фото. 1. Система помехопостановки подвешиваемая к истребителям в специальных контейнерах может работать вместе с локатором системы управления вооружением истребителя.

Фото. 2. Обслуживание самолётной станции радиопомех AN/ALQ-184.

Фото. 3. Самолёт РЭБ EA-18 Growler ВМФ США, созданный на базе истребителя F/A-18 Super Hornet

Комплексы создания помех в режиме реального времени обеспечивают:

• разведку радиоэлектронной обстановки, в том числе определение количества и типов работающих РЛС противника в своей зоне досягаемости и измерение характеристик излучаемых ими сигналов;
• выбор подавляемой (подавляемых) РЛС и оптимального помехового воздействия для затруднения ее (их) работы;
• формирование помехи (помех).

Кроме аппаратуры постановки помех, самолеты РЭБ и ТА могут нести на борту противорадиолокационные ракеты (ПРР). Это ракеты для поражения наземных радиоизлучающих объектов, способные самостоятельно наводиться на источники излучения (антенны РЛС).

Средства создания маскирующих активных помех могут излучать активные шумовые помехи (АШП),ответно-импульсные помехи, хаотические импульсные помехи (ХИП), а также различные их комбинации. Длительность ответного шумового излучения находится в пределах от сотен микросекунд до значения периода повторения импульсов подавляемой РЛС.

АШП представляют собой электромагнитные колебания с хаотическим изменением по случайному закону амплитуды, частоты и фазы. Напряжение шумовой помехи на входе приемника представляет собой случайный процесс, имеющий нормальный закон распределения мгновенных значений и равномерный частотный спектр в пределах полосы пропускания приемного устройства подавляемой РЛС. Равномерность спектра, очевидно, соответствует отсутствию корреляции между отсчетами помехи на временной оси. Такой шум подобен собственным шумам приемника, но имеет намного большую мощность, поэтому он обладает максимальными маскирующими свойствами среди других видов помех.

ХИП используются для подавления средств связи, линий передачи данных, нарушения работы систем опознавания, а также для усложнения воздушной обстановки. Длительность импульсов ХИП, как правило, много меньше длительности ЗС подавляемой РЛС.

Средства создания имитирующих активных радиопомех способны генерировать излучения, несущие ложную информацию о числе, координатах и параметрах движения целей. Основой для создания имитирующих помех служит подробный анализ временной, частотной и пространственной структуры сигнала подавляемой РЛС.

К имитирующим помехам относятся и уводящие помехи:

• Помехи, уводящие по дальности , вызывают срыв слежения за целью в РЛС наведения ракет, которые имеют режим автоматического сопровождения целей по дальности.
• Помехи, уводящие по скорости , применяются для подавления доплеровских РЛС имеющих режим автоматического сопровождения по скорости.
• Помехи, уводящие по угловым координатам , создаются для подавления РЛС, использующих сканирование луча для измерения углов.

Принцип действия всех уводящих помех один – станция постановки помех (СПП) принимает зондирующий сигнал РЛС и излучает ответный, соответствующий сигналу, отражаемому от цели. Так как излученный ответный сигнал имеет заведомо большую интенсивность, чем отраженный целью, приемник и следящие системы РЛС настраиваются на него. После этого начинается собственно этап «увода» следящих систем. В излучаемый ответный сигнал плавно вводится ложная информация о параметрах цели (например, доплеровской частоте или времени запаздывания). По окончанию этапа «увода» помеха выключается, что вызывает срыв автоматического сопровождения (рис.1).

Рис. 1. Принцип действия уводящей помехи.

Пассивные помехи (ПП) создаются за счет энергии собственного излучения РЛС, отраженной от различных отражателей. Мешающее действие пассивных помех проявляется в подавлении полезных сигналов и маскировке наблюдаемой цели.

Одним из основных видов ПП являются маскирующие пассивные помехи, создаваемые с помощью дипольных отражателей (ДО).

Рис. 2. Основные источники маскирующих пассивных помех.

Дипольные отражатели — это пассивные вибраторы, представляющие собой полосы из металлизированной ленты, алюминиевой фольги или металлизированного стекловолокна. Длина этих полос примерно равна половине длины волны подавляемой РЛС.

Фото 4. Авиационные выбрасываемые ДО

Применяются ДО в виде пачек, которые сбрасываются с самолета – постановщика или выстреливаются специальными автоматами с интенсивностью от единиц до десятков пачек на сто метров пути. Каждая пачка имеет массу от 50 до 500 гр. и может содержать до нескольких сотен тысяч отражателей.

Фото 5. Корабельная пусковая установка КЛ-101 постановщика помех.

При полном их раскрыве размеры облака ДО могут достигать в вертикальной и горизонтальной плоскостях протяженность до единиц километров. Время разлета и снижения ДО зависит в общем случае от скорости движения постановщика, скорости ветра и высоты развертывания пачки. В целом полосы дипольных отражателей, обеспечивая достаточную плотность пассивных помех на трассе полета постановщика, могут иметь протяженность до нескольких сотен километров, находясь в воздухе до нескольких часов.

Следует рассмотреть еще один вид ПП, не относящийся к преднамеренным помехам, но представляющий серьезную проблему при обнаружении целей на малых высотах или больших дальностях. Это отражения от подстилающей поверхности.

Подстилающая поверхность — это область земной или водной поверхности вокруг РЛС, облучаемая основным или боковыми лепестками ДН.

Опасность отражений от подстилающей поверхности обусловлена их большой ЭПР и малой дальностью. Эти помехи, принятые по боковым лепесткам ДН, присутствуют в РЛС всегда (рис. 2).

Другим видом пассивной помехи является имитирующая помеха . Она представляет собой простейший носитель (например, неуправляемую ракету) на котором размещен малоразмерный, но эффективный отражающий элемент (уголковый отражатель или линза Люнеберга).

Уголковый отражатель — устройство в виде прямоугольного тетраэдра со взаимно перпендикулярными отражающими плоскостями. Излучение, попавшее в уголковый отражатель, отражается в строго обратном направлении (рис. 3).

Рис. 3. Уголковый отражатель: принцип действия и внешний вид.

Линза Люнеберга — линза, в которой коэффициент преломления не является постоянным, а подбирается таким образом, чтобы при прохождении линзы параллельные лучи фокусировались в одной точке на поверхности линзы, а испущенные точечным источником на поверхности — формировали параллельный пучок. Линза Люнеберга, одна сторона которой покрыта токопроводящим материалом, обладает огромной (относительно истинных размеров) ЭПР в широких углах облучения (рис. 4).

Рис. 4. Линза Люнеберга: принцип действия и внешний вид «в расколе» (после воздействия поражающих элементов ЗУР).

Эффективная поверхность рассеивания такого объекта равна или больше чем у прикрываемой цели. Использование подобных ложных целей служит для усложнения воздушной обстановки наблюдаемой на индикаторах РЛС и маскировки отметки от реальной цели. Кроме того, подобные цели используются в качестве мишеней для стрельбы на полигонах.

5.5.3. Методы защиты от активных помех

Во всех РЛС предусматриваются разнообразные защитные меры, общее назначение которых — обеспечить выделение отраженного от цели сигнала на фоне помех. Технически все они опираются на различия в физических свойствах целевых и помеховых сигналов. Кроме того, для защиты от помех необходимо использовать особенности формирования тех или иных помеховых сигналов.

Так, например, эффективность активной прицельной помехи тем выше, чем точнее по своим характеристикам она соответствует зондирующему сигналу РЛС. Поэтому меры защиты от прицельных помех включают повышение скрытности работы РЛС.

Для защиты от помех наряду с техническими, широко используются и организационные меры. К ним можно отнести различные ограничения на выход в эфир, организацию смены частотных литеров РЛС (плановые изменения номиналов их несущих частот), взаимодействие нескольких РЛС и так далее.

Технические методы помехозащиты.

— рациональный выбор параметров и формы ЗС;

— перестройку несущей частоты ЗС;

— работу на нескольких несущих частотах;

— устранение перегрузки приемника;

— селекцию сигналов по направлению прихода и частоте.

Выбор формы и параметров ЗС с одной стороны должны обеспечить максимальную скрытность работы локатора, а с другой стороны они должны обеспечить возможность «силового противодействия» постановщику активной помехи (ПАП). «Силовое противодействие» основывается на том, что энергетические возможности ПАП ограничены мощностью бортовых источников питания летательного аппарата, тогда как энергетические возможности РЛС зависят от более мощных наземных источников питания.

Перестройка несущей частоты и работа локатора на нескольких несущих частотах повышают скрытность его работы, затрудняют противнику управление процессом постановки помех и позволяют оперативно отстраиваться по частоте от созданной помехи. Чем больше время наведения помехи по отношению ко времени перестройки частоты РЛС тем эффективнее этот метод. Для его реализации в РЛС может использоваться как один приемо-передающий канал, обеспечивающий оперативную перестройку по частоте, так и несколько приемо-передающих каналов, каждый из которых настроен на фиксированную частоту. Первый способ используется в трехкоординатных импульсных РЛС, где требования к стабильности частоты передатчика невысоки, а второй способ применяется в доплеровских РЛС, где требуется высокая стабильность частоты.

Отсутствие перегрузки приемника РЛС является необходимым условием защиты от помех любых видов. Для устранения перегрузки приемника его входные каскады строятся на элементах обеспечивающих максимальный динамический диапазон (ЛБВ, ЛОВ), а в тракте промежуточной частоты для расширения динамического диапазона используются усилители с логарифмической амплитудной характеристикой и цепи быстрого автоматического регулирования усиления (БАРУ).

Селекция сигналов по частоте позволяет повысить помехозащиту доплеровских РЛС. Это достигается за счет сужения эквивалентной полосы пропускания приемника до нескольких сотен герц, что существенно снижает уровень помехи на выходе приемного тракта по сравнению с более широкополосными приемниками трехкоординатных РЛС.

Пространственная селекция активных помех основана на их сильной пространственной корреляции и предусматривает компенсацию помехового сигнала на входе основного приемного канала.

Пространственная корреляция характеризует связь (похожесть) сигналов принятых разными антеннами с подключенными к ним приемниками. Если эта связь велика, появляется возможность построить вспомогательный приемный канал со своей антенной (он называется компенсационным) и использовать сигнал с него для компенсации помехи в основном канале.

Простейшее устройство, реализующее указанный принцип называется автокомпенсатором помех (АКП) с корреляционной обратной связью (рис 1).

Рис. 1. АКП с корреляционной обратной связью.

Для работы АКП используется компенсационная слабонаправленная антенна, охватывающая главным лепестком своей ДН боковые лепестки основной антенны (рис. 2).

Рис. 2. ДН основной и компенсационной антенн.

Сигналы помехи, принятые основным каналом , и компенсационным каналом , поступают на сумматор (рис. 1). На выходе сумматора формируется напряжение

. (1)

Для формирования значения управляющего множителя используется цепь корреляционной обратной связи. Она позволяет вычислить корреляционный момент , характеризующий связь выходного сигнала АКП и сигнала помехи , принятого компенсационным каналом. Очевидно, что этот момент обратится в ноль при условии полной компенсации помехи.

Вычисленный корреляционный момент с точностью до постоянного множителя c и используется в качестве управляющего множителя

. (2)

Подставив выражение (2) в (1) несложно найти выражение для выходного сигнала АКП

. (3)

Из выражения (3) следует, что при и достаточной корреляции между и (например = С , где С = const) происходит полная компенсация помехи, то есть обращается в ноль.

Работа АКП эквивалентна формированию диаграммы направленности, максимум которой направлен на цель, а минимум сориентирован в направлении на источник помехи, поэтому принято говорить, что автокомпенсатор формирует провал в боковом лепестке ДН в направлении действия активной помехи.

Практическая реализация схемы АКП представленной на рис.1 в аналоговом приемном тракте затруднена, так как она требует реализации усилителя с изменяемым комплексным коэффициентом передачи. Поэтому в РЛС реализуются, как правило, квадратурные АКП, в которых компенсационный канал содержит четыре квадратурных со сдвигом фазы 0, 90, 180 и 270°.

Существует ряд ограничений , важных для понимания порядка использования АКП:

1. Для точной настройки компенсатора на входе антенной системы должна присутствовать только помеха, поэтому в каждом угловом положении луча предусмотрено время (порядка 100 мкс) в течение которого приемное устройство работает, а излучение зондирующего сигнала не производится.

2. По окончании настройки АКП переходит в режим памяти, сформированные управляющие коэффициенты сохраняются до перевода луча в следующее угловое положение.

3. Один АКП может эффективно компенсировать помеху с одного углового направления, что следует из принципа его работы (помехи приходящие с разных угловых направлений не имеют пространственной корреляции) поэтому используются многоканальные устройства, например трехканальный автокомпенсатор, содержит один основной канал от основной антенны и три компенсационных, использующих различные антенны.

Рассмотренный АКП неэффективен против помех действующих в главном лепестке ДН.

В РЛС могут применяться специальные методы, эффективные при борьбе с конкретным видом помехи.

Для защиты импульсных локаторов от ХИП используются схемы ШОУ ( Ш ирокополосный усилитель, О граничитель, У зкополосный фильтр) и ШОФС ( Ш ирокополосный усилитель, О граничитель, Ф ильтр С огласованный). Принцип действия этих схем основывается на использовании различий в длительности отраженного от цели импульса и импульса помехи, рассмотрим его на примере схемы ШОУ (рис. 3).

Рис. 3. Обнаружитель со схемой ШОУ

Принятая реализация смеси сигнала и помехи y(t) показана на рисунке 4 а. У импульса помехи амплитуда много больше, а длительность много меньше соответствующих параметров простого прямоугольного импульса. Обнаружитель содержит узкополосный фильтр, полоса пропускания которого согласована с длительностью импульса сигнала. Даже без детального анализа его работы очевидно, что амплитуда напряжения на его выходе пропорциональна амплитуде входного сигнала и степени его коррелированности с ожидаемым. Основное отличие ХИП и полезного сигнала это разница длительностей tп и tи, поэтому степень ослабления ХИП в фильтре определяется отношением tи/tп. Однако импульсы помехи могут оказаться настолько мощными, что этого ослабления будет недостаточно, для обнаружения сигнала на их фоне.

Рис. 4. Принцип работы схемы ШОУ.

Поэтому на входе фильтра установлены широкополосный усилитель и ограничитель (их амплитудная характеристика приведена на рис. 3), обеспечивающие выравнивание амплитуд помехи и сигнала. При этом на выходе фильтра накопленный сигнал будет превосходить помеху, и превышать порог обнаружения z0.

Схема ШОФС работает аналогично. Ее отличие от ШОУ заключается в том, что она рассчитана на прием сложных сигналов, поэтому узкополосный фильтр заменен на согласованный.

Другим примером специальных методов защиты является использование методов траекторного анализа для борьбы с уводящими активными помехами. Реализация такого метода защиты требует наличия в РЛС вычислительных средств, для анализа траектории цели. Суть метода заключается в том, что уводом признается такое изменение одной из координат, которое не соответствует изменению остальных (например, резкое увеличение скорости, при постоянном изменении дальности), сопровождение по этой координате ведется на основании экстраполированных данных до окончания увода.

5.5.4. Методы защиты от пассивных помех

Методы защиты от пассивных помех условно можно разделить на три группы:

1. Прямые методы , при которых параметры сигналов РЛС выбираются из условия наилучшего соотношения между характеристиками полезного и помехового сигналов. При этом за счет оптимальной когерентной обработки принимаемых сигналов подавление мешающих отражений достигает нескольких десятков 50-70дБ (100 000 — 10 000 000 раз).

2. Специальные регулировки в приемном тракте , позволяющие исключить перегрузки в каскадах приемников РЛС.

3. Методы селекции , основанные на использовании частотных, временных и поляризационных различий между полезным и помеховым сигналами.

Примером использования прямого метода защиты является применение непрерывного зондирующего сигнала. Эффективность когерентной обработки при этом такова, что РЛС с непрерывным сигналом способны обнаруживать цели с ненулевыми радиальными скоростями на фоне пассивных помех с плотностью до 10 пачек на сто метров пути.

Вторая группа методов борьбы с пассивными помехами имеет целью защиту приемного тракта от перегрузок и предполагает применение тех же регулировок, что и для защиты от активных помех. Различные комбинации регулировок, каждая из которых эффективна для определенных условий наблюдения, может рассматриваться только как вспомогательное средство борьбы с пассивной помехой (ПП).

Наиболее эффективными для борьбы с ПП следует признать методы селекции, относящиеся к третьей группе. В основу большинства методов селекцииПП положены частотные, частотно-временные и поляризационные различия помехи и сигнала.

Поляризационная селекция предполагает выбор такой поляризации ЗС, чтобы получить максимальный отраженный сигнал от цели и минимальный от источника мешающих отражений.

В РЛС для борьбы с гидрометеорами (снег, дождь, град и т.д.) используется круговая поляризация. Степень подавления отражений от гидрометеоров составляет в среднем для дождя 20 — 25 дБ, а для снега –

Частотные и частотно-временные методы защиты от ПП используют скоростные (частотные) отличия цели и помехи. Абсолютное большинство аэродинамических целей характеризуется высокой скоростью движения. Следовательно, спектр отраженного от таких объектов сигнала смещается по частотной оси относительно спектра ЗС на величину доплеровской добавки

Fд = 2Vr/l, где Vr радиальная скорость цели, l длина волны ЗС. ПП собственной радиальной скорости не имеет и может лишь незначительно перемещаться под действием ветра, ее доплеровская добавка близка к нулю.

Наиболее просто и эффективно селекция по частоте реализуется в доплеровских РЛС (то есть в РЛС измеряющих Fд).

Например, в станциях с непрерывным ЗС для эффективной защиты достаточно установить режекторный (вырезающий) фильтр на частоте, соответствующей Fд = 0 (рис. 1).

Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика режекторного фильтра.

Характеристика режекторного фильтра подобрана так, чтобы без потерь пропускать сигналы целей во всем диапазоне возможных доплеровских частот и обеспечивать подавление ПП в пределах зоны режекции с шириной Dfрф. Эффективность защиты составляет не менее 60 дБ или более 10 пачек на 100 метров пути.

Рис. 2. Схема частотно-временной селекции.

В РЛС с квазинепрерывным ЗС для защиты от пассивной помехи одного режекторного фильтра недостаточно. Это обусловлено гребенчатой формой спектра КППРИ. Дополнительно к РФ используется схема частотно-временной селекции (ЧВС). Она состоит из фильтра грубой селекции (ФГС) и ключа (рис.2). АЧХ ФГС расположена между 1 и 2 лепестками спектра пассивной помехи (ПП), что позволяет наилучшим образом отстроится от нее (рис. 3).

При попадании в полосу пропускания ФГС одного из лепестков спектра отраженного сигнала, этот лепесток выделяется, т.е. за счет накопления сигнала фильтр преобразует КППРИ в прямоугольный радиоимпульс, длительность которого равна длительности всей пачки.

Ключ, стоящий на выходе ФГС осуществляет временную селекцию для подавления помеховых сигналов, возникающих при приеме первых импульсов ПП. Ключ открывается прямоугольным стробом длительностью tобр, задержанным относительно начала зондирования на tзад. За время задержки затухают переходные процессы, возникающие при попадании в полосу пропускания ФГС спектральных составляющих первых принятых импульсов ПП (так называемое «ударное возбуждение фильтра внеполосной помехой»).

Процессы, происходящие в схеме ЧВС (без учета времени запаздывания) представлены на рис. 4.

Рис. 4. Принцип работы ЧВС.

Эффективность схем ЧВС весьма высока, коэффициент подавления ПП достигает величины 60 дБ или 10 пачек на 100 метров.

Защита импульсных РЛС, используя тот же принцип выделения скоростных различий между сигналом и ПП, отличается реализацией устройств помехозащиты. Это обусловлено низкой разрешающей способностью импульсных станций по скорости.

В качестве основных устройств защиты импульсных РЛС от ПП применяются различные варианты схем черезпериодного вычитания (ЧПВ). Принцип их действия рассмотрим на примере простейшей схемы однократного ЧПВ (рис. 5).

Рис. 5. Однократная схема ЧПВ.

Компенсация основана на высокой повторяемости помеховых сигналов, полученных в смежных периодах повторения:

если в n-ом периоде амплитуда помехи ,

то в n+1-ом периоде ;

где Wд ПП » 0 – доплеровская добавка частоты пассивной помехи;

j — начальная фаза помехового сигнала.

В то же время сигналы цели изменяются за период повторения следующим образом:

если в n-ом периоде амплитуда сигнала ,

то в n+1-ом периоде ;

где Wд Ц ≠ 0 – доплеровская добавка частоты сигнала цели;

y — начальная фаза сигнала цели.

Принцип работы схемы наглядно поясняется векторной диаграммой (рис. 6 а, б).

а) Помеха б) Цель

Рис. 6. Принцип работы схемы однократного ЧПВ.

Очевидно, что эффективность систем ЧПВ растет, с уменьшением WдПП и с ростом Wд Ц, поэтому такие системы имеют и другое название — системы селекции движущихся целей (СДЦ).

Эффективность схем ЧПВ существенно ниже, чем у систем защиты доплеровских РЛС она достигает значений 20 дБ или 0,6-0,8 пачек на 100 метров.

Источник