Разработка усовершенствованной системы пеленгации с повышенной точностью определения координат постановщика активных помех

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной дипломной работе представлена разработка усовершенствованной системы пеленгации с повышенной точностью определения координат ПАП.

Анализ ведения действий последних военных конфликтов показывает неуклонный рост важности и интенсивности применения средств радиоэлектронной борьбы для прикрытия основных сил и подавления радиоэлектронных средств противника, а как следствие поражение группировки противника. Считается, что она позволяет добиться решающего превосходства над противником за счет радиоэлектронного противодействия его системам управления войсками и вооружением

Эта тенденция ставит на первый план задачу совершенствования систем распознавания и определения текущих координат постановщиков активных помех. Определение координат ПАП в режиме реального времени, с заданной точностью не в полной мере могут обеспечить устройства пеленгации применяемые в РЛС настоящего времени.

Данная работа призвана решить именно эту проблему. Здесь представлена усовершенствованная система пеленгации, позволяющая определять координаты с большей точностью, чем в предлагаемых системах РЛС как старого, так и нового парка.

пеленгация координата сигнал

Введение

В условиях расширения сил стран НАТО на Восток, к границам РФ, угроза развязывания войны по прежнему имеет место во внешнем политическом плане. Поэтому вооруженным силам РФ необходимо поддерживать готовность ведения боевых действий и повышать профессиональный уровень, соответствующий современной войне.

Характер ведения современного боя главенствующую и решающую роль отводит вооруженным силам. Опыт локальных войн доказывает наибольшую эффективность их применения. При развязывании военных действий тактика авиации направлена на подавляющее действие массированных ударов. Для наиболее эффективного действия своей авиации и с целью подавления ПВО противник широко применяет постановку помех, как пассивных, так и активных. В таких условиях существенно затрудняется выполнение боевой задачи войсками ПВО. От пассивных помех существуют аппаратные средства защиты. Активные же помехи аппаратно скомпенсировать, без потери полезной информации, невозможно. Ввиду сказанного выявляется задача повышения помехоустойчивости систем радиолокации.

Повышение помехоустойчивости систем радиолокации достигается комплексом мероприятий, которые можно объединить в две группы. К первой из них относятся методы, обеспечивающие подавление мешающих излучений, а ко второй - методы пассивной локации, обеспечивающие обнаружение и измерение координат источников излучения. Наиболее важным классом источников излучения являются постановщика активных помех (ПАП), то есть воздушные объекты, на борту которых размещаются один или несколько передатчиков помех. Для определения пространственных координат ПАП, как известно, должна использоваться система радиолокации, включающая в свой состав не менее двух пунктов приема и реализующая один из трех методов обработки помеховых сигналов. В настоящее время наиболее широко применяется триангуляционный (пеленгационный) метод обработки помеховых сигналов. Это связано с тем, что существующие системы активной радиолокации допускают пеленгацию ПАП, а также обеспечивают межпунктный обмен сведениями по результатам пеленгации по каналам передачи данных.

Одной из основных задач при совместной обработке пеленгов является их отождествление. Решение данной задачи существенно усложняется с увеличением числа ПАП, находящихся в зоне обнаружения системы радиолокации. Наиболее эффективный из известных способов отождествления основан на анализе пеленговой информации, поступающей от трех и более пунктов приема. Данное условие, однако, накладывает определенные ограничения на структуру системы радиолокации, а также на дислокацию ее пунктов приема.

1 Тактическое обоснование и необходимость совершенствования системы пеленгации

1.1 Оценка возросшей угрозы по применению средств электронной борьбы

Как показал опыт военных действий в локальных войнах, авиация капиталистических армий при преодолении системы противовоздушной обороны (ПВО) широко и массированно применяет средства помех, устанавливаемых на земле, кораблях, специальных самолетах радиоэлектронной борьбы и ударных самолетах.

Так, например, об этом говорят боевые действия в Югославии: Операция началась нанесением ракетно-бомбовых ударов тремя эшелонами в течении трех часов по объектам ПВО на всей территории Югославии. При этом за пятнадцать минут до начала ударов осуществлялась постановка активных шумовых помех самолетами EA-6B радиолокационным средствам ПВО Югославии. На первом этапе операции решались задачи подавления системы ПВО и завоевания превосходства в воздухе над всей территорией Югославии.

С целью выявления особенностей построения систем пассивной радиолокации; обоснованной разработки алгоритмов обнаружения и измерения координат постановщиков активных помех (ПАП), а также оценки качества решаемых при этом задач в первую очередь необходимо:

- рассмотреть способы применения активных помех

- выявить, какие из видов помех будут использоваться средствами воздушного нападения вероятного противника и оценить параметры данного вида помех.

Такой анализ позволит провести в дальнейшем количественную оценку эффективности проектируемого алгоритма обработки.

Существует три основных способа применения помех с использованием самолетных средств радиоэлектронного подавления:

- самоприкрытие - когда помехи создаются с борта самолета преодолевающего систему ПВО.

- групповое прикрытие - когда помехи создаются с самолета радиоэлектронной борьбы (РЭБ), летящего в составе группы.

- прикрытие направлений прорыва системы ПВО, когда помехи создаются с борта самолетов РЭБ, находящихся в определенной зоне барражирования.

Одной из основных задач, решаемых средствами постановки активных помех, является снижение зоны действия радиоэлектронных систем: для радиолокационных станций (РЛС) - это уменьшение дальности (области) обнаружения целей, для средств радиоуправления оружием и войсками - уменьшение зоны наведения и управления.

Рассмотрение способов применения средств активных помех против РЛС с учетом энергетических соотношений имеют различную эффективность. Самым эффективным способом по интенсивности помехи является первый, затем - второй и третий. Каждый из этих способов имеет достоинства и недостатки технического характера, поэтому в чистом виде ни один из способов не применяется.

Радиопомехи классифицируются по способу создания, характеру и интенсивности воздействия на радиоэлектронные системы, ширине спектра и способу наведения, структуре (характеру) излучения, а также по направленности излучения электромагнитных волн.

Проведем сравнительный анализ видов активных помех. По происхождению различают естественные и искусственные радиоэлектронные помехи.

Искусственные помехи радиоэлектронным средствам создаются специальными устройствами (передатчиками), излучающими электромагнитные колебания, или отражателями различного типа, рассеивающими энергию электромагнитных волн. В зависимости от источника образования помехи делятся на преднамеренные и непреднамеренные.

Преднамеренные помехи по способу создания являются помехами искусственного происхождения и делятся на активные, генерируемые специальными радиопередатчиками или станциями, и пассивные, образуемые за счет рассеяния (отражения) различными объектами электромагнитных волн, излучаемых радиоэлектронными средствами.

Активные радиопомехи создаются с помощью специальных излучающих устройств. Воздействуя на приемные устройства радиоэлектронных средств, активные помехи затрудняют или полностью исключают прием и обработку полезных сигналов, т.е. нарушают нормальное функционирование этих радиоэлектронных средств. По характеру воздействия на оконечные устройства подавляемого радиоэлектронного средства они могут быть маскирующими и имитирующими.

Маскирующие помехи - это такие мешающие излучения, на фоне которых выделение сигналов затруднено или полностью исключено.

Имитирующие помехи - это такие излучения, которые несут ложную информацию о местоположении цели, параметрах ее движения и т.д.

Если ширина спектра помехи соизмерима с полосой пропускания приемного устройства подавляемого радиоэлектронного средства, то помеха называется прицельной по частоте.

Заградительной по частоте называется такая помеха, если ее спектр перекрывает диапазон рабочих частот подавляемых радиоэлектронных средств.

Наряду с созданием прицельных и заградительных помех некоторые средства неответных помех противника могут использоваться для создания скользящих помех.

Скользящей помехой называется помеха с узким спектром, качающимся в пределах установленного участка частотного диапазона радиоэлектронного средства. Скользящая помеха обладает достоинством по сравнению с прицельной и заградительной помехами и может применяться для подавления перестраивающихся радиоэлектронных средств.

Самолетные станции ответных помех, являясь средствами индивидуальной защиты против огневых средств ПВО, предназначены в основном для срыва систем автоматического сопровождения по дальности, скорости, угловым координатам. Кроме того, некоторые из этих станций помех используются для усложнения воздушной обстановки (EF-111).

Для обеспечения срыва работы систем автоматического сопровождения создаются ответные однократные импульсные помехи, т.е. такие, когда в ответ на каждый импульс облучающей РЛС станция помех выдает один ответный сигнал, подобный отраженному. Последовательность таких импульсов несет ложную информацию о дальности, скорости, угловых координатах.

Для усложнения воздушной обстановки могут создаваться ответные многократные импульсные помехи, т.е. такие, когда в ответ на каждый импульс облучающей РЛС станция помех выдает ответный сигнал в виде серии импульсов, подобных отраженному сигналу. Благодаря этому на экране РЛС корме сигнала от цели будет множество ложных сигналов, затрудняющих выбор истинной цели.

Исходя из сказанного можно сделать вывод, что противник во время боевых действий в условиях априорной неопределенности размещения позиций группировок радиотехнических войск вероятнее всего будет использовать активные шумовые помехи, так как они наиболее эффективны при подавлении системы ПВО. Кроме того, каждое средство воздушного нападения противника, оснащенное передатчиками помех, должно подавлять не одиночное средство радиолокации, а группировки радиотехнических войск, которые находятся друг от друга на значительных расстояниях.

Станции (передатчики) неответных помех воздушным противником используются в основном для создания маскирующих шумовых помех. В качестве образцов станций неответных помех можно указать такие, как AN/ALQ-71, AN/ALQ-72, а в качестве образцов передатчиков помех - AN/ALT-28, AN/ALT-31, AN/ALT-32, и др.

В настоящее время различают два типа станций ответных помех: ответчики - усилители (ретрансляторы) и ответчики - генераторы. В ответчиках - ретрансляторах происходит усиление и переизлучение принятого сигнала, а в ответчиках - генераторах принимаемый сигнал используется для включения генератора (возбудителя) на соответствуюшей частоте.

Наряду со станциями неответных и ответных помех противник имеет на вооружении также станции комбинированных помех AN/ALQ-87,AN/ALQ-119, AN/ALQ-131 и др.

В качестве примера можно привести характеристики станции комбинированных помех AN/ALQ-87. Частотный диапазон станции 2000 - 8000 Мгц перекрывается четырьмя сменными генераторами. Вид создаваемой помехи: в неответном режиме - маскирующая шумовая прицельная (fп.п. = 10 - 80 МГц) или заградительная (fп.з. = 160 МГц) по частоте; в ответном режиме - однократная импульсная уводящая по дальности, скорости и угловым координатам. В обоих режимах помеха излучается слабонаправленной антенной. В режиме неответной шумовой помехи плотность мощности передатчика помех при мощности передатчика помех 100 Вт может составлять: для прицельной помехи - до 25…30 Вт/МГц, для заградительной - 2…3 Вт/МГц. В режиме ответной помехи эквивалентная выходная мощность передатчика составляет до 7 кВт в импульсе.

То есть во время боевых действий плотность помех будет очень высока и может достигать нескольких тысяч Вт/МГц.

Анализ последних локальных конфликтов, учений, проводимых странами-участниками блока НАТО на ЦЕ ТВД, сообщений зарубежной печати свидетельствует об исключительной роли, которая отводится радиоэлектронной борьбе (РЭБ). Считается, что она позволяет добиться решающего превосходства над противником за счет радиоэлектронного противодействия его системам управления войсками и вооружением.

Такая точка зрения подтверждается таким фактором, как рост ассигнований на разработку средств РЭБ практически у всех стран НАТО. Основная часть этих средств идет на создание индивидуальных систем радиоэлектронной защиты ядерных средств, группировок войск, авиации, тенденции в развитии которых наблюдаются весьма отчетливо:

- резкое повышение мощности помех. Если еще недавно средняя мощность передатчика помех составляла 100-200 Вт, то в настоящее время 300-400 Вт, а в специальных самолетах РЭБ EF-111E с использованием станции AN/ALQ-165 имеется возможность ставить помеху мощностью более 400 Вт.

- увеличение с 2-4 до 15 коэффициента усиления антенны передатчика помех (а в перспективе и до 1000), причем в самых важных для работы РЭС ПВО диапазонах (см, дм). В результате эквивалентная (с учетом усиления антенны) мощность передатчика помех увеличена с 0,2-0,4 кВт до 1-20 кВт, а планируется в будущем до 1000-2000 кВт.

- применение ЭВМ для управления ресурсами мощности помех. Благодаря этому можно сосредоточить наибольшую мощность помех в направлении на важнейшие, наиболее опасные в данный момент РЭС ПВО с автоматическим слежением за перестройкой их частот.

- расширение частотного диапазона помех: верхний предел уже приближается к 17 ГГц (в будущем и до 40 ГГц), широко используются помехи инфракрасного и оптического диапазонов, что позволяет эффективно подавлять работу инфракрасных, телевизионных, лазерных, оптико-визуальных систем, средств разведки, наблюдения, связи и управления оружием. Развитие квантовой электроники привело к созданию помех нового типа - плазменных.

- значительное снижение массы и габаритов источников помех позволяет создать забрасываемые передатчики помех одноразового использования, ставить помехи с аэростатов, малогабаритных беспилотных самолетов, космических аппаратов РЭБ, а также применение станций помех модульной конструкции, позволяющее комплектовать станции из небольших модулей в зависимости от требуемой мощности.

Интенсивное развитие средств РЭБ авиации вероятного противника вносит новые элементы в тактику их применения:

массовое применение малогабаритных «беспокоящего действия» ракет одноразового использования «Куэстл»;

применения передатчиков помех одноразового использования, забрасываемых с беспилотных и пилотируемых самолетов и аэростатов - постановщиков помех;

подавление важнейших РЭС ПВО с космических аппаратов РЭБ.

Таким образом, средства РЭБ самолетов ВВС США и других стран НАТО постоянно совершенствуются и обновляются. Так, на бомбардировщиках B-1B в ходе модернизации планируется установить автоматическую станцию помех AN/ALQ-161 созданную в виде интегральной системы, в которой функционирование приемников радиотехнической разведки и передатчиков помех объединено на основе цифровой обработки сигналов в ЭВМ.

Создание единого комплекса приемников и передатчиков помех позволяет:

противодействовать РЛС управления оружием, обзорным РЛС, систем наведения работающим в режиме поиска, захвата и сопровождения целей;

обеспечить поиск и обнаружение сигналов в новых РЛС при одновременном продолжении постановки помех ранее обнаруженных РЛС;

управление мощностью излучения от импульса к импульсу;

использовать перепрограммируемые банки данных о целях и характеристиках сигналов подавления. В системе определяется назначение каждой РЛС, оценивается потенциальная угроза для самолета и устанавливается приоритет для подавления, причем они непрерывно изменяются по мере изменения обстановки;

применить ФАР.

Все боевые самолеты, участвующие в операции, оснащены средствами РЭБ индивидуальной защиты. Примерный состав комплексов РЭБ индивидуальной защиты тактических самолетов:

- обнаружительный приемник частотного диапазона 0,5 -20 ГГц типа ALR - 67 (V)3, ALR-69 , ALR-56M;

- ИК система предупреждения о ракетной атаке типа AAR-47 (поддиапа-зоны 3-5 мкм и УФ);

- импульсно-доплеровская РЛС обнаружения атакующих ракет со стороны задней полусферы типа ALQ-156A;

- станция активных помех (САП) частотного диапазона 2 - 20 ГГц типа ALQ-131(V), ALQ-184;

- автомат выброса (типа ALE-40) расходуемых средств РЭП (дипольных отражателей, ИК ловушек и миниатюрных передатчиков помех) в составе 4-12 блоков (по 30 каналов в каждом блоке).

На некоторых типах боевых самолетов (возможно F/А-18,"Торнадо", С-130, RC-135, В-1В) возможна установка, с целью испытания в боевых условиях, нового средства зашиты от управляемых ракет - буксируемой активной радиолокационной ловушки типа ALE-50.

В состав авиационной группировки НАТО включены самолеты РЭБ: 14 - 20 самолетов ЕА-6В (ВМС США), дислоцированные на авиабазе Авиано; 14 самолетов "Торнадо"ECR (ВВС Германии), дислоцированные на авиабазе Пьяченца; а также 24 новейших ударных самолета РЭБ ВВС США F-16СJ/DJ (взамен F-4G "Уайлд Уизл"), скрытно, под видом истребителей F-16С, переброшенных на авиабазу Авиано.

Самолет РЭБ ЕА-6В - специализированный постановщик помех. Основное его назначение - подавление наземных и корабельных РЛС ПВО. Приоритетные объекты подавления - РЛС дальнего обнаружения и целеуказания, РЛС управления оружием. Основной тактический прием - действие из безопасных зон барражирования (на дальности до 350-400 км). Оснащается усовершенствованным вариантом САП групповой защиты ALQ-99ADVCAP. Полный комплект САП из пяти сменных контейнеров перекрывает частотный диапазон 0,07-18 ГГц (10 поддиапазонов). Мощность (средняя) передатчиков помех составляет 1-2 кВт. Эффективная выходная мощность от 5 до 30 кВт. Возможна коммутация передатчиков помех в диапазонах 4-8, 8-18 ГГц на ФАР с КНД 100-150. САП обеспечивает излучение помех: шумовых непрерывных или прерывистых, заградительных в полосе 5-20% от частоты подавляемого сигнала или прицельных по частоте с шириной спектра 5-20 МГц.

В САП предусмотрена также возможность создания ответных многократных помех.

После снятия с вооружения в 1998 году самолетов РЭБ EF-111A командованием ВВС США принято решение использовать в качестве основного постановщика помех групповой защиты ТА аналогичный самолет авиации ВМС ЕА-6В.

Кроме станции помех ALQ-99F самолет ЕА-6В может оснащаться 2 противорадиолокационными ракетами HARM.

Самолет "Торнадо"ECR предназначен, в зависимости от спецификации бортового оборудования, для ведения тактической радиоэлектронной разведки, постановки активных помех РЛС, уничтожения излучающих РЛС противорадиолокационными (ПРР) ракетами HARM или ALARM. Для постановки шумовых или ответных многократных помех будет использоваться САП индивидуально-коллективной защиты "Церберус" III - аналог американской САП ALQ-131(V) с рабочим диапазоном 0,5-20 ГГц. По имеющейся информации, из 14 самолетов "Торнадо"ECR (Германия), дислоцированных на авиабазе Пьяченца, Италия, 8 используются в варианте ударных самолетов РЭБ, а 6 - в варианте самолетов-разведчиков.

Ударные самолеты РЭБ F-16СJ/DJ оснащаются 4 ПРР HARM и аппаратурой обеспечения их применения ASQ-213. Всего в ВВС США сформировано четыре авиакрыла ударных самолетов РЭБ F-16 (до 80 единиц). Впервые боевое применение этих самолетов отмечено в войне против Ирака в.

В операции "Решительная сила" активно использовалось не менее четырех специализированных самолета типа ЕС-130 (авиабаза Авиано, Италия). Предполагаем, что они представлены самолетами РЭБ - постановщиками помех ЕС-130Н "Компас Колл" (1 - 2 единицы), двумя самолетами ЕС-130Е - воздушными командными пунктами (42 авиаэскадрилья), и одним самолетом ЕС-130Е "Ривет Райдер" из 193 авиакрыла специальных операций ВВС национальной гвардии США.

Назначение самолетов РЭБ ЕС-130Н - подавление активными шумовыми и дезинформирующими помехами РЭС систем связи и управления силами и средствами ПВО. Для этой цели они оснащены станциями помех "Компас Колл", имеющих рабочий диапазон 0,002 - 3 ГГц и эффективную мощность излучения 5 -10 кВт. Тактический прием самолета - действие из безопасных зон барражирования или при полетах вдоль границы.

Самолеты ЕС-130Е "Ривет Райдер" предназначены для ведения информационной войны. Их аппаратурное оснащение позволяет вести прослушивание радио- и телепередач территории вражеского государства, трансляцию с воздуха радиовещательных и телевизионных программ, подготовленных специалистами по психологическим операциям, а также радиоэлектронное подавление шумовыми и специальными помехами гражданских радио- и телесетей, военных систем связи и управления метрового и дециметрового диапазона длин волн.

Таким образом, в ряде случаев их также можно использовать в качестве самолетов РЭБ - постановщиков помех.

В состав группировки включены также самолеты-разведчики RC-135V/W "Ривет Джойнт". Их основное назначение - вскрытие дислокации и состава систем управления войсками и ПВО противника. Модернизированный вариант самолета оборудован усовершенствованной аппаратурой радио- и радиотехнической разведки источников излучения в сантиметровом, дециметровом и метровом диапазонах волн. Специальная аппаратура обмена данными позволяет RC-135V/W осуществлять непосредственное (в реальном времени) обеспечение боевых действий разведданными, в т.ч. и в интересах РЭБ.

В интересах организации РЭБ используются также возможности разведаппаратуры самолета радиотехнической разведки ЕР-3Е "Орион".

Кроме этого, на авиабазе Бриндизи размещены самолеты ВВС США АС-130 и НС-130, предназначенные для ведения диверсионных операций. Возможно их использование также и для десантирования специальных групп диверсантов с задачей заблаговременного размещения передатчиков помех одноразового действия в районе дислокации наиболее важных РЭС группировок ПВО Югославии.

Для стратегического бомбардировщика B-2A создается специальный автоматизированный комплекс радиоэлектронного подавления, включающий систему разведки, активные и пассивные средства РЭ подавления активных средств ПВО, сетей связи, оповещения и наведения истребителей, а также защиты самолетов от средств поражения. Кроме того, для B-2A разрабатывается мощная станция активных помех, работающая в диапазоне от 500-600 МГц до 10 ГГц, имеющая 12-15 передатчиков, 8 рупорных антенных систем, 6-9 линзовых фар.

Что касается самолетов тактической авиации, то на истребителях ВВС США сейчас находятся пятидиапазонные станции комбинированных помех AN/ALQ-131, которые перекрывают все диапазоны рабочих частот ЗРК и ИА, а могут создавать помехи средствам связи.

Планируется перевооружить тактическую авиацию США и других стран НАТО аппаратурой РЭБ, способной с достаточной полнотой и оперативностью разведывать перспективные РЭС ПВО противоборствующей стороны и с высокой степенью надежности подавить их помехами, что в значительной степени будет способствовать достижению превосходства в воздухе. Такое совершенствование ВВС США предполагает провести в 2 этапа:

- на первом этапе завершается оснащение стоящих на вооружении самолетов объединенной системой ASPJ.

- на втором этапе завершить разработку единого комплекса INEWS, который будет устанавливаться на перспективных тактических самолетах. Эти средства РЭБ должны автоматически оценивать радиоэлектронную обстановку и определять очередность подавления средств противника, выбирать наиболее эффективные виды помех и проверять их воздействие. Такая автоматизация будет базироваться на интеграции ранее раздельно действовавших бортовых РЭС путем широкого применения для управления мини-ЭВМ.

Для ВВС США создан специальный тактический самолет РЭБ EF-111A, оборудованный комплексом, состоящим из средств помех РЛС дальнего обнаружения, наведения и целеуказания, а также управления ЗРК. В составе комплекса десять станций шумовых и ответных радиопомех, в том числе для групповой (AN/ALQ-99) и индивидуальной (AN/ALQ-123,137) защиты самолетов, автомат ALE-40, система радиотехнической разведки ALR-62 для обнаружения сигналов РЛС, предупреждения об облучении самолета и наведения станций радиопомех, аппаратуры анализа радиосигналов и управления средствами радиоэлектронных помех. Техника радиоэлектронных помех установлена в фюзеляже, что позволяет сохранить высокие летно-технические характеристики самолета, благодаря чему он может действовать не только в зонах, но и боевых порядках ударной авиации. Аппаратура радиотехнической разведки смонтирована в контейнерах.

В комплексе радиоэлектронного подавления самолета EF-111E достигнуто:

- увеличена мощность помехи до 1-2 кВт в непрерывном режиме при плотности потока мощности от 300 Вт/МГц до 10 кВт/МГц;

- сокращение времени распознавания сигналов РЛС;

- увеличено число одновременно подавляемых РЛС (путем расширения спектра помехи и изменения вида модуляции);

- увеличено число АС, обеспечивающих как непрерывное, так и ненаправленное излучение сигнала помехи при сохранении коэффициента усиления антенн от 20 до 200.

К перспективным средствам радиоэлектронного подавления ударных самолетов и специальных самолетов РЭБ США и стран НАТО предъявляются жесткие требования:

автоматически создавать активную помеху одновременно нескольким РЛС большой мощности и подавить РЛС управления оружием без существенного влияния на собственную бортовую РЭА;

нарушить работу линии связи РЛС с электрическим сканированием луча;

иметь широкие диапазоны часто (2-40000) МГц и узкие ДН АС.

Из всего вышеуказанного следует вывод: выполнение боевой задачи войск ПВО будет осуществляться в крайне сложной помеховой обстановке. Особое внимание при этом нужно уделить пеленгации ПАП, как индивидуальной, так и групповой.

Рассмотрим боевое применение ВВС в локальных войнах по противодействию войскам ПВО.

В боевых действиях против Ирана радиолокационное подавление систем связи и РЭС ПВО началось примерно за сутки до начала боевых действий, в результате в первые часы войны системы разведки и управления ПВО Ирака были парализованы, и нападающая авиация ощутимых потерь не имела.

В операции НАТО против Союзной Республики Югославия «Решительная сила» для радиоэлектронного подавления средств ПВО ВС СРЮ ОВС НАТО использовали как авиационные, так и наземные средства РЭБ, системы групповой и индивидуальной защиты ударных самолетов. Основными самолетами РЭБ являлись 19 самолетов EA-6B и 4 самолета EC-130H (США) дислоцирующихся на авиабазе Авиано (Италия) и одного самолета «Канберри» (Великобритания) дислоцирующегося на авиабазе Джом (Италия).

При обеспечении каждого налета, за 15 минут до начала удара в зоны барражирования над территорией Боснии и Герцоговины, Венгрии, Хорватии, Албании и Македонии выводились минимум два самолета EA-6B и 1-2 EC-130H.

Самолеты EC-130H предназначены для постановки помех, способных прервать переговоры и обмен цифровой информацией между войсками и командованием, а также между подразделениями ПВО и их центрами управления.

Краткий анализ использования средств РЭБ в локальных войнах показывает, что постановка активных помех играет одну из важных ролей в преобладании за воздушное пространство, позволяет уменьшить потери авиации, скрытого проникновения в зону ПВО. Поэтому разработка новых систем пеленгации ПАШП становится все актуальнее.

При развертывании войны противником в наступательной операции продолжительностью до 5 суток может быть нанесено до 8 массированных авиационных ударов.

В первом массированном ударе противник может применить в границах позиционного района до 5 стратегических бомбардировщиков В-52, 50 стратегических КР, 150 тактических КР, 450-500 самолетов ТА и ПА.

Наиболее вероятное нанесение удара четырьмя эшелонами:

- первый ракетный эшелон (стратегические КР, ракеты морского базирования запущенные с СБ В-52 и кораблей ВМС США);

- второй эшелон прорыва системы ПВО и дезорганизации системы управления (70-90 тактических истребителей и палубных штурмовиков, типа F-117A, F-111,F -15E, F-16, A-6E, F- 4G; до 20 самолетов прикрытия, типа F-15, F-16; до 15 самолетов разведки и РЭБ, типа F-4G,EF - 111A);

- третий и четвертый ударные эшелоны (до 200-250 тактических истребителей, типа F-111E, F-16A, F-15E, «Торнадо» и палубных штурмовиков, типа А-6Е, F/A-18; до 50 самолетов прикрытия F-14, F-15C; до 25 самолетов разведки и РЭБ). См. [рис.1.].

Для управления действиями СА, ТА, и ПА противник будет использовать самолеты ДРЛО и У, Е-3В, «АВАКС» и Е-2С «ХОКАЙ».

По боевым позициям возможны удары двумя - четырьмя тактическими истребителями, палубными штурмовиками с применением противорадиолокационных ракет, типа «ХАРМ», «АЛАРМ», УР «МЕЙВЕРИК», НУРС и пушек.

Уничтожение РЭС будет осуществляется КР «ALKM» с обычной боевой частью.

Для подавления РЭС противник применит самолеты РЭБ(EF-111A «РЕЙВЕНЬ», ЕА-6В «ПРАУЛЕР», ЕС-130Н, «КОМПАС КОЛЛ», «ТОРНАДО», «УАЙЛД УИЛЗ», СБ В-52).



Столь разнообразное применение противником СВН, при этом большое количество составляют самолеты, типа «СТЕЛТ» и КР. Это позволяет сделать вывод о том, что необходимо создавать РЭТ, позволяющую эффективно обнаруживать данные летательные объекты. Но создание данных РЛС должны удовлетворять условию надежности и экономичности.

1.2 Целесообразность совершенствования аппаратуры радиолокационных систем

Исходя из военно-политической обстановки в мире следует, что основной акцент в проведение силовых операций ставится на подавление всех возможных средств защиты противника. В таком случае подавление радиолокационных средств, как средств раннего предупреждения о воздушном нападение, и средств непосредственного обеспечения ведения боевых действий, является первоочередной задачей. Данная тенденция развития боевых действий вносит свои коррективы в необходимость очередности совершенствования средств защиты. В связи со спецификой ведения боевых действий с применением радиолокационной техники, а именно нахождение на первой линии обороны, следует вывод, что в первую очередь необходимо совершенствовать и развивать средства радиолокационного контроля воздушного пространства, как наиболее важные и подверженные воздействию огневых средств противника.

2. Разработка тракта приема, обработки и выделения пеленгационного сигнала.

2.1 Требования к пеленгационным устройствам, технические характеристики, анализ возможных технических решений, операций обработки сигналов ПАП

Аппаратура пеленгации постановщиков АШП.

Peileng(угол) - угол между направлением на наблюдаемый объект и соответствующей плоскостью, проходящей через начало координат.

Пеленгация - определение углового направления на источники излучения.

Аппаратура пеленгации предназначена для обнаружения места пеленгования отождествляют с азимутальным направлением, что не совсем верно и определения азимутов и углов места источников АШП, излучающих в диапазоне рабочих частот РЛС.

Реализованные в РЛС методы определения угловых координат источников излучений можно разделить на две группы: методы, использующие одноканальный, и методы, многоканальный прием. При одноканальном приеме помеховые колебания модулируются диаграммой направленности антенны за счет сканирования антенной системы. Угловые координаты источников излучений определяются по максимуму амплитуды помеховых колебаний.

В случае многоканального приема определение пеленга на источник помех основано на оценке вектора амплитудно-фазового распределения на раскрыве антенной системы.

В каналах азимутальной пеленгации в РЛС РТВ наибольшее распространение получили одноканальные методы измерения угловых координат источников помех, в соответствии с которыми оценку угловой координаты получают путем фиксации азимута антенны в момент достижений максимума амплитуды помехи. Ограничения в приемном тракте и наличие боковых лепестков диаграммы направленности антенны может привести к исчезновению амплитудных различий между принятыми по главному и боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. При этом возникают ложные пеленги, которые могут значительно усложнить задачу определения места нахождения ПАП триангуляционным методом.

В связи с этим к аппаратуре пеленгации предъявляются требования:

- увеличение динамического диапазона приемных устройств с целью исключения в них ограничения мощных помеховых колебаний;

- устранение влияния приема помеховых колебаний с направления боковых лепестков диаграммы направленности;

- обеспечение высокой точности измерения углового направления на источник помех, благодаря чему будет обеспечена высокая точность определения места положения ПАП, т.к.

.

- дальность до ПАП соответственно из первой и второй точек приема;

- среднеквадратическая ошибка измерения дальности и азимута.

- в сложной помеховой обстановке могут возникать ситуации, когда требуется обеспечивать разрешение ПАП находящихся друг от друга на малых угловых расстояниях; в этом случае важным требованием к аппаратуре пеленгации ПАП является обеспечение высокой разрешающей способности по угловым координатам.

Аппаратура пеленгации должна обеспечивать обнаружение и определение углового направления на источник помеховых колебаний, которые представляют собой в большинстве случаев гауссовый случайный сигнал неизвестной структуры. Алгоритм обнаружения такого сигнала имеет известный вид:

.

y(t) - входной сигнал(шумоподобный);

Nn - спектральная плотность мощности мешающих шумов;

Т - время наблюдения;

- порог обнаружения.

Решение Размещено на http://www.allbest.ru/

Порог л0

Устройство, реализующее данный алгоритм принято называть энергетическим приемником. В таком приемнике вычисляется энергия путем интегрирования квадрата входного напряжения за промежуток времени равным Т, нормировка к спектральной плотности, мешающих шумов, и сравнение результата нормировки с порогом.

При решение задачи пеленгации ПАП мешающим шумом являются помеховые сигналы, принятые по боковым лепесткам диаграммы направленности. Такое устройство может быть получено с помощью дополнительного канала приема с антенной, диаграмма направленности которой перекрывает боковые лепестки приемной антенны. Такие дополнительные каналы, идентичные основному, называют СУЛП. Нормировка выходных сигналов основного канала приема при этом может производиться при помощи схемы ШАРУ или логарифмических приемников и схем вычитания.

Ао

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аg

На рисунке изображена схема аппаратуры пеленгации ПАП с логарифмическими приемниками в основном и дополнительном канале приема. В качестве антенны Ао основного канала приема используется остронаправленная антенна РЛС.

Сигнал на выходе ФНЧ основного канала приема в фиксированный момент времени определяется соотношением

Uвых уфо = КвусоB0logee[K2пупчоPпG0(в-во)/U2вхо].

Квусо - коэффициент усиления ВУС основного канала приема;

Во - постоянный коэффициент, зависящий от уровня напряжения Uвх0 на входе ЛУПЧ, соответствующего переходу от линейного участка характеристики к логарифмическому;

Кпупчо - коэффициент усиления приемника до выхода предварительного УПЧ(ПУПЧ) основного канала;

Рп - мощность активной шумовой помехи на выходе приемника РЛС при условии, что коэффициент усиления антенны Ао равен единице;

G(в-вп) - коэффициент усиления антенны на ПАП;

в-вп - угловое отклонение ПАП от направления основного лепестка диаграммы направленности антенны Ао.

Выходное напряжение узкополосного фильтра дополнительного канала приема

Uвых уфд = КвусдB0logаe[K2пупчдPпGд(в-вп)/U2вхо].

При записи выражения предполагалось, что ЛУПЧ в обоих каналах приема идентичны.

Напряжение на выходе схемы вычитания равно

?Uвых уфо = КвусоB0logee[K2пупчоPпG0(в-во)/U2вхо]-

- КвусдB0logаe[K2пупчдPпGд(в-вп)/U2вхо].

Для того чтобы ?U было монотонно связано с отношением мощностей сигналов на входах основного и дополнительного каналов приема, необходимо обеспечить равенство

Квусо=Квусд=Квус.

Это можно сделать с помощью регулировки коэффициента усиления одного из ВУС(или обоих).

При выполнении условия равенства

?U=КвусB0logа[K2пупчоPпG0(в-вп)/ K2пупчдPпGд(в-вп)].

Из последнего соотношения видно, что в случае одного ПАП выходное напряжение схемы вычитания практически не зависит от мощности помехи и определяется лишь отношением текущих коэффициентов усиления линейных частей приемных каналов и их антенн.

В направлении главного лепестка необходимо обеспечить ?U>0, а в направлении боковых лепестков ?U?0.Это позволит достаточно просто с помощью усилителя-ограничителя подавить помеховые сигналы, принятые с направления боковых лепестков диаграммы направленности антенны Ао. Для выполнения условия ?U?0 нужно, чтобы при нахождении ПАП вне основного лепестка диаграммы направленности антенны выполнялось условие

K2пупчоGоб(в-вп)/ K2пупчдGд(в-вп) ? 1,

Gоб(в-вп) - коэффициент усиления антенны Ао в направлении боковых лепестков.

Оценим возможность выполнения данного условия за счет соответствующего выбора коэффициента усиления антенны дополнительного канала приема. Уровень боковых лепестков в РЛС сантиметрового диапазона составляет - 20 … - 23 дБ. При коэффициенте усиления в максимуме основного лепестка, равном 104, такому уровню боковых лепестков соответствуют коэффициенты усиления антенны в направление боковых лепестков: Gоб=50…100.

Задача создания всенаправленных или слабонаправленных антенн с таким коэффициентом усиления представляет собой достаточно сложную задачу. Ее решение связано с необходимостью увеличения габаритов антенны дополнительного канала приема или существенного увеличения количества дополнительных антенн. Поэтому этот обеспечения условия приведенного выражения не всегда пригоден. Проще выполнить данное условие за счет соответствующего выбора значения отношения K2пупчо/ K2пупчд путем увеличения коэффициента ПУПЧ дополнительного канала приема. Однако и в этом случае обычно приходится использовать несколько дополнительных антенн. Так как уровень боковых лепестков в значительной степени зависит от особенностей площадки, на которой развернута РЛС, то регулировка K2пупчд должна быть оперативной.

Увеличение значение произведения K2пупчдGд(в-вп), с одной стороны, повышает точность измерения пеленга пропорциональна ширине диаграммы направленности ?в0 на уровне, при котором выполняется условие

G0(? в0/2)= K2пупчдGд(? в0/2)/ K2пупчо,

с другой стороны, приводит к снижению информационной способности аппаратуры пеленгации. Последнее объясняется тем, что с увеличением K2пупчдGд(в-вп) увеличивается порог принятия решения, и это может привести при наличии нескольких ПАП в зоне действия РЛС к необнаружению сигналов ПАП, находящихся в главном лепестке диаграммы направленности, т.е. потере пеленга на ПАП. С целью обеспечения достаточно высокой информационной способности значение произведения K2пупчдGд(в-вп) следует выбирать на несколько децибел больше уровня первых боковых лепестков. Ширина диаграммы направленности антенны Ао на этом уровне примерно в два раза больше ширины на уровне половиной мощности.

Полоса пропускания узкополосного фильтра для обеспечения максимизации качества обнаружения сигналов пеленгуемого ПАП должна выбираться из условия Пуф?1/tнаб , где tнаб - время нахождения ПАП в главном лепестке диаграммы направленности приемной антенны РЛС на уровне, при котором выполняется условие G0(? в0/2)= K2пупчдGд(? в0/2)/ K2пупчо.

Например, при скорости вращения антенны 6 об/мин и ширине диаграммы направленности на уровне половиной мощности, равной 1о , полоса пропускания узкополосного фильтра должна составлять Пуф?18 Гц. ПРИ НЕКОТОРОМ СНИЖЕНИИ КАЧЕСТВА обнаружения сигналов пеленгуемого ПАП для упрощения технической реализации узкополосных фильтров, схемы вычитания, усилителя-ограничителя полосу пропускания узкополосных фильтров можно выбирать из условия Пуф?1/t(Тп-фбл), где Тп - период повторения зондирующих импульсов РЛС; фбл - длительность, бланкирующих импульсов.

Бланкирующие импульсы обеспечивают исключение влияния мощных отражений от местных предметов, метеообразований, дипольных отражателей на качество пеленгации ПАП. Их длительность примерно равна 0,5Тп.

На рисунке представлена упрощенная структурная схема аппаратуры пеленгации ПАП, в которой для нормировки выходного сигнала основного канала приема используется схема ШАРУ.

Ао

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аg

Мощность помеховых сигналов на выходе дополнительного канала приема с учетом действия схемы ШАРУ.

Рп вых д = K2д Рп вх д ? С,

Кд - коэффициент усиления регулируемого усилителя дополнительного канала приема;

Рп вх д =K2пупчоPпG0(в-вп) - мощность помехи на входе регулируемого усилителя дополнительного канала приема;

С - постоянный коэффициент.

Из данного выражения следует, что Кд?(С/ Рп вх д)1/2.

В качестве регулирующего напряжения в основном канале приема используется то же напряжение, что и в дополнительном канале приема. Поэтому при идентичных регулируемых усилителях в обоих каналах

Рп вых о= K2д Рп вх о? С K2пупчоPпG0(в-вп)/ K2пупчдPпG0(в-вп),

Рп вх о = K2пупчоPпG0(в-вп) - мощность помехи на входе регулируемого усилителя основного канала приема.

Из сопоставления данного выражения с выражением ?U=КвусB0logа[K2пупчоPпG0(в-вп)/ K2пупчдPпGд(в-вп)] видно, что их правые части монотонно связаны между собой. Таким образом, все, что было сказано при анализе соотношения ?U=КвусB0logа[K2пупчоPпG0(в-вп)/ /K2пупчдPпGд(в-вп)], справедливо и для рассматриваемого варианта построения аппаратуры пеленгации ПАП.

Мощность выходного сигнала в данном случае оценивается путем усреднения огибающей выходного сигнала основного канала приема с помощью узкополосного фильтра. Параметры этого фильтра аналогичны параметрам узкополосных фильтров в схеме с применением ЛУПЧ.

Для обеспечения высокой эффективности работы аппаратуры пеленгации ПАП при любом из рассмотренных вариантов ее построения динамический диапазон усилителей в приемных каналах должен быть не менее 60…80 дБ.

Если в РЛС имеется несколько дополнительных каналов приема с антеннами, диаграммы направленности которых перекрывают различные области боковых лепестков диаграммы направленности которых перекрывают различные области боковых лепестков диаграммы направленности антенны основного канала приема, то решение о пеленге принимается в случае, когда имеет место превышение выходного напряжения основного канала над выходными напряжениями каждого из дополнительных каналов. Это обеспечивает более высокую пропускную способность аппаратуры пеленгации.

2.2 Анализ операций обработки сигналов ПАП в многопозиционной системе локации

2.2.1 Методы пассивной радиолокации

Повышение помехоустойчивости систем радиолокации достигается комплексом мероприятий, которые можно объединить в две группы. К первой из них относятся методы, обеспечивающие подавление мешающих излучений, а ко второй - методы пассивной радиолокации, позволяющие обнаруживать и измерять координаты источников излучения.

Эффективность систем пассивной и активной радиолокации на качественном уровне иллюстрирует рис. 2.1: с увеличением мощности помехи вероятность правильного обнаружения D для активной радиолокации снижается. Напротив, эффективность пассивной радиолокации возрастает.

Методы пассивной радиолокации, как и активной, базируются на закономерностях распространения электромагнитной волны - прямолинейном характере распространения в свободном пространстве с постоянной скоростью. Однако время излучения помехи и, следовательно, время её распространения до пункта приёма неизвестно. Поэтому измерение всех координат ПАП не может быть выполнено по данным приёма в одном пункте.

 D Активная локация Пассивная локация

0 Pпом.

Рис. 2.1. Зависимости качества обнаружения ПАП от мощности помехи.

Для решения задач обработки сигналов ПАП используются системы пассивной радиолокации, включающие в своём составе несколько разнесённых в пространстве пунктов приёма, связанных друг с другом каналами связи, и пункт обработки РЛИ. В зависимости от используемого метода оцениваются определённые параметры помехового сигнала, по которым определяются линии или поверхности местонахождения ПАП. Эти линии (поверхности) называются линиями положения ( поверхностями положения ).

Известны три метода измерения пространственных координат ПАП:

- триангуляционный;

- разностно-дальномерный;

- угломерно-разностно-дальномерный.

Триангуляционный метод измерения координат ПАП

Триангуляционный метод (рис.2.2) основан на измерении угловых координат ПАП (пеленгов на ПАП) в нескольких разнесённых в пространстве пунктах приёма. Каждый из пеленгов определяет прямую положения, проходящую через пункт приёма и ПАП. Оценка пространственного положения ПАП заключается в расчете координат точек пересечения прямых положения в системах координат одного из пунктов приёма.

Рис.2.2 Рис.2.3

Для решения задачи определения трёх координат ПАП достаточно ( рис.2.3) использовать пеленги О, О и А, А двух пунктов. При этом считается, что координаты пункта А в системе координат пункта О (опорного) известны. Измеренное значение азимута О (А) определяет плоскость положения ЦОЦ' (ЦАЦ'). Пересечением этих плоскостей является прямая положения ЦЦ'. Координаты точки Ц' в системе координат опорного пункта определяют прямоугольные координаты ПАП в горизонтальной плоскости (xц,yц). Для нахождения третьей координаты (hц) достаточно использовать один из угломестных пеленгов (О или А).

Достоинством триангуляционного метода является простота реализации алгоритмов пеленгации и расчет пространственных координат ПАП (особенно при малых углах между прямыми положения ) и неоднозначность определения координат нескольких ПАП при наличии ''ложных'' точек пересечения пеленгов (точек пересечения прямых положений ПАП ).

Разностно-дальномерный метод измерения координат ПАП

Разностно-дальномерный метод определения координат основан на измерении разности расстояний от источника излучения до пунктов приёма. Разность расстояний r от ПАП до двух пунктов оценивается косвенным способом по разности хода t помехового сигнала, т. е.

r = ct/2 (2.1.)

Для измерения разности хода t помеховые сигналы u1(t), u2(t), принятые пунктами, передаются в пункт объединения информации, где выполняется их взаимная корреляционная обработка:

T

Z () = u1(t)u2(t-)dt (2.2.) 0

Согласно (2.2) в пункте объединения РЛИ осуществляется перемножение сигнала u1(t)и сдвинутого на время сигнала u2(t) с последующим интегрированием произведения. Данная операция выполняется одновременно для различных значений . При некотором величина корреляционного интеграла z() достигает максимума. Этому значению соответствует запаздывание (t) сигнала u1(t) относительно u2(t).

Для определения плоскостных координат xЦ, yЦ (рис.2.4) достаточно измерить две разности r1 = rA - rO и r2 = rB - rO, каждая из которых в горизонтальной плоскости определяет свою линию положения. Поскольку геометрическое место точек, разность расстояний которых до двух заданных точек (фокусов) есть величина постоянная, то линией положения является гипербола. Координаты xЦ, yЦ определяются точкой пересечения двух гипербол.



Рис. 2.4

Пространственное положение ПАП рассчитывается по трём измерянным разностям расстояний r1 = rA - rO, r2 = rB - rO, r3 = rA - rB. При этом координаты xЦ, yЦ, hЦ определяются точкой пересечения трёх гиперболоидов вращения.

Достоинством разностно-дальномерного метода является высокая точность измерения координат, определяемая в основном шириной спектра помеховых сигналов. Метод не критичен к числу ПАП, находящихся в зоне обнаружения системы пассивной радиолокации. Это объясняется тем, что сигналы, излученные ПАП, взаимонезависимы и следовательно, величина корреляционного интеграла z(t) близка к нулю. Однако практическая реализация разностно-дальномерного метода весьма сложна, т.к. необходимо иметь три-четыре пункта приёма, осуществлять согласованный обзор пространства в пунктах, передавать на значительные расстояния широкополосные сигналы.

Угломерно-разностно-дальномерный метод измерения координат ПАП

Угломерно-разностно-дальномерный метод определения координат основан на измерении угловых координат источника излучения и разности расстояний от него до пунктов приёма (рис.2.5).



Рис.2.5

Для определения плоскостных координат достаточно измерить азимутальный пеленг в одном из двух пунктов приёма (например О) и оценить разность расстояний от источника до этих пунктов r = rA - rO. Координаты xЦ, yЦ определяются точкой пересечения прямой и гиперболы. Чтобы определить пространственное положение ПАП, необходимо использовать угломестный пеленг О. При этом координаты xЦ, yЦ, hЦ определяются точкой пересечения прямой и гиперболоидом вращения.

Достоинством угломерно-разностно-дальномерного метода является достаточная точность измерения координат. Метод также не критичен к числу ПАП, находящихся в зоне обнаружения системы пассивной радиолокации. По сравнению с разностно-дальномерным методом требует два пункта приёма. Однако реализация угломерно-разностно-дальномерного метода (как и разностно-дальномерного) достаточно сложна.

Принципы обработки пеленговой информации

Реализация триангуляционного метода пассивной радиолокации, как показано выше, предусматривает обработку принятых помеховых сигналов в каждом пункте с целью измерения пеленгов на ПАП и определение его пространственных координат в пункте объединения РЛИ. Поэтому можно выделить два этапа обработки пеленговой информации: внутрипунктную обработку на сигнальном уровне и межпунктную (совместную) обработку анализа донесений.

Внутрипунктная обработка помехового сигнала

При внутрипунктной обработке решаются задачи первичной и вторичной обработки на основе анализа принятого помехового сигнала. К задачам первичной обработки относятся обнаружение и пеленгация ПАП. Вторичная обработка информации предусматривает обнаружение пеленговой траектории ПАП, сглаживание её параметров и сброс с сопровождения. Решение перечисленных задач лежит в рамках общей теории обработки РЛИ. Вместе с этим обработка помехового сигнала имеет свои специфические особенности.

Первая особенность обработки помехового сигнала заключается в том, что анализируемый сигнал в системе пассивной радиолокации представляет не вторичное излучение, а прямое. Поэтому его энергия в точке приёма значительно больше вторичного при равных прочих условиях локации.

Вторая особенность состоит в том, что реализация помехового сигнала на интервале нахождения ПАП в главном луче приёмной антенны является непрерывной функцией. Поэтому, в отличии от активной локации с импульсным зондированием, время анализа помехового сигнала может быть увеличена на два-три порядка.