А. Г. Додонов, В. Г. Путятин, В. А. Валетчик
68
Технічні засоби отримання й обробки даних
64
Оценка помехозащищенности РЛС траекторных измерений
А.Г. Додонов, В.Г. Путятин, В.А. Валетчик
Институт проблем регистрации информации НАН Украины
ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина
Рассмотрена методика оценки помехозащищенности РЛС траекторных измерений, результаты применения которой предложено использовать для организации помеховой обстановки при натурных испытаниях автоматизированных комплексов радиотехнических и вычислительных средств обнаружения.
Ключевые слова: оценка, помехозащищенность, РЛС, система, комплекс, полигон, испытания, помехи.
Отдельные виды натурных испытаний современных сложных информационно-управляющих систем, в состав которых входят автоматизированные комплексы радиотехнических и вычислительных средств (КРТС и ВС), с участием летательных объектов (самолетов, вертолетов, ракет) проводят в условиях радиопротиводействия, что создает обстановку, приближенную к реальным условиям ее применения по назначению. Кроме того, для повышения скрытности испытаний создаются условия активной радиотехнической маскировки с излучением маскирующих и имитирующих сигналов и помех [1, 2]. Все эти радиопомехи оказывают существенное влияние не только на функционирование аппаратуры испытываемых экспериментальных комплексов, но и на радиоэлектронную технику (РЭТ), обеспечивающую испытания, в том числе и на РЛС, траекторных измерений (РЛС ТИ).
Радиолокационная информация с РЛС ТИ применяется для определения эталонных траекторий полета летательных объектов, и помеховые условия проведения летных экспериментов не должны приводить к отказам в работе этих РЛС. Поэтому представляется целесообразным до проведения натурных испытаний КРТС и ВС выполнять оценку помехозащищенности РЛС такого же класса, а ее результаты включать в исходные данные, используемые для организации помеховой обстановки.
Воздействию радиопомех на работу РЭТ посвящено множество исследований и работ [1-8]. Вместе с тем, единая методика оценки ее помехозащищенности (ПЗ) отсутствует в связи с огромным разнообразием видов этой техники, а также большой разновидностью применяемых помех. Работа по разработке таких методик для каждого вида РЛС требует учета специфики построения и использования станций по назначению, наличия и возможностей их средств помехозащиты, особенностей применения и возможностей средств радиопротиводействия.
В настоящее время в качестве полигонных РЛС ТИ широкое применение находят РЛС типа «Кама» различной модификации («Кама-Н», «Кама-К», «Кама-ИК»). Эти станции имеют узкие диаграммы направленности антенны (ДНА) игольчатого типа, а их первоначальное наведение на цель выполняется в режимах поиска РЛС или по целеуказаниям от других средств полигонного измерительного комплекса [3].
Надежное автосопровождение целей обеспечивается только в случае строгого отслеживания в пространстве ДНА станции этих объектов. Высокоточное определение координатных параметров целей осуществляется в режиме слежения в каналах автоматического сопровождения по дальности (АСД) и автоматического сопровождения по угловым направлениям (АСН). Практика применения таких РЛС на полигонах противовоздушной обороны СНГ показывает, что эффективность их работы в условиях организованного радиопротиводействия существенно снижается.
Существующие методики исследования характеристик и эффективности функционирования РЛС типа «Кама» в основном включают оценки их электромагнитной совместимости и защиты от взаимных помех в составе полигонного измерительного комплекса. Вопросам исследования помехозащищенности РЛС ТИ от средств организованного радиопротиводействия уделяется недостаточное внимание. Такие исследования могут быть произведены аналитически и экспериментально. Сложность их выполнения обусловлена необходимостью как раздельного, так и комплексного учета воздействия различных видов радиопомех; одновременного учета большого количества факторов, определяемых характеристиками РЛС, применяемыми средствами радиопротиводействия и способами их использования; оценки воздействия радиопротиводействия на решение конечных задач, выполняемых на основе радиолокационной информации и др.
Экспериментальной оценке помехозащищенности РЛС ТИ должна предшествовать аналитическая оценка, учитывающая ее основные характеристики и параметры возможных противодействующих средств.
Аналитическая оценка помехозащищенности РЛС заключается в определении ее количественных показателей, функционально связанных с основными характеристиками РЛС и средствами радиопротиводействия. С помощью зависимостей, приведенных в [3, 4], и, используя технические характеристики РЛС ТИ, можно получить количественные оценки защищенности РЛС от активных помех. Приведенные в [3, 4] формулы связывают показатели с отношением сигнала и помехи по мощности на выходе приемных устройств РЛС ТИ, и их можно использовать для оценки эффективности применяемых средств помехозащиты.
Введенные дополнительные коэффициенты (коэффициент боковых лепестков ДНА, коэффициент перестройки частоты и др.) дают возможность определить качество функционирования отдельных устройств РЛС в условиях радиопротиводействия.
Для РЛС сопровождения целей наибольший интерес представляет определение помехоустойчивости следящих систем каналов АСД и АСН. В зависимости от используемых РЛС для каждого ее вида можно определить пороговую чувствительность П следящих измерителей координатных параметров по отношению к шумам, которая определяет максимальное отношение помехи к сигналу по мощности -- при котором система еще отслеживает сигнал цели.
Используя общие зависимости, приведенные в [5] можно определить значения пороговой чувствительности к шумам следящих измерителей дальности и угловых направлений применительно к РЛС ТИ с учетом того, что все виды таких РЛС осуществляют линейное детектирование принятых сигналов, а пеленгация целей по направлению осуществляется методом равносигнальной зоны.
Пороговая чувствительность следящего измерителя по направлению (азимуту или углу места) к шумам для РЛС ТИ определяется из выражения
, (1)
где -- ширина диаграммы направленности антенны РЛС ТИ по уровню
50 % мощности; -- угол равносигнальной зоны; -- максимальная ошибка сопровождения цели по угловой координате; -- ширина полосы пропускания усилителя промежуточной частоты канала угловой координаты; -- длительность видеосигнала; -- угловые размеры пачки видеосигналов; -- крутизна характеристики антенны в зоне рабочей точки; -- угловая скорость развертывания ДНА в пространстве; -- длительность строба дальности; -- угловые размеры строба угловых координат; -- период посылок импульсов; -- период развертывания диаграммы направленности антенны; -- функция, определяющая сглаживающие свойства следящей системы.
Пороговая чувствительность следящего измерителя дальности к шумам для РЛС ТИ определяется из выражения
, (2)
где -- максимальная ошибка сопровождения цели по дальности; -- ширина полосы пропускания усилителя промежуточной частоты канала АСД;
с -- скорость распространения радиоволн в свободном пространстве; -- функция, определяющая сглаживающие свойства следящей системы по дальности.
Зависимости (1) и (2) позволяют приближенно определять значения П при отсутствии флюктуаций фона. Для РЛС ТИ, имеющих узкие ДНА и применяющих стробирование измерительных каналов, флюктуациями отражений фона можно пренебречь. Приближение в расчетах заключается в замене реальных измерительных характеристик следящих систем идеализированными. Однако методические ошибки расчетов будут достаточно малы, так как в условиях стробирования принятые характеристики измерителей близки к реальным и линейны в пределах действия стробов.
Большинство технических показателей, входящих в выражения (1) и (2), известны из технических условий или формуляра на каждую РЛС ТИ. Ряд характеристик () требуют определения и оценки. Так, угловые размеры пачки видеосигналов для РЛС с диаграммой направленности антенны игольчатого типа соответствуют ширине эквивалентной диаграммы направленности на уровне 0,707 (без учета боковых лепестков) и при «точечной» цели составляет . Следящий измеритель, представляющий систему, оптимальную с точки зрения минимума случайной и нулевой динамической ошибок, имеет [4]. Составляющая определяется инструментальной погрешностью измерителя и погрешностями, связанными с флюктуацией принятых сигналов. В расчетах в качестве можно использовать паспортное значение инст-рументальной погрешности соответствующего измерителя угловой координаты РЛС.
Полученные аналитические значения пороговой чувствительности к радиопомехам следящих систем конкретных видов РЛС ТИ позволяют оценить качество их функционирования в реальной помеховой обстановке.
Проведение экспериментальных исследований помехозащищенности РЛС ТИ в натурных и полунатурных условиях возможно путем оценки воздействия на радиоэлектронную аппаратуру радиопомех, создаваемых специальными имитаторами или наземными помеховыми комплексами, а также помех от авиационных постановщиков помех. В последнем случае используются облеты РЛС с установкой на летательных объектах средств радиопротиводействия.
Возможно в принципе два варианта экспериментальной оценки помехозащищенности РЛС: раздельной по видам помех и комплексной. Воздействуя на РЛС ТИ последовательно различными видами помех, можно более точно исследовать их влияние на аппаратуру станции и определить качество функционирования ее средств защиты. Вместе с тем, раздельная оценка помехозащищенности не способствует полным исследованиям поведения и возможностей РЛС в сложной помеховой обстановке. Учитывая это, методика оценки помехозащищенности РЛС должна предусматривать эксперименты с применением отдельных видов помех, а также исследования в условиях воздействия комбинированных помех.
Активные шумовые (маскирующие) помехи в зависимости от их интенсивности оказывают различное влияние на функционирование РЛС ТИ. Шумовые помехи малого уровня во многом эквивалентны внутренним шумам. Уже при малом отношении помехи к сигналу (Еп/Ес) увеличиваются флюктуационные ошибки слежения по дальности (скорости).
С ростом интенсивности шумовой помехи сказываются нелинейные явления, связанные с прохождением смеси сигнала, и помехи через нелинейные дискриминаторы канала АСД. При некотором критическом отношении Еп/Ес происходит срыв слежения.
Действие активных шумовых помех на канал АСН заключается в затруднении начального захвата цели на автосопровождение, вызывает случайные ошибки измерения угловых координат цели, приводит к срыву слежения. При срыве слежения по угловым направлениям не поступает сигнал о цели на вход канала АСД.
В АСД информация о дальности до объекта выдается при совпадении отметки цели со следящим стробом дальности и установлении режима автосопровождения. С приходом имитирующих или несинхронных помех помеховый сигнал может «увести» следящий строб с отметки цели.
Применение в АСД станции режимов ультраузкого стробирования (УУС) улучшает работу следящего измерителя дальности. В этом режиме в канал АСН поступают не все сигналы, принятые РЛС ТИ, а только отмеченный УУС сигнал цели. При уводе помехой следящего строба дальности АСД переводится в режим поиска, сигнал цели не поступает на вход канала АСН, а после последующего захвата цели начинается новый цикл увода следящего строба дальности. Уводящая по дальности помеха вызывает ошибки в измерении дальности (следовательно, и скорости) и приводит к перерывам информации в угломерном канале.
Оценить влияние этого вида помех можно по периоду и скважности q поступления полезной информации:
; ,
где -- время увода строба дальности; -- время поиска цели после срыва автосопровождения.
Значения и q определяются по требуемой совокупности (n) проводимых экспериментов (n 15-20).
Наиболее точным и эффективным методом оценки помехозащищенности полигонных РЛС ТИ следует считать натурный эксперимент c использованием облетов РЛС авиационными постановщиками помех (самолетами, вертолетами). В процессе таких экспериментов практически оцениваются:
-- дальность обнаружения целей в помеховой обстановке ();
-- функционирование следящих измерителей каналов АСД и АСН в условиях комбинированного воздействия помех;
-- качество работы аппаратурных средств радиозащиты от помех (селектора амплитуды, селектора дальности и т.п.).
Перед выполнением испытаний с участием самолетов (вертолетов) -- постановщиков активных помех (ПАП) требуется проведение контрольных облетов РЛС ТИ с определением тех характеристик, которые исследуются при оценке ее помехозащищенности.