Анализ плотности распределения РЛС гражданского назначения. Удк 621. 369. 9 Анализ плотности распределения рлс гражданского назначения
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
УДК 621.369.9 Анализ плотности распределения РЛС гражданского назначения А.С. Борисова 1 1 Ульяновский государственный технический университет, Северный венец 32, Ульяновск, Россия, 432027 Аннотация На основе анализа зарубежной и отечественной литературы представлена гистограмма распределения в радиочастотном диапазоне 240 типов гражданских Выполнен анализ перспективной загруженности радиодиапазона. Даны рекомендации по использованию результатов работы Ключевые слова Радиолокация, РЛС, радар, радиотехническая разведка 1. Введение. Анализ радиоизлучений в широком мгновенном частотном диапазоне является актуальной технической задачей. Такой анализ выполняется, например, в средствах радиотехнической разведки (РТР). Характерной особенностью функционирования средств РТР является априорная неопределенность частотно-временных параметров сигнала. В связи с этим в общем случае необходимо обеспечить возможность приема сигналов во всех потенциально возможных диапазонах параметров (амплитуды, несущей частоты, модуляции, длительности импульсов, ширины спектра и др.) Попытки создания универсальной схемы на протяжении последних десятилетий неоднократно предпринимались различными научными коллективами, а также отдельными учеными и инженерами. Однако с учетом значительного усложнения современной сигнальной обстановки, применением широкополосных сигналов, сигналов с перестройкой рабочей частоты и сверхкоротких импульсов в настоящее время прием и обработка всех видов сигналов с широкими диапазонами всех параметров принципиально невозможны. Ценой за максимальную «универсальность» по каким-либо параметрам обрабатываемых сигналов является неизбежное ухудшение каких-либо других параметров. 2. Постановка задачи исследования. Одним из основных требований к устройствам приема и обработки сигналов в средствах РТР является точность определения частотно-временных параметров сигналов. Для этого должны быть обеспечены: во-первых, минимальное искажение сигналов до обработки, а во-вторых, исключение грубых ошибок и неоднозначности измерений [1]. Приоритетными объектами РТР являются радиолокационные системы (РЛС) различного назначения и базирования. Учитывая значительный разброс рабочих частот современных РЛС, широкий мгновенный диапазон рабочих частот также является одним из основных требований к средствам РТР. Одновременно с этим время обработки сигналов должно быть минимальным. Причем в средствах исполнительной (непосредственной) РТР, используемых для непосредственного информационного обеспечения систем и комплексов радиоэлектронной борьбы (РЭБ), требуется оперативность измерения параметров принятых радиосигналов, их анализа, определения принадлежности к той или иной РЛС и принятия решения о необходимости радиоэлектронного подавления. В средствах общей (предварительной) РТР требование к оперативности не является таким же жестким, однако очевидно, что время обработки информации в любом случае должно быть минимальным. При этом на длительность анализа и обработки принятого сигнала наибольшее влияние оказывают следующие проблемы при построении приемной аппаратуры средств РТР [2 – 7]: возникновение ложных отметок цели, возникающих из-за гармонических преобразований как одного, так и нескольких сигналов в нелинейных элементах приемника РТР; неоднозначность определения частоты (НОЧ) сигнала при попадании сигнала на стыки соседних частотных каналов приемника; значительная неоднозначность измерения всех параметров сигналов в условиях сложной сигнальной обстановки (например, при массированном применении РЛС). Снижение времени анализа и обработки сигнала вступает в противоречие с удовлетворением требований к точности определения параметров сигнала и широкому мгновенному диапазону рабочих частот. Принимая во внимание указанные проблемы, очевидно, что для анализа схем построения приемной и анализирующей аппаратуры на этапе проектирования средств РТР необходима априорная информация о потенциальной загруженности радиодиапазона, прежде всего радиолокационными средствами. Предпочтительным является также наличие информации о возможных внеполосных источниках излучения, которые могут являться источником помех по комбинационным и интермодуляционным каналам приема, перегружать чувствительные элементы приемной аппаратуры, а также при автоматической регулировке усиления приводить к потере слабых сигналов. Косвенно загруженность радиодиапазона можно оценить по данным об общей плотности распределения РЛС в частотном диапазоне. Построение такого распределения является целью исследования. В данной работе проанализированы характеристики РЛС, выпущенных после 1970 года, сведения о которых содержатся в открытых источниках. В связи с бо́льшим количеством открытой информации в выборке преобладают РЛС зарубежного производства. РЛС, находящиеся на стадии проектирования или разработанные только в качестве опытных образцов, в выборку не включены. Одной из задач РТР является определение назначения РЛС. В данной работе рассматриваются только РЛС гражданского назначения. 3. РЛС гражданского назначения В гражданских целях РЛС применяются в метеорологии, океанографии, картографии, для управления воздушным движением, обеспечения морской навигации и дистанционного зондирования Земли. Основываясь на данных источников [9 – 23] получен график, иллюстрирующий плотность распределения РЛС гражданского назначения в диапазоне частот до 200 ГГц (рис. 1) Рисунок 1. Плотность распределения различных типов гражданских РЛС по Из данного графика видно, что РЛС распределены в частотном диапазоне неравномерно. Сопоставление исходных данных с конечной гистограммой показывает, что первый и второй пики обусловлены работой в узких частотных диапазонах 3050±10 и 9410±30 МГц большого количества речных и морских РЛС [14]. Выпуск таких РЛС под различными марками осуществляют как зарубежные, так и отечественные предприятия. Ввиду низкого затухания сигнала в гидрометеорах (рис. 2) диапазон 2 – 4 ГГц используется метеорологическими РЛС, а также РЛС управления полётами в аэропортах [15]. В диапазоне 5000 – 5650 МГц работают метеорологические РЛС Управления гражданской авиации США [23]. Рисунок 2. Частотная зависимость удельного ослабления волн в атмосфере, обусловленного атмосферными газами и водяным паром, для температуры воздуха 20°С, влажности 7,5 г/м3 и нормального атмосферного давления [8] В более высоком диапазоне частот преимущественно работают РЛС исследовательского назначения космического базирования, решающие задачи изучения магнитного и гравитационного поля Земли, её атмосферы, а также океанографии. Как видно из рис. 2, на частотах около 30 – 40 ГГц имеется окно радиопрозрачности атмосферы, что обусловливает работу в этом диапазоне радиовысотомеров космического базирования и объясняет соответствующие пики на графике рис. 1. Пик на частоте в окрестности 89 ГГц обусловлен работой на частотах 86 – 92 ГГц метеорологических РЛС космического базирования, предназначенных для наблюдения за облаками, ледниками, осадками различных типов, а также для отслеживания нефтяных пятен в океанах. Диапазон свыше 90 ГГц является основным для многих метеорологических спутников, измеряющих температуру поверхности Земли и высоких слоёв атмосферы, исследующих движение осадков в атмосфере, а также изучающих поверхность океана и водяной пар вблизи неё. Диапазон от 174,8 до 191,8 используют космические РЛС, исследующие распределение водяного пара в атмосфере, а также измеряющие содержание озона и оксида азота в стратосфере [9 – 14,23] 4. Заключение. Полученные в работе гистограммы, иллюстрирующие распределение 240 гражданских РЛС, позволяют приблизительно оценить загруженность радиодиапазона. Безусловно, более полезной была бы информация о типах РЛС в совокупности с их количеством, районами размещения, видами базирования и т.п. Однако сбор и систематизация такой информации из открытых источников в количестве, достаточном для получения достоверной оценки, не представляется возможным. Тем не менее, систематизированная и представленная в данной работе в удобном для восприятия графическом виде информация на этапе проектирования средств РТР позволяет: повысить точность предварительной оценки вероятности ложной тревоги; спрогнозировать загруженность отдельных участков радиодиапазона и, соответственно, принять необходимые меры по повышению пропускной способности в этих участках; оценить потенциальную плотность использования внеполосных источников излучения и принять меры по уменьшению помех по комбинационным и интермодуляционным каналам приема, исключить перегрузку приемной аппаратуры; скорректировать диапазон рабочих частот. Следует отметить, что гистограммы распределения типов РЛС могут быть использованы не только при проектировании средств РТР, но и для планирования работы средств радиотехнического мониторинга, при выборе рабочих частот перспективных РЛС, средств связи, радиоуправления, радиоэлектронной борьбы и других радиотехнических средств. Литература. 1. Подстригаев А.С., Лихачев В.П. Неоднозначность определения частоты в матричном приемнике // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2015. № 2. URL: http://jre.cplire.ru/jre/feb15/13/text 2. Радиоэлектронная борьба. Цифровое запоминание и воспроизведение радиосигналов и электромагнитных волн / В.Д. Добыкин [и др.]; под общ. ред. А. И. Куприянова. М.: Вуз. книга, 2009. 360 с. 3. Бортовые системы и комплексы радиоэлектронного подавления / А.В. Леньшин. Воронеж: Науч. книга, 2014. 590 с. 4. Подстригаев А.С. Широкополосный матрично-параллельный приемник средств радиотехнической разведки с пониженной неоднозначностью определения частоты радиолокационных сигналов: дис. … канд. техн. наук: 05.12.14 / С.- Петерб. гос. электротехнический ун-т. СПб., 2016. 168 с. 5. Подстригаев А.С. Влияние нелинейности элементов СВЧ тракта на возникновение неоднозначности определения частоты в широкополосном матричном приемнике // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем. 2016. № 1 (10) – С. 147–150. 6. Подстригаев, А. С. Анализ ведения радиотехнической разведки в условиях сложной сигнальной обстановки / А. С. Подстригаев // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем. 2016. – № 1 (10) – С. 49–52. 7. Подстригаев А.С., Лихачев В.П., Ляпин М.В., Липаков Н.Е. Анализ вероятностных характеристик матричного приемника с учетом неоднозначности определения частоты на стыках каналов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2015. № 4(38) – С. 17–25. 8. Attenuation by atmospheric gases // International Telecommunication Union. Geneva, 2016. URL: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.676-11-201609- I!!PDF-E.pdf (дата обращения: 22.12.2021). 9. Бочарников Н.В. [и др.] Автоматизированные метеорологические радиолокационные комплексы "Метеоячейка". СПб.: Гидрометеоиздат, 2007. 238 с. 10. Локатор SAR // SD Solutions. URL: http://sdsolutions.ru/lokator-sar (дата обращения: 22.12.2021). 11. Технологии радиолокации (к 50-летию ОАО "Радиофизика") / Под ред. Толкачева А.А. М.: Вече, 2010. 423 с. 12. Catalogue of Satellite Instruments // The CEOS Database. URL: http://database.eohandbook.com/database/instrumenttable.aspx (дата обращения: 22.12.2021). 13. Ерошенков М.Г. Радиолокационный мониторинг. М.: МАКС Пресс, 2004. 452 с. 14. Маринич А.Н. [и др.] Современные судовые и береговые радиолокационные станции (радары) отечественных и зарубежных фирм: монография. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2012. 166 с. 15. Справочник по радиолокации. Книга 2 / под ред. М.И. Сколника: пер. с англ. М.: Техносфера, 2014, 680 с. 16. Algorithm Theoretical Basis Document L2 & L3 Radar/Radiometer Soil Moisture (Active/Passive) Data Products // Jet Propulsion Laboratory. URL: http://smap.jpl.nasa.gov/files/smap2/L2&3_SM_AP_InitRel_v11.pdf (дата обращения: 22.12.2021). 17. Primary surveillance 2D S-band radar // Indra Company. URL: http://www.indracompany.com/watmc2016/downloads/SURVEILLANCE/15021612_ PSR_2D_S_BAND_v7-1.pdf (дата обращения: 22.12.2021). 18. INVAP in Space // ITU Symposium on Small Satellites. URL: https://www.itu.int/en/ITU-R/space/workshops/2016 smallsat/Documents/INVAP%20in%20Space%20-%20ITU%202016.pdf (дата обращения: 22.12.2021). 19. Основная продукция гражданского назначения // Акционерное общество «Концерн ВКО «Алмаз – Антей». URL: http://www.almazantey.ru/catalogue/civil_catalogue/ (дата обращения: 22.12.2021). 20. Продукты и услуги // Научно-производственное объединение «Лианозовский электромеханический завод». URL: http://www.lemz.ru/views/solutions/orvd/orvd (дата обращения: 16.06.2017). 21. Радар Некогерентного Рассеяния // Восточно-Сибирский центр исследования ионосферы Земли (ЦКП ВСЦИИЗ). URL: http://rp.iszf.irk.ru/esceir/nr/isradar.htm (дата обращения: 22.12.2021). 22. Maritime systems // Kelvin Hughes Limited. URL: https://www.kelvinhughes.com/maritime/ (дата обращения: 22.12.2021). 23. Federal Spectrum Use Summary // National Telecommunications and Information Administration. URL: https://www.ntia.doc.gov/files/ntia/publications/spectrum_use_summary_master07142 014.pdf (дата обращения: 22.12.2021). |