Контрольная работа: Теоретические основы радиоэлектронной разведки

а б

в

Рис. 11 Упрощенная структурная схема фазового пеленгатора (а), структурная схема приемника фазового радиопеленгатора (б) и диаграмма, поясняющая фазовую пеленгацию в пространстве (в)

В фазовых радиопеленгаторах выполняется условие d<<D, где D - дальность от пеленгатора до источника ЭМИ. При этом условии линии, соединяющие антенны А1 и A2 с пеленгуемым источником, можно считать параллельными D1║D2. При приеме антеннами А1 и А2 излучения одного источника сигналы и1 (t) и и2 (t) на их выходах отличаются только величиной времени запаздывания τз, т.е.

, (1)

где τз - разность времен распространения сигнала от источника излучения до антенн А1 и А2.

Если в качестве заданного направления (начало отсчета углов) выбрана нормаль к базе радиопеленгатора, то угол φ=φи будет пеленгом источника. Как видно из рис. 11, а

, .

Разность фаз Δψ сигналов и1(t) и и2(t) при их несущей частоте ω0 и пеленге φи определяется выражением

. (2)

Отсюда следует, что пеленг

. (3)

Таким образом, для определения пеленга источника необходимо измерить частоту ω0 принимаемых сигналов и их разность фаз Δψ в разнесенных точках приема.

Существенным недостатком однобазовых фазовых радиопеленгаторов является многозначность отсчета пеленга, обусловленная многозначностью функциональной зависимости (3) при d>λ, поскольку

.

При некоторых значениях угла φи и отношении d/λ фазовый сдвиг сигналов Δψ может превысить 2π. В этом случае из-за цикличности изменения фазы и возможности ее однозначного измерения только в пределах 2π возникает неоднозначность отсчета угла φи , так как измеритель разности фаз покажет одно и то же значение при φи , равном например, 30° и 390° (то есть 360+30°). Для обеспечения однозначности пеленгации в пределах сектора ±90° необходимо, чтобы разность фаз не превышала ±90°. Из (3) следует, что условие однозначности выполняется только при  d/λ ≤0.5 .

Этот недостаток устраняется при использовании антенной системы с несколькими различными по величине базами.

Измерение пеленга φи по разности фаз Δψ выполняют с помощью двухканального приемника (рис. 11,б), включающего усилители радиочастоты (УРЧ), гетеродин (Гет), смесители (См), усилители промежуточной частоты (УПЧ), с измерителем разности фаз (ИФ), шкала которого проградуирована в значениях угла φи.

Пеленгация в пространстве выполняется трехканальным радиопеленгатором с базами, повернутыми друг относительно друга на . При необходимости обе базы можно расположить на земной поверхности (рис. 11,в).

На этих базах образуются разности фаз

, . (4)

Пеленги цели в горизонтальной α и вертикальной β плоскостях определяются из решения системы уравнений (4).

Многоканальные (моноимпульсные) системы пеленгации - амплитудные и фазовые - постепенно вытесняют одноканальные пеленгаторы с последовательным сравнением сигналов ввиду недостаточной точности и низкой помехозащищенности последних. На моноимпульсные пеленгаторы не действует модулирующая помеха, так как любое изменение интенсивности входного сигнала в одинаковой степени проявляется во всех каналах и в принципе возможна идеальная нормировка, выполняемая с помощью мгновенной АРУ или глубокого ограничения. Моноимпульсные системы пеленгации не подвержены помехам, создаваемым из одной точки пространства. Однако эти системы отличаются сложностью аппаратуры и высокими требованиями к идентичности и стабильности характеристик всех каналов.

Возможности устройств пеленгации по обеспечению требуемой точности определения направления на источник ЭМИ, разрешающей способности по направлению и скорости получения информации о разведываемом параметре (пеленге) в значительной степени зависят от метода обзора разведываемого пространства. В радио- и РТР нашли применение беспоисковый (одновременный) и поисковый (последовательный) методы обзора.

.4 Методы обзора пространства

Беспоисковый метод обзора (анализа) пространства заключается в том, что все излучения в разведываемом диапазоне пространства принимаются одновременно [4].

При этом радиопеленгатор определяет направления на все источники практически мгновенно. Одновременный обзор осуществляется с помощью многоканального пространственно-избирательного устройства - антенной системы, формирующей многолепестковую неподвижную диаграмму направленности (рис. 12). Максимумы лепестков ДНА смещены в пространстве относительно друг друга примерно на ширину одного лепестка. Последняя определяет точность и разрешающую способность пеленгатора по угловым координатам. Поэтому для повышения точности и разрешающей способности необходимо «сужать» ДНА каждого канала приема. При этом увеличивается общее число каналов.

Рис. 12. Диаграмма направленности радиопеленгатора с одновременным обзором пространства

Суммарная ДНА пеленгатора перекрывает заданную область разведываемого пространства. Упрощенная структурная схема радиопеленгатора с одновременным обзором пространства приведена на рис. 13. Прием излучений производится по п независимым каналам.

Рис. 13. Упрощенная структурная схема радиопеленгатора с одновременным обзором пространства

Каждый из них принимает излучения в заданном поддиапазоне пространства, размеры которого определяются шириной диаграммы направленности его антенны.

В качестве приемников в пеленгаторах этого типа часто используются приемники прямого усиления. Достоинством пеленгаторов с одновременным обзором является то, что данные о направлении на все действующие источники, находящиеся в поле зрения ДНА пеленгатора, получают одновременно и с вероятностью, равной единице. Кроме того, эти данные получают практически мгновенно, так как время, необходимое для разведки параметра, определяется временем распространения излучения от источника до пеленгатора и временем распространения принятого излучения от антенны до выходного устройства.

Беспоисковый метод пеленгации применяется в приемниках оповещения об облучении летательного аппарата, в станциях радио- и радиотехнической разведки.

Определение пеленга источника ЭМИ при поисковом методе обзора осуществляется последовательным во времени просмотром разведываемого диапазона пространства. Для этого изменяют положение диаграммы направленности одноканального пространственно-избирательного устройства - антенны радиопеленгатора (рис. 14). В частности, это может быть осуществлено путем вращения антенны вокруг вертикальной оси. За начало отсчета пеленга может быть принято положение максимума ДНА, совпадающее с заданным направлением, например, с продольной осью ЛА.

Упрощенная структурная схема радиопеленгатора с последовательным обзором пространства изображена на рис. 14.

Рис. 14. Структурная схема радиопеленгатора с последовательным обзором пространства

Прием излучений производится последовательно во времени одной антенной. В качестве приемников используются приемники супергетеродинного типа. Излучения, принятые антенной, усиливаются, преобразуются по частоте и поступают на выходное устройство. В качестве последнего для визуального наблюдения применяется индикатор электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Выходное устройство сопряжено с антенным устройством. Линия развертки на индикаторе ЭЛТ перемещается синхронно с изменением положения максимума ДНА, образуя шкалу пеленгов. При приеме антенной излучения источника на экране индикатора образуется амплитудная или яркостная отметка. Положение отметки на шкале пеленга определяет угловое положение источника относительно заданного направления. Отсчет пеленга производится по максимальному значению амплитуды сигнала на экране индикатора.

Прием излучения источника и соответственно определение его пеленга при поисковом методе пеленгации носят вероятностный характер, что является недостатком метода. Этот недостаток может оказаться существенным при разведке РЭС, работающих в импульсном режиме, кратковременно работающих РЭС и РЛС, работающих в режиме обзора пространства. Так как просмотр разведываемого пространства производится последовательно во времени, то некоторые сигналы указанных РЭС могут быть пропущены (источник в момент излучения находится вне «поля зрения» антенны пеленгатора). Кроме того, при поисковом методе время, требуемое для определения пеленга, больше чем при беспоисковом. Оно зависит также всего от скорости вращения ДНА пеленгатора.

.5 Методы и устройства измерения разности дальностей от источников ЭМИ

Определение разности дальностей от источника ЭМИ возможно только при приеме его сигналов в двух пространственно разнесенных точках с известными координатами [4]. Оно сводится к измерению разности времен распространения  электромагнитного излучения от источника до этих точек:

, (4)

где  - время распространения излучения от источника до первой и второй приемных точек.

Разность  пропорциональна разности дальностей . Поэтому по измеренному временному интервалу  и известной скорости с распространения электромагнитных волн определяется искомая разность дальностей:

. (5)

При отсчете  абсолютные величины времени не имеют значения, так как сигнал источника, принимаемый в одной из точек, используется в качестве опорного (начало отсчета временного интервала).

В зависимости от режима излучения разведываемого РЭС (импульсный или непрерывный) для измерения разности дальностей могут использоваться импульсный (временной) и корреляционный методы.

Импульсный (временной) метод [4] применим только при приеме сигналов РЭС, работающих в импульсном режиме. Измеритель разности дальностей D12 представляет собой идентичные приемные устройства, расположенные в двух пунктах, разнесенных на базу d (рис. 15,а).

Каждый из сигналов импульсной последовательности (радиоимпульсы ), принятый в одной из точек (например, в точке 1), после усиления и преобразования (в частности, из последовательности радиоимпульсов в последовательность видеоимпульсов, рис. 15,б) ретранслируется в другую приемную точку - пункт совместной обработки сигналов (пункт измерения временного интервала ).

В точке 2 принятая последовательность радиоимпульсов источника () подвергается аналогичным преобразованиям. Кроме того, в этой точке указанная последовательность задерживается на фиксированное время , компенсирующее время задержки (распространения) первой импульсной последовательности в канале связи (ретрансляции). Затем обе импульсные последовательности подаются на измеритель временных интервалов для измерения .

а

б

Рис. 15. Импульсный измеритель разности дальностей:

а - структурная схема; б - временные диаграммы

Корреляционный метод измерения разности дальностей [4] пригоден при излучении источником как импульсных, так и непрерывных сигналов, в том числе и шумоподобных. В основу корреляционного метода положено сравнение сигналов по их статистическим характеристикам. Одной из таких характеристик является взаимно корреляционная функция (ВКФ) сигналов РЭС, принимаемых в разнесенных точках. Устройства, реализующие корреляционный метод измерения разности дальностей, принято называть корреляционно-базовыми устройствами или системами (КБС). При применении КБС координаты источника ЭМИ могут быть определены в результате совместной взаимно корреляционной обработки сигналов одних и тех же источников, принятых в разнесенных точках.

Для пояснения сущности метода и структуры построения КБС измерения разности дальностей предположим, что источник излучает непрерывный шумоподобный стационарный сигнал и(t).

Для статистической радиотехники наибольшие значения имеют три моментные функции низших порядков - математическое ожидание, дисперсия и функция автокорреляции [27].

Математическое ожидание

есть среднее значение процесса X(t) в текущий момент времени t; усреднение проводится по всему ансамблю реализаций процесса.

Дисперсия

,

позволяет судить о степени разброса мгновенных значений, принимаемых отдельными реализациями в фиксированные моменты времени t.

Двумерный центральный момент

называется функцией автокорреляции случайного процесса. Эта функция характеризует степень статистической связи случайных величин, которые наблюдаются при t=t1 и t=t2,

 .

Процесс называется стационарным, если функции распределения зависят от взаимных расположений моментов времени, но не от самих моментов

,

то есть распределение вероятностей n-го порядка зависит только от n-1 разностей:

 - не зависит от момента времени,

.

В этом случае математическое ожидание и дисперсия не зависят от времени, а автокорреляционная функция определяется только разностью времен:

-

это линейная статистическая связь между мгновенными значениями одного и того же стационарного случайного процесса.