Обрунтування необхідності підвищення показників якості функціонування систем придушення пасивних

• Название: Обрунтування необхідності підвищення показників якості функціонування систем придушення пасивних
• Дата: 09.11.2021
• Размер: 125.13 Kb.
• Имя файла: 1-40.docx
• Тип: Обґрунтування; #267727
• страница: 2 из 3

1.2. Обґрунтування необхідності забезпечення інваріантності перешкодозахищеності РЛС від часу огляду
Процес обробки радіолокаційної інформації можна розділити на кілька етапів, основними з яких є первинна та вторинна обробка радіолокаційного сигналу.

Змістом первинної обробки є:

1. всерединіперіодна і міжперіодна обробка сигналів;

2. автоматичне виявлення корисних сигналів в суміші сигналів, шумів і перешкод, що надходять з виходу приймача;

3. автоматичне зняття координат цілі.

Процес вторинної обробки радіолокаційної інформації про кожну цілі зазвичай виконується в два етапи [27,28,29]:

виявлення траєкторій цілей;

стеження за траєкторіями.

У процесі виявлення траєкторії виконуються наступні операції:

стробування і селекція відміток в стробі;

перевірка критерію виявлення;

оцінка значень параметрів траєкторій і екстраполяція цих параметрів.

Стеження за траєкторією цілі полягає в послідовному від вимірювання до вимірювання прив'язці до неї знову отриманих оцінок і уточнення її параметрів. При автоматичному спостереженні за траєкторією виконуються наступні операції:

уточнення параметрів траєкторії в процесі прив'язки нових відміток;

екстраполяція параметрів на момент наступного вимірювання; стробування зони можливого положення нових відміток; селекція відміток в стробі.

Як випливає з вищесказаного, процес виявлення нової траєкторії починається з освіти навколо одиночної позначки початкового стрибає первинного захоплення, розміри якого вибираються, виходячи з можливого переміщення цілі за період огляду. Якщо в наступному огляді в стрибає первинного захоплення потрапила одна або кілька позначок, то по кожній з них "зав'язується" нова траєкторія. При відсутності відміток у стробі первинного захоплення початкова відмітка або скидається як помилкова, або залишається для підтвердження в наступних оглядах. При цьому відповідно збільшуються розміри стрибає первинного захоплення. Після того як траєкторія зав'язана, визначаються напрямок і швидкість руху передбачуваної цілі, що дозволяє екстраполювати і стробувати її положення на наступні огляди.

Основними обчислювальними операціями, що здійснюються в процесі виявлення траєкторії є [29]:

оцінка швидкості;

екстраполяція координат; стробування відміток.

Щодо цих операцій 'приймаються наступні передумови:

1. екстраполяція координат проводиться відповідно до гіпотезою про рівномірний і прямолінійний рух цілі;

2. строби на всіх етапах виявлення траєкторії мають форму елемента сферичного шару; розміри стробів вибирають виходячи з сумарних помилок вимірювання і екстраполяції координат на відповідному етапі виявлення траєкторії;

3. за одиницю обсягу стрибає приймається роздільна здатність РЛС за відповідними координатами; в цьому випадку розміри стробов не залежить від дальності і, крім того, розподіл помилкових відміток в зоні огляду можна прийняти рівномірним, тому що ймовірність появи помилкової оцінки в кожному елементарному обсязі однакова.

Обсяг стробів первинного захоплення, виражений числом елементарних (дозволених) обсягів РЛС, обчислюється за формулою [27]:

(1.6)
де - значення швидкості цілі за відповідною координатою;

- середньоквадратичні відхилення від середніх значень швидкості;

і - число дозволених обсягів РЛС;

- час огляду простору.

Виходячи з формули (1.6) можна помітити, що при зменшенні часу огляду простору відбуватиметься і зменшення розмірів стрибає первинного захоплення, що безсумнівно зменшить кількість помилкових відміток в cтробі і вимоги, що пред'являються до продуктивності ЦВМ. Як приклад розглянемо РЛС 9С18.

Основні тактико-технічні характеристики [30].

1. Зона виявлення.

Дальня межа ( ) при польоті цілей на висоті 200 метрів - не менше 100 км .; на висоті 100 метрів - не менше 35 км.

Верхня межа ( ) - не менше 20 км.

Максимальний кут місця ( ) - 40 град.

2. Час огляду простору може змінюватися в залежності від повітряної і перешкодової обстановки від 4,5 до 20 с.

3. Роздільна здатність при використанні ЛЧМ зондуючих сигналів для км і при відсутності перешкод:

при автозйому - 300 м по дальності, 4 град по азимуту і куту місця;

при автоматизованому і візуальному зніманні - 700 м по дальності і 4 град по азимуту і куту місця.

4. Кількість повідомлень, що передаються - 16-17 повідомлень за хвилину.

5 .Середня потужність передавача - 2,58-4,5 кВт.

6. Тривалість імпульсу - = 40 мкс при РПІ = 800 Гц;

- = 20 МКС при Рп2 = 1600Гц;

- = 13,3 мкс при РПЗ = 2400Гц;

7. Кількість електрично керованих поляризаций - 8.

8. Коефіцієнт придушення активних шумових загороджувальних перешкод не менше 16 дб.

9. Коефіцієнт придушення відображень від місцевого предціль не менше 40 дб.

10. Діаграма спрямованості антени "олівцем" типу з шириною по рівню половинної потужності в горизонтальній площині = 1.6 °, у вертикальній площині = 1.6 ° -2.1 °.

11. Частота обертання антени:

електроприводом -13,3 об / хв; 6,67 об / хв;

гідроприводом -10 об / хв; 5 об / хв; 1 об / хв.

Як випливає з [31], при відсутності перешкод здійснюється регулярний огляд простору - рівномірний кругове обертання антени в азимутальній площині і електронне сканування променю в кутовій площині, здійснюване з такою швидкістю, що в кожному кутовому положенні променю проводиться зондування простору тільки одним імпульсом. При цьому передбачається використання ЛЧМ зондуючих сигналів, оптимальна всерединіперіодна обробка і стиснення ехо-сигналів.

Залежно від перешкодової обстановки змінюються режими огляду простору. При зондуванні областей, уражених перешкодами, може проводитися уповільнення швидкості обертання антени. Це призводить до збільшення кількості імпульсів, відбитих від цілі, що необхідно для реалізації режимів накопичення.

В необхідних випадках (наприклад, при виявленні НЛЦ) може використовуватися також секторний огляд простору.

Як видно з наведених ТТХ, час огляду даної РЛС в залежності від помеховой обстановки може змінюватися від 4,5 до 20с. Причому в умовах застосування противником пасивних перешкод проводиться триразова чересперіодная компенсація, яка і передбачає збільшення часу огляду до 20с.

При цьому, як випливає з формули (1.6) приблизно в шістдесят чотири рази збільшуються розміри стрибає первинного захоплення, що при рівномірному розподілі помилкових відміток в зоні огляду викличе шістдесятичотирьохкратне збільшення кількості помилкових оцінок і може призвести до перевантаження ЦВМ.

Таким чином, якби вдалося, не збільшуючи час огляду, здійснити придушення пасивних перешкод, зберігши задані характеристики виявлення, це можна було б розглядати як виграш.

Крім того, зменшення часу огляду за рахунок зменшення часу контакту з метою в умовах застосування пасивних перешкод призвело б до поліпшення ряду тактико-технічних характеристик РЛС, таких як: збільшення скритності, темпу видачі інформації.

Загальні напрямки підвищення скритності можуть бути визначені з формули відносної дальності розвідки, тобто по відношенню дальності розвідки за основним пелюстці діаграми спрямованості до максимальної дальності РЛ спостереження [23,22]:



де - потужність передавача РЛС;

- коефіцієнт спрямованої дії антени РЛС;

- ефективна площа антени станції розвідки;

- чутливість приймача РЛС;

- ЕПР цілі;

- ефективна площа антени РЛС;

.- чутливість розвід. приймача.

З формули видно, що підвищення скритності РЛС може бути досягнуто шляхом труднощі збільшення чутливості приймача і ефективної площі антени РЛС. З цією метою необхідно гранично скоротити час випромінювання і використовувати більш коротку частину ЕМ спектру, ускладнити форму сигналів РЛС, перешкодити роботі кутомірних каналів станції розвідки.

Аналіз показав [6,17,33], що можливими шляхами підвищення скритності РЛ коштів є:

застосування принципів багаточастотної радіолокації;

застосування шумоподібних зондуючих сигналів;

освоєння нових частотних діапазонів;

застосування несинусоїдальних сигналів;

проектування і реалізація систем з пасивними методами локації;

застосування зміни частоти заповнення від імпульсу до імпульсу;

розосередження РЛС ЗРК шляхом створення багатопозиційних радіолокаційних систем, які об'єднують кілька рознесених в просторі і синхронізованих у часі передавальних і приймальних пристроїв;

створення маскувальних і дезінформує перешкод станціям РТР шляхом створення помилкових радіовипромінень, що дозволить спотворити дійсну картину роботи РЛС і використання діапазонів радіохвиль.

Перелічені напрямки співзвучні з шляхами, що розробляються західними військовими фахівцями [33,34], де дотримуються основного принципу - зниження ймовірності виявлення сигналу за рахунок скорочення часу випромінювання, розподілу потужності сигналу в широкій смузі частот, застосування різних типів кодування.

Зменшення часу огляду також дало б можливість зменшити вимоги до максимальної дальності виявлення, що видно з формули [25]:



де - необхідна дальність видачі радіолокаційної інформації;

- час, що витрачається в к-му ланці на виявлення, упізнання, прийняття рішення, постановку завдання, цілерозподілу і цілевказування;

- швидкість польоту цілі.

Для зменшення вимог до максимальної дальності виявлення необхідно зменшувати час , що буде відбуватися в разі виявлення цілі за одну імпульсну посилку, тобто, коли немає необхідності в накопиченні пачки імпульсів. А так як в існуючих РЛС виявлення в разі застосування пасивних перешкод СВН широко використовується нерегулярний огляд простору, то час різко збільшується.

1.3. Постановка завдання дослідження
Основне призначення РЛС розвідки - виявлення цілі із заданою вірогідністю при певному рівні помилкової тривоги. При наявності пасивних перешкод це завдання ускладнюється, з огляду на що маскує впливу даного виду перешкод на корисний сигнал.

Відомо [30], що перешкодозахищеність РЛС від пасивних перешкод оцінюється за допомогою коефіцієнта підперешкодної видимості Кпв (або за допомогою коефіцієнта придушення пасивних перешкод Кпп). Коефіцієнтом подпомеховой видимості [24] називають число, що показує, у скільки разів можна збільшити інтенсивність перешкоди на вході схеми захисту за умови, що якість виявлення залишиться таким же, як при більш слабкою заваді у відсутності схеми захисту. Якщо захист здійснюється за допомогою практично лінійного пристрою, то коефіцієнт подпомеховой видимості є частка від ділення відносини сигнал / перешкода по потужності на виході пристрою до відповідного відношенню на його вході:

(1.9)

або

(1.10)

де

- коефіцієнт проходження сигналу через схему захисту; (1.11)

- коефіцієнт придушення перешкоди схемою захисту. (1.12)

Для сигналів з випадковими амплітудою і фазою рівняння кривої виявлення має вигляд [24]:

- де - ймовірність помилкової тривоги. (1.13)

Як видно з формули, для визначення ймовірності виявлення необхідно знати ставлення сигнал / перешкода. В умовах застосування пасивних перешкод при наявності схеми захисту відношення сигнал / перешкода можна визначити як
(1.14)
де - відношення сигнал / перешкода на вході схеми захисту,

- відношення сигнал / перешкода на виході схеми захисту.

Сигнал перешкоди на виході пристрою обробки можна записати як:

(1.15)

де F - оператор перетворення сигналу на вході пристрою обробки в сигнал на виході. Але даний оператор буде залежати від структури застосовуваного зондуючого сигналу. Тоді вираз (1.15) перепишеться в наступному вигляді:

(1.16)

де S - зондуючий сигнал.

Тоді завдання дослідження можна сформулювати наступним чином: знайти такий оператор перетворення, що залежить від структури ЗС, який забезпечив би максимум ймовірності виявлення цілі в пасивних перешкодах за умови, що час огляду РЛС повітряного простору не перевищує допустимого:




при
де: – зондуючий сигнал;

- функціонал, що описує пасивну перешкоду;

- допустиме безліч впливів пасивних перешкод;

S – множина зондуючих сигналів.

Виходячи з поставленого завдання, процес знаходження оператора перетворення можна розділити на три етапи.

1. Знайти таку силу-силенну зондуючих сигналів, яке відповідало б заданим вимогам.

2. Визначити зондує сигнал з цього безлічі.

3. Для вибраного тону знайти такий алгоритм обробки, який забезпечив би виконання поставленого завдання.

1.4. Обґрунтування вибору зондуючого сигналу
Для отримання високої роздільної здатності по дальності доцільно використовувати сигнали із суцільним спектром в досить широкій смузі частот [36].

В теорії сигналів відомо, що незалежно від визначень тривалості сигналу і ширини його спектра, мінімальне значення твору тривалості сигналу на ширину його спектру F приблизно дорівнює одиниці [4]:
(1.17)
Такі сигнали називаються простими. З рівності (1.17) випливає, що при використанні простого сигналу збільшення F, a, отже, підвищення роздільної здатності по дальності можливо лише при зменшенні тривалості сигналу. Зменшення тривалості пов'язано з £ необхідністю збільшення пікової потужності зондуючого імпульсу, так як енергія в випромінюваному імпульсі визначається необхідної дальністю дії РЛС і не може бути менше заданого значення. Однак практичні можливості збільшення пікової потужності випромінюваного імпульсу зазвичай обмежені через небезпеку пробою в антенно-волноводному тракті, відсутність генераторів сигналів необхідної пікової потужності і т.д.

Таким чином, при використанні простих сигналів вимоги високої роздільної здатності по дальності і точності вимірювання дальності, і вимога забезпечення заданої дальності дії можуть виявитися суперечливими. Тому

широке застосування в радіолокації знайшли так звані складні

широкосмугові сигнали, для яких виконується співвідношення:
(1.18)
де В - база сигналу.

Це співвідношення зазвичай забезпечується за допомогою частотної або фазової модуляції (маніпуляції) високочастотного сигналу, внаслідок чого ширина його спектру F істотно більше, ніж у простого сигналу такої ж тривалості.

В даний час завдання виявлення, дозволу і вимірювання параметрів сигналів вирішені для обмеженого ряду найпростіших розподілів параметрів перекриваються сигналів і видів перешкод. Основні результати досліджень в цій області викладені в роботі [4]. В умовах активного радіоелектронної протидії великого значення набувають чинники завадостійкості і скритності радіолокаційних засобів. Основне протиріччя при цьому полягає в тому, що, з одного боку, потрібно забезпечити необхідне відношення сигнал / перешкода на вході тракту обробки, а значить випромінювати сигнали з якомога більшою енергією, з іншого боку, для підвищення скритності роботи необхідно максимально зменшити цю енергію. Відомо [4], що максимальне відношення сигналу до білого шуму на виході оптимального приймача не залежить від форми сигналу:
(1.19)
де Е - енергія сигналу на виході приймача;

- спектральна щільність білого шуму.

Якщо виділення сигналу проводиться на тлі тільки внутрішніх шумів приймача, то стійкість приймачів, узгоджених з сигналом довільної форми, буде однаковою. Якщо ж перешкода створюється зовнішнім джерелом, то ц представляють у вигляді відношення потужностей сигналу і перешкоди. Так, для перешкоди з рівномірною спектральною щільністю в смузі сигналу F тривалістю :
(1.20)
де = - потужність перешкоди в смузі частот сигналу.

Ця формула справедлива для вузькополосної перешкоди [4]. З (1.20) випливає, що чим більше база сигналу , тим більша потужність перешкоди потрібно для придушення приймача при заданих значеннях q і .

перешкодостійкість приймача складного сигналу щодо імпульсної

перешкоди тривалістю визначається:

(1.21)
При впливі суміші широкосмугового і вузькополосної перешкод з потужностями і :
(1.22)
Як видно з формул (1.20-1.22), чим більше база сигналу, тим більше відношення сигнал / шум можна забезпечити на виході

34 приймача, тобто переваги застосування складних сигналів очевидні.

Всі складні зондувальні сигнали можна розділити на дві категорії [12].

1. Сигнали, які після їх обробки узгодженим фільтром зберігають роздільну здатність за часом, незважаючи на наявність допплерівського зсуву частоти (їх функція невизначеності нагадують вістря ножа).

2. Сигнали, структура яких внаслідок допплерівського зсуву частоти повністю руйнується (їх функції невизначеності мають кнопкову форму).

Очевидно, що в другому випадку для забезпечення визначення як дальності, так і швидкості повітряних цілей необхідна багатоканальність побудови приймального пристрою, що не завжди можливо, а в умовах вимог мобільності і автономності, що пред'являються до РЛС ППО СВ, - і недоцільно.

Ось чому в якості зондуючого сигналу пропонується використовувати імпульсні сигнали з частотною модуляцією. Такі сигнали мають важливу властивість - коефіцієнт частотно-часового зв'язку у них не дорівнює нулю, що говорить про залежність між значенням частоти Допплера і часом появи відгуку на виході узгодженого фільтра. Саме це властивість частотномодульованих сигналів і можна використовувати для розпізнавання сигналів, відбитих від рухомої цілі і нерухомого об'єкта.