Контрольная работа: Теоретические основы радиоэлектронной разведки

Пространственное положение источников ЭМИ определяется по трем разностям дальностей, измеряемым в трех-четырех приемных пунктах. Местоположение источника - точка пересечения трех гиперболоидов вращения.

Угломерно-разностно-дальномерный метод определения местоположения предполагает измерение с помощью РЭС разности дальностей от источника ЭМИ до двух разнесенных приемных пунктов и измерение направления на источник в одном из этих пунктов.

Для определения координат источника на плоскости достаточно измерить азимут φ и разность дальностей АД от источника до точек приема. Местоположение источника определяется точкой пересечения гиперболы и прямой.

Для определения положения источника в пространстве необходимо дополнительно измерить в одной из точек приема угол места источника ЭМИ. Местоположение источника находится как точка пересечения двух плоскостей и поверхности гиперболоида.

·        двух пеленгов в триангуляционных системах;

·        двух разностей дальностей в разностно-дальномерных системах;

·        одного пеленга и одной разности дальностей в угломерно-разностно-дальномерных системах.

При центрированном гауссовском законе распределения ошибок определения линий положения среднеквадратическое значение ошибки определения местоположения источника:

,

где  - дисперсии ошибок определения линий положения; r - коэффициент взаимной корреляции случайных ошибок определения линий положения Л1 и Л2; γ - угол пересечения линий положения.

При независимых ошибках определения линий положения r = 0.

При триангуляционном методе определения местоположения источника

.

Среднеквадратическая ошибка определения местоположения

.

При применении идентичных радиопеленгаторов

.

Наибольшая точность будет при пересечении линий положения под прямым углом (γ = 90°).

При оценке ошибок определения местоположения источника в пространстве необходимо рассматривать ошибки измерения трех геометрических величин. Ошибка определения местоположения зависит в этом случае от взаимной пространственной ориентации поверхностей положения. Наивысшая точность определения положения будет при пересечении нормалей к поверхностям положения под прямыми углами.

. Способы определения и запоминания частоты сигналов разведываемых РЭС

3.1 Способы определения несущей частоты сигналов

Несущая частота - один из основных параметров, подлежащих определению при ведении РТР.

Для ее определения разведывательный приемник должен принимать сигналы во всем предполагаемом диапазоне частот РЭС. Поэтому одна из основных характеристик разведывательного приемника является диапазон разведываемых частот р.

Просмотр разведываемого диапазона может осуществляться: последовательно во времени (поисковый метод) и одновременно по всем диапазону (беспоисковый).

Поисковые способы [4] определения частоты сигналов требуют определенного времени на просмотр диапазона р, минимальная полоса пропускания приемника много меньше р . Указанный способ реализуется в панорамных одноканальных приемниках прямого усиления и супергетеродинных приемниках, перестраиваемых по частоте.

Беспоисковые способы [4] реализуются:

·        в многоканальных приемниках прямого усиления или супергетеродинного типа;

·        в приемниках оптико-электронного типа;

·        в приемниках, использующих устройства функционального типа.

Многоканальный прием основан на принципе разбиения разведываемого диапазона частот с помощью полосовых фильтров на ряд достаточно узких частотных поддиапазонов по частям.

Оптико-электронные приемники сочетают радиотехнические устройства с оптическими, что позволяет реализовать мгновенное преобразование Фурье.

Функциональный измеритель использует зависимость величины выходного напряжения от несущей частоты.

Функциональные измерители бывают следующие (курсивом выделены наиболее распространенные):

·        интерференционного типа;

·        дисперсионного типа;

·        поляризационного типа;

·        корреляционного типа.

Существуют комбинированные (поисковые+беспоисковые) способы, которые реализуют преимущества и свободны от недостатков поисковых и беспоисковых методов.

.2 Поисковые способы определения частоты сигналов

Сущность поисковых методов [4] определения частоты иллюстрируется рис. 2

а

б

Рис. 2 К поисковому способу определения частоты

На рис. 21 обозначено: Tnp - период перестройки частоты приемника; Tnpf - время, в течение которого приемник перестраивается на ширину его полосы пропускания, то есть время, в течение которого разведываемый сигнал может наблюдаться на выходе приемника; Δ fnp - ширина полосы пропускания приемника; Δfp - диапазон разведываемых частот. Эти параметры связаны соотношениями:

tgα=Δfp /Tnp = Δfпp /Tnpf, Tnpf =Δfnp /Δfp ·Tnp,

Δ fp = fp max - fp min.

Для детального исследования параметров сигнала желательно иметь Tnpf большим. Выполнить это можно за счет расширения полосы пропускания приемника Δfnp .

Увеличение полосы пропускания приемника Δfnp ухудшает разрешающую способность по частоте и точность ее определения.

Увеличение периода перестройки приемника Tnp приведет к увеличению времени, необходимого для просмотра всего разведываемого диапазона частот.

Разрешающая способность по частоте и точность определения частоты f определяется шириной полосы пропускания приемника Δfnp, а среднеквадратическая ошибка измерения частоты

f= (0.1…0.2) Δ fnp .

Как правило, в разведывательных приемниках выполняется

Δ fnp << Δfp .

В зависимости от соотношения параметров Δ fnp , Δfp , Tnp различают:

·        медленный поиск;

·        быстрый поиск;

·        поиск со средней скоростью.

При медленном поиске - время перестройки приемника на ширину его полосы пропускания составляет не менее N периодов следования Tn разведываемых импульсных сигналов

Tnpf ≥NTn ,

где N - минимально необходимое для измерения несущей частоты количество импульсов, которое должно поступить на вход приемника.

При выполнении условия Tnpf ≥NTn вероятность обнаружения сигнала и определения его частоты равна

При быстром поиске время перестройки приемника на ширину его полосы пропускания не превышает длительности импульса τи разведывательных сигналов Tnpf ≤τи. Вероятность пропуска сигнала при выполнении этого условия равна 0, а вероятность определения его частоты за время, равное периоду следования входных импульсных сигналов, равна

При этом полоса пропускания разведывательного приемника должна быть относительно широкой.

Чтобы искажения сигналов были минимальными, необходимо, чтобы соотношение между скоростью перестройки разведывательного приемника по частоте и полосой пропускания приемника Δfnp было

С ростом  необходимо расширять Δfnp, а это приводит к уменьшению точности определения частоты.

При поиске по частоте со средней скоростью:

NTn·Δfp/Δfnp > Tnp > τи .

Если перестройка разведывательного приемника по частоте осуществляется по линейному закону, то несущая частота разведываемого РЭС может равновероятно находиться в любой части рабочего диапазона, то вероятность приема сигнала за n циклов перестройки радиоразведовательного приемника (РРП):

Wn=1 - (1- W1)n,

где W1 - вероятность приема сигнала за один период перестройки.

При заданной вероятности обнаружения сигнала Wзад=Wn, найдем количество необходимых циклов перестройки:

(1 - W1)n=1 - Wзад,

n·ln(1 - W1)=ln(1 - Wзад) ,

n= ln(1 - Wзад)/ ln(1 - W1);

отсюда время перестройки (разведки)

tp=n·Tnp.

.3 Беспоисковые способы определения частоты

Беспоисковые способы определения частоты [4] обеспечивают одновременный прием сигналов в диапазоне разведываемых частот без перестройки гетеродинов или частотных фильтров.

Многоканальные приемники используют разбиение разведываемого диапазона на множество поддиапазонов. Это достигается использованием набора одноканальных приемников, полосы пропускания которых примыкают друг к другу (рис. 22,а).

Отдельный канал включает в себя полосовой фильтр, амплитудный детектор, усилитель и индикатор. Имеется общее регистрирующее устройство, к которому подводятся сигналы с выходов всех каналов.

Если полосы пропускания всех каналов одинаковы и равны Δfпp , то

Δfp=nΔfnp .

Точность измерения частоты и разрешающая способность по частоте принимают равной полосе пропускания i-го канала δf= Δfnpi .

а

б

Рис. 22. Полосы пропускания фильтров многоканальных приемников

Структурная схема многоканального приемника прямого усиления представлена на рис. 23.

Максимальная ошибка определения частоты Δfmax=Δfnpi/2.

Если РРП предназначен для приема сигналов в широком диапазоне частот, то целесообразно применять каналы с различными полосами пропускания (рис. 22,б), что позволяет сохранить постоянной по диапазону относительную ошибку измерения.

Матричный приемник (рис. 24) содержит n столбцов по m строк в каждом [4]. От антенны принятые сигналы поступают на m фильтров с одинаковыми полосами пропускания Δfnp1, которые разбивают диапазон разведываемых частот Δfp на m равных частей Δfnp1= Δfp/m, образуя первый столбец матричного приемника. Резонансные частоты фильтров сдвинуты друг относительно друга на полосу пропускания фильтра. Колебания, прошедшие через любой из фильтров, с помощью гетеродинов первого столбца преобразуются в колебания первой промежуточной частоты и подводятся к УПЧ1, имеющему полосу пропускания Δfnp Если fс - частота сигнала, то после преобразования она будет лежать в пределах

f1 - Δfnp1/2 ≤ fc - fг1i ≤ f1 + Δfnp1/2.

Рис. 23. Многоканальный приемник прямого усиления

Фильтры второго столбца, имеющие полосу пропускания Δfnp2 , делят полосу пропускания Δfnp1 также в m раз (рис. 25)

Δfnp2=Δfnp1/m= Δfp/m2 и т.д. .

Точность измерения частоты и разрешающая способность по частоте определяются полосой пропускания фильтров последнего столбца.

Рис. 24. Матричный приемник

Основной недостаток - при одновременном приеме двух или нескольких частот возникает неоднозначность отсчета частоты.

Рис. 25. АХЧ фильтров матричного приемника

Приемник с реализацией мгновенного преобразования Фурье (МПФ) (рис. 26) использует сочетание радиотехнических устройств с оптическими устройствами [4].

Рис. 26. Структурная схема приемника с реализацией мгновенного преобразования Фурье

Главным звеном приемника с реализацией МПФ является акустооптическая дифракционная ячейка Брегга, состоящая из лазера, пьезоэлектрического преобразователя (ПП) и кристалла, в котором происходит взаимодействие акустической и световой волн. Пьезоэлектрический преобразователь преобразовывает высокочастотный сигнал в волны сжатия и разрежения, которые распространяются в акусто-оптической среде.

Диэлектрическая проницаемость кристалла

,

где Ω - акустическая частота, рис. 27,в. Длина волны в акусто-оптической среде будет намного короче, чем длина волны электромагнитного сигнала, поскольку скорость распространения акустической волны в данной среде намного ниже, чем скорость света. Так как показатель преломления среды является функцией плотности вещества, периодические сжатия и разрежения (рис. 27,а) вызовут модуляцию показателя преломления среды в пределах всей зоны распространения акустической волны.

В результате зона распространения преобразуется в дифракционную решетку для падающего когерентного луча света нормально к направлению акустической волны, при этом преломляемый лазерный луч будет состоять из очень большого количества составных лучей, расширяющихся в пространстве (дифракционные полосы).

В кристалле происходит дифракция света на акустических волнах [10]. Вообще, различают два вида дифракции, отличающиеся разными дифракционными спектрами: Рамана-Ната и Брегга. Дифракция Рамана-Ната наблюдается на низких звуковых частотах и при не слишком большой длине взаимодействия L (рис. 27,в). При нормальном падении света, то есть параллельно волновому фронту звуковой волны, дифракционный спектр Рамана-Ната представляет расположенные симметрично по обе стороны от прошедшего пучка равноотстоящие друг от друга дифракционные максимумы (рис. 27,б). При наклонном падении света интенсивность максимумов уменьшается, но их угловые направления остаются неизменными. Угловое направление дифракционных максимумов θm относительно нулевого (соответствующего прямо прошедшему свету) определяется формулой

, ,

где λ - длина световой волны, Λ - длина звуковой волны (период акустической решетки, рис. 27,в), в общем случае

.

О дифракции Брегга говорят в том случае, когда дифракционный спектр состоит из двух максимумов, соответствующих значениям  и  (рис. 27,г). Интенсивность минус первого максимума будет наибольшей, если свет падает под углом к волновому фронту акустической волны, удовлетворяющей условию Брегга

, отсюда ,

где θб - угол Брегга.

а б в г

Рис. 27. Ячейка Брегга

Дифракция Брегга имеет место на высоких частотах при большой длине взаимодействия света с акустической волной.

Вид дифракции зависит от величины безразмерного параметра