Основы теории радиоэлектронного подавления

После каждого фильтра имеется амплитудный детектор (АД). Выходные сигналы АД через электронный коммутатор (ЭК) поступают на индикатор РЛС.

Выходные напряжения АД каждого набора фильтров суммируются. Полученный сигнал сравнивается с пороговым значением. При превышении порога принимается решение о наличии целей в этом интервале дальности и измерении их радиальных скоростей.

Рис. 42 Характеристика фильтров одного набора, необходимых для доплеровской селекции сигналов, отражённых от движущихся целей

Переход от одного набора фильтров к другому позволяет осуществлять последовательный просмотр целей на различных участках дальности (развертка по дальности).

Недостаток РЛС с КНИ - малый диапазон однозначного измерения дальности до целей.

При подавлении РЛС с КНИ активными шумовыми радиопомехами с шириной спектра используется незначительная часть мощности помехового сигнала. Если помеховый сигнал имеет равномерный спектр, то эта часть определяется величиной (смысл - на рис. 41).

Для подавления РЛС с КНИ целесообразно использовать узкополосные активные шумовые радиопомехи (доплеровские шумы) с шириной спектра

.

Кроме шумовых радиопомех эффективными являются имитирующие помехи по дальности и скорости. Такие помехи могут создаваться путем переизлучения сигналов подавляемой РЛС с задержкой по времени, дополнительной модуляцией сигналов по амплитуде, частоте или фазе, так же как при создании помех РЛС с ЛЧМ- и ФКМ-сигналами.



6. Активные помехи РЛС, работающим в режиме автосопровождения целей

6.1 Задачи, решаемые созданием помех РЛС АСЦ

РЛС АСЦ позволяют решать задачи прицеливания при стрельбе неуправляемыми снарядами, прицеливания и наведения управляемых ракет (УР) на цели.

Прицеливание при стрельбе по подвижным целям и наведение на них УР сводится к определению координат точки встречи (ТВ) снаряда (ракеты) с целью [4].

Для неуправляемого снаряда (ракеты) время полета t_с (t_p) до ТВ может быть рассчитано с использованием уравнений внешней баллистики. Расчет координат ТВ (определение момента выстрела снаряда, пуска ракеты и угла упреждения) требует непрерывного измерения координат и параметров движения цели.

Требования к точности определения координат ТВ зависят от вида применяемого оружия. Для УР эти требования относительно невысоки, поскольку после пуска в процессе наведения система управления устраняет влияние ошибки прицеливания на величину конечного промаха. Именно в этом и состоит основное назначение системы наведения (самонаведения) ракет.

При стрельбе неуправляемыми снарядами эти требования неизмеримо выше, так как траектория снаряда в процессе полета не корректируется.

Задача РЭП РЛС АСЦ состоит в том, чтобы увеличить ошибки измерения координат и параметров движения цели до величин, при которых ее поражение становится маловероятным. В некоторых случаях удается вообще исключить сопровождение цели по тем или иным координатам или сделать его прерывистым с неизбежным увеличением ошибок прицеливания (наведения). При организации РЭП РЛС АСЦ необходимо определить, какому из каналов сопровождения данной системы управления оружием целесообразно создать помехи. Решение этой задачи требует знаний уравнений прицеливания (наведения), используемых в системе управления.

В эти уравнения входят те или иные координаты и параметры движения цели, измеряемые РЛС АСЦ. Из уравнений прицеливания (наведения) однозначно определяются измерители координат, подавление которых нарушает работу системы управления. В связи с этим целесообразно кратко остановиться на принципах функционирования и уравнениях прицеливания (наведения) систем управления оружием ПВО и ВВС.

6.1.1. Прицеливание ЗСК по воздушной цели [4]. Траектория полета неуправляемого снаряда после выстрела не корректируется. Чтобы снаряд поразил цель (рис. 43), необходимо ствол орудия направить по отношению к цели в упрежденную точку (точку прицеливания ТП). Если прицеливание проведено правильно, поражение цели произойдет через время t_c = t_ц, в точке ТВ.

Рис. 43. Геометрия прицеливания ЗСК в вертикальной плоскости

В вертикальной плоскости точка ТП находится выше точки ТВ на расстоянии

,

обусловленном действием ускорения силы тяжести g.

Уравнение прицеливания имеет вид

,

где - координаты цели, - поправка в прицеливании за счет действия силы тяжести,

- угол упреждения.

В РЛС АСЦ ЗСК в качестве объекта подавления может рассматриваться любая из систем АСЦ. Поэтому выбирается та система, подавление которой достигается наиболее просто. Обычно такой системой является система автоматического сопровождения целей по дальности (АСД). Для подавления системы АСД широко применяются активные шумовые и уводящие по дальности помехи. Возможно создание помех системам АСН.

6.1. Системы самонаведения ракет ПВО [4]. Все современные самонаводящиеся ракеты ПВО (зенитные управляемые ракеты (ЗУР) и "воздух-воздух") используют для наведения на цель так называемый метод пропорционального наведения.

Для подавления систем самонаведения ракет могут и должны создаваться помехи системе углового сопровождения целей или, как ее часто называют, системе автоматического сопровождения целей по направлению (АСН), а также каналу измерения скорости сближения (U_сбл). В качестве последнего в системах с непрерывными и квазинепрерывными сигналами подсвета цели используется система сопровождения целей по скорости (АСС), а в РЛС с импульсными сигналами - система АСД.

Системы наведения ЗУР с командным управлением [4]. Большинство современных ЗРК с командным управлением для наведения ракет используют трехточечный метод параллельного сближения. Этот метод требует, чтобы в процессе наведения линия ракета-цель перемещалась в пространстве параллельно самой себе.

Для нарушения функционирования систем командного наведения ЗУР можно подавить системы АСН или АСД РЛС сопровождения цели или систему АСН РЛС сопровождения ракеты. РЛС сопровождения ракеты работает по сигналам, ретранслируемым ответчиком, установленным на ракете. Приемник этой РЛС, как правило, выполняется с малой чувствительностью, и подавить ее не представляется возможным из-за чрезвычайно высоких требований к мощности передатчика помех.

6.2 Некогерентные радиоэлектронные помехи из двух точек пространства

Некогерентными радиоэлектронными помехами системам АСН из двух и более точек пространства принято называть помехи, создаваемые независимо работающими и разнесенными в пространстве передатчиками. В приемнике РЛС такие помеховые сигналы не могут быть разделены (отселектированы) по тому или иному параметру. В качестве помеховых сигналов можно применять непрерывные шумовые помехи, нарушающие работу системы селекции целей по дальности или скорости сближения.

Пеленгатор как составная часть системы АСН вырабатывает сигналы, отображающие знак и величину отклонения равносигнального направления (РСН) от направления на цель. В том случае, когда в пределах диаграммы направленности антенны РЛС находятся два и более постановщика помех и их сигналы в приемнике не разделены, пеленгатор работает с ошибкой.

Рассмотрим функционирование моноимпульсного амплитудного пеленгатора с суммарно-разностной обработкой сигналов [4] в условиях воздействия помех из двух точек (рис. 44).

Второй канал системы полностью аналогичен первому и работает независимо. Поэтому рассматривать двухканальную систему АСН нет необходимости. Сначала покажем, что создание шумовых помех из одной точки пространства неэффективно, т. е. не нарушает работу моноимпульсной системы АСН.

Рис. 44. Упрощенная структурная схема моноимпульсной системы АСН с амплитудной суммарно-разностной обработкой

Пусть в пределах ДНА находится только один передатчик помех, излучающий сигнал

,

где - амплитуда и фаза, меняющиеся по случайному закону.

В АСН используется разностный метод создания равносигнального направления (РСН).

При пеленгации цели в одной плоскости РСН соответствует пересечение двух диаграмм, максимумы которых разнесены на друг относительно друга н

а 2ц₀ =ц_05,

где ц_0.5 - ширина лепестка ДН по половинной мощности (рис. 45).

Суммарный и разностный сигналы определяются выражениями:

, ,

где

,

.

Для суммарного и разностного сигналов получим

,

,

где - нечетная функция Дц, - четная.



Рис. 45. Положение нормированных диаграмм направленности антенн моноимпульсных пеленгаторов

Если РСН совпадает с направлением на цель (=0), то =0. Если цель переместить вниз от РСН, то знак выражения в скобках меняется с плюса на минус, т.к.

.

Таким образом, является нечетной функцией , аналогично рассуждая, получим, что - четная функция.

При переходе цели через РСН происходит скачок фазы разностного сигнала на ?. Отсюда следует вывод, раскрывающий принцип разностного метода пеленгования целей рассматриваемым устройством: разностный сигнал несет информацию об угловой координате цели относительно РСН. При этом величина отклонения отображается в нем амплитудой, а направление - фазой высокочастотного заполнения. Если цель находится выше РСН, то фазы u_У(t) и u_Д(t) совпадают, если ниже РСН - они противоположны.

В смесителях См₁ и См₂ сигналы u_У(t) и u_Д(t) умножаются на сигнал общего гетеродина. Следовательно, фазовые соотношения между ними не нарушаются. Спектры этих радиосигналов переносятся по шкале частот с несущей (щ₀) на промежуточную частоту (щ_пр).

Устройство автоматической регулировки усиления (АРУ) необходимо для исключения влияния изменений мощности принимаемых сигналов во времени на выходное напряжение пеленгатора u_пу. Это напряжение должно зависеть только от угла рассогласования Дц.

АРУ регулирует коэффициент усиления k_УПЧ УПЧ в соответствии с законом, показанным на рис. 64. Если амплитуда напряжения на входе растет, то k_УПЧ падает. Амплитуда сигнала на выходе УПЧ остается при этом примерно постоянной.

Рис. 46. Регулировочная характеристика устройства АРУ приемников

Можно показать, что коэффициенты усиления УПЧ, охваченных обратной связью, определяются выражением

где - коэффициент усиления УПЧ без АРУ (рис. 47,а); м - коэффициент усиления устройства АРУ (рис. 47,б); - амплитуда сигнала на входе УПЧ.

а

б

Рис. 47. Пеленгационные характеристики системы АСН без учета АРУ (а) и с учетом АРУ (б)

Так как устройство АРУ работает по сигналу суммарного канала, амплитуды выходных сигналов УПЧ

.

В рабочем диапазоне амплитуд выполняется , тогда

.

После УПЧ сигналы u'_У(t) и u'_Д(t) претерпевают ряд преобразований, и прежде всего подвергаются селекции по тому или иному параметру, например, по положению на временной оси (селекция по дальности) или по частоте Доплера (селекция по скорости).

Нужно заметить, что реализация моноимпульсных пеленгаторов по структурной схеме, приведенной на рис. 44, практически невозможна из-за трудностей, связанных с необходимостью обеспечения идентичности и стабильности во времени фазовых характеристик УПЧ₁ и УПЧ Если между сигналами uЧ_У(t) и uЧ_Д(t) при прохождении через эти усилители возникает дополнительная разность фаз Дц_п?р/2 , то работоспособность системы АСН будет полностью нарушена.

В связи с этим реально используют приемные каналы с одним УПЧ. В импульсных РЛС сигналы u_У(t) и u_Д(t) сначала смещают по времени (это системы с временным разделением) путем задержки одного из них, например, u_У(t) на некоторое время, а затем снова совмещают по времени за счет задержки u_Д(t) на то же время такой же линией задержки.

В РЛС с непрерывными сигналами применяют иные методы сведения и разделения сигналов на входе и выходе УПЧ. Но эти операции не влияют на оценку возможности создания помех.

Сигналы uЧ_У(t) и uЧ_Д(t) поступают на фазовый детектор (ФД) с коэффициентом передачи k_фд.

Здесь эти сигналы перемножаются и усредняются. На выходе ФД выделяется сигнал

.

Если фазовые характеристики каналов усиления u_У(t) и u_Д(t) идентичны , то

.

Полученное напряжение направляется к усилителю постоянного тока (УПТ).

Условия эффективности создания рассматриваемых помех требуют, чтобы воздействие помех приводило к нарушению селекции. Из последнего выражения следуют два вывода.

1. Если входной сигнал промодулирован по амплитуде, например, пеленгуется передатчик АМШП, то быстродействующая АРУ демодулирует его и пеленгование будет осуществляться без ошибок, обусловленных амплитудной модуляцией сигнала.

Если входной сигнал промодулирован по частоте или фазе, то в результате вычитания текущих фаз сигналов ш_У(t) и ш_Д(t) в ФД эта модуляция будет устранена. Следовательно, передатчики ЧМШП и ФМШП будут пеленговаться без ошибки.

Обобщая эти выводы, можно сказать, что с помощью одного передатчика (из одной точки) принципиально невозможно создать помехи каналу АСН с моноимпульсным пеленгатором. Исключение составляют кроссполяризационные помехи (которые будут рассмотрены ниже).

В реальных условиях меняется во времени не более, чем в 1,25…1,5 раза. При этом динамический диапазон АРУ может составлять 60…100 дБ, тогда как УБЛ составляет -30…-50 дБ относительно уровня главного лепестка. Поэтому под каким бы углом Дц относительно РСН не наблюдалась бы цель, ее сигнал превышает чувствительность приемника, последнее выражение оказывается справедливым. Так как изменение не связано с абсолютным значением , а формируется как отношение их разности к сумме, то практически не зависят от того, в каком лепестке диаграммы направленности (ДН) находится цель - постановщик помех. Важно, чтобы мощность помехи превышала чувствительность РЛС.

ДН аппроксимируется функцией

.

Наличие боковых лепестков предполагает возможность неоднозначного измерения угла Дц и сопровождение цели-постановщика помех (см. рис. 47).

Все меняется, если в угле зрения находятся два постановщика помех, разнесенных в пространстве на угол ц_1,2 (рис. 48) [4]. Допустим, что мощности сигналов обоих источников равны. В этом случае выходное напряжение пеленгатора

обращается в нуль, когда равно по величине и обратно по знаку. Отсюда следует, что РСН будет направлено по медиане между направлениями на цели.

Рис. 48. К созданию некогерентных помех из двух точек пространства

Естественно, что при разных мощностях источников помех это равенство углов нарушится в пользу более мощного источника. В связи с тем, что приемник с АРУ является нелинейным устройством, решение задачи об определении ориентации РСН при действии двух не равных по мощности источников сигнала весьма сложно. В первом приближении можно считать, что угол ц_1,2 будет разделен РСН на две части - Дц' и Дц", как это показано на рис. 48, в соотношении

.

Таким образом, при создании некогерентных помех из двух точек пространства (при условии нарушения работы автоселектора) АСН работает с ошибкой, поскольку РСН сопровождает энергетический центр базы этих источников. Некогерентные помехи из двух точек (как и другие помехи из нескольких точек) увеличивают промах ракеты за счет того, что РСН РЛС ориентировано в направлении между целями.

Целесообразность применения некогерентных помех из двух точек также обусловлена тем, что с их помощью одновременно производят и срыв слежения по дальности (или скорости). Отношение Р₂/Р₁ при сопровождении парной цели непрерывно изменяется во времени за счет амплитудных флюктуаций отраженных сигналов. Ориентация РСН между целями также изменяется. Вследствие этого появляется ошибка в измерении угловой скорости . Определение упрежденного положения парной цели становится практически невозможным.

6.3 Мерцающие помехи системам АСН

Мерцающими называют помехи, создаваемые системам АСН двумя и более передатчиками, разнесенными в пространстве и работающими в прерывистом режиме (рис. 49,а).

Если передатчики работают последовательно в соответствии с графиком рис. 49,б, то мерцающие помехи называются синхронными. Если же процессы включения и выключения передатчиков осуществляются независимо, помехи называются асинхронными.

Для создания мерцающих помех могут использоваться шумовые сигналы, нарушающие работу системы селекции полезных сигналов по дальности или скорости (АСД и АСС). В простейшем случае передатчики мерцающих помех могут представлять собой ретрансляторы сигналов РЛС, работающие в прерывистом режиме. Синхронные и асинхронные помехи по эффективности примерно одинаковы. В то же время создание синхронных помех требует наличия линии связи между постановщиками помех. Поэтому предпочтение должно быть отдано асинхронным помехам.

а

б

Рис. 49. К созданию мерцающих помех

Анализ синхронных помех является более простым. В связи с этим рассмотрим именно этот вид помех.

Пусть в угле зрения ДНА РЛС находятся два постановщика помех - ПП₁ и ПП₂, создающие мерцающие помехи (рис. 49,а, б). Мощности передатчиков помех в данном случае роли не играют. Необходимо только выполнить условия:

,

где k_П - коэффициент подавления для используемого вида помехового сигнала. РЛС наблюдает источники, разнесенные на угол

_,

изменяющийся по закону, приведенному на рис. 50, а.

Период мерцания Т_М выбирается таким, чтобы система АСН за время Дt=T_M/2 успевала перейти с сопровождения одного источника на сопровождение другого. Очевидно, что это условие будет выполняться, если частота мерцаний

F_M= 1/T_M

находится в пределах полосы пропускания системы АСН, как это показано на рис. 50,б. Полоса пропускания системы АСН ДF_АСН у РЛС составляет 0,25…1,5 Гц, а у головок самонаведения - 1…3 Гц.

а б

Рис. 50. К созданию двухточечных мерцающих помех: а - входной угол системы АСН; б - АХЧ системы АСН

Если частота F_M > ДF_АСН ("быстрые" мерцания), то этот вид помех становится эквивалентным некогерентным помехам из двух точек. Разница состоит лишь в том, что из-за выравнивающего действия АРУ нет необходимости выполнять условие Р₁ = Р

Функция ?_1,2(t) является нестационарной. Вследствие этого спектр ее будет сплошным. Входным воздействием системы АСН является лишь первая гармоника ?_1,2(t) - остальные не попадают в полосу пропускания ДF_АСН системы АСН.

Если частота мерцаний F_M выбрана в пределах полосы пропускания системы АСН (F_M ? ДF_АСН), то динамической ошибкой слежения за источниками помех можно пренебречь.

Рассмотрим воздействие мерцающих помех на систему самонаведения ракет (рис. 51) [4]. передатчик радиопомеха модуляция электромагнитный

Привод рулей ракеты имеет существенно меньшую инерцию (более широкополосен), чем система АСН. Очень быстро (до (40…50)°/с) изменяется и угол атаки ракеты. Поэтому можно считать, что система управления практически без инерции воспроизводит нормальное ускорение, задаваемое угловой скоростью линии визирования. Так что ракета будет совершать примерно синусоидальный маневр в плоскости постановщиков помех. На некоторой дальности ракета начнет маневрировать, упреждая фиктивный, имитированный помехой маневр цели.

Но главный эффект воздействия мерцающих помех проявляется не в этом. Так как весь полет ракеты происходит с максимальными углами атаки, то коэффициент ее лобового сопротивления резко возрастет (рис. 51). Скорость полета будет быстро падать, и, не достигнув цели, ракета самоликвидируется. Можно убедиться, что при подавлении мерцающими помехами и других видов оружия ПВО поражение постановщиков помех практически исключено.

Рис. 51. Поведение самонавонаводящейся ракеты при наведении на пару постановщиков синхронных мерцающих помех

Преимущество мерцающих помех по сравнению с некогерентными из двух точек состоит также в том, что поочередная работа передатчиков в 2…3 раза увеличивает угол разрешения источников, достигая значений ?_рм= =(1,44…2,5)?₀= (0,7…1,25)ц_0,5. Если же используются достаточно мощные передатчики помех, то разрешение может вообще не наступить из-за влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны РЛС.

6.4 Кроссполяризационные радиоэлектронные помехи системам АСН

Кроссполяризационной помехой [4] называют радиосигнал, повторяющий полезный по времени и спектральным характеристикам, но имеющий поляризацию, ортогональную к поляризации сигналов подавляемой РЛС.

В простейшем случае этот вид помех создается методом ретрансляции сигнала подавляемой РЛС с поворотом плоскости поляризации на 90° (рис. 52).



Рис. 52 Структурная схема станции кроссполяризационных помех

Здесь через обозначены мгновенные значения векторов потока мощности (Пойтинга), магнитной и электрической составляющих поля соответственно. Создание данных помех возможно потому, что все линейно-поляризованные антенны наряду с сигналами на основной поляризации принимают, хотя и с большим ослаблением (от 10 до 20, а при принятии специальных мер и до 30…40 дБ), сигналы с ортогональной поляризацией (кроссполяризацией). Это связано с особенностями распределения токов, наводимых полем в элементах антенны, появлением у этих токов составляющих, ортогональных вектору поля, облучающего антенну.

Например, у зеркальных антенн магнитная составляющая поля помехи вызовет на поверхности зеркала появление поверхностных токов, текущих по криволинейным траекториям (рис. 53,б). Поскольку само зеркало имеет кривизну, наведенные в двух соседних точках токи не синфазны. Поверхностный ток в любой точке зеркала можно разложить на горизонтальную J_x и вертикальную J_y составляющие. Если фронт волны совпадает со срезом зеркала и последнее симметрично, то в левой и правой его половинах можно найти две точки, в которых горизонтальные составляющие тока J_x противоположны по направлению и вызванные ими поля будут взаимно компенсироваться. Таким образом, поле горизонтальных составляющих тока в сумме равно нулю. Следовательно, диаграмма направленности такой антенны на ортогональной поляризации имеет нуль, если фронт волны совпадает с плоскостью раскрыва антенны, т.е. поле помехи вертикальной поляризации не принимается антенной с горизонтальным вибратором - облучателем.

а б

Рис. 53. Кроссполяризационные помехи системам АСН:

а - ориентации фронта ЭМВ и зеркала антенны; б - наведенные токи

Прием вертикально поляризованной электромагнитной волны будет возможен только в том случае, когда поверхностные токи будут иметь нескомпенсированную горизонтальную составляющую.

Положение меняется, если источник излучения отклонится в произвольной плоскости, не совпадающей с осями х и у. За счет запаздывания (фазового сдвига токов в секторах зеркала) компенсации поля в окрестностях облучателя нет, т. е. Уi_у?0, антенна принимает сигналы и с ортогональной поляризацией.

ДНА при приеме кроссполяризованного поля не совпадает с ДНА по основной поляризации. Амплитудная диаграмма зеркальной антенны при приеме кроссполяризованного поля вместо одного имеет четыре максимума, совпадающих с плоскостями, проходящими через оси, повернутые на 45° относительно осей х и у. Примерный вид сечения диаграмм направленности [29] плоскостью, нормальной к раскрыву антенны и проходящей через ось з, повернутую на 45° относительно осей х и у, показан на рис. 54,а,б,в.

Типичные схемы расположения лепестков ДН антенны амплитудной суммарно-разносной моноимпульсной системы показаны на рис. 55.

Рис. 54. Кроссполяризационные помехи системам АСН:

а,б,в - ДН на основной и кроссполяризационной составляющих поля,

г - формы пеленгационных характеристик

а б в

Рис. 55. Типичные схемы расположения лепестков ДН антенны на согласованной и кроссполяризации: а - суммарной; б - разностной азимутальной; в - разностной угломестной



С изменением ДНА меняется и пеленгационная характеристика системы АСН. На рис. 54,б приведены характеристики для основной поляризации и кроссполяризации. Видно, что при приеме кроссполяризованного поля пеленгационная характеристика терпит разрыв, что соответствует полному нарушению работы следящей системы.

Рассматриваемый вид радиоэлектронных помех одинаково эффективен для подавления моноимпульсных систем АСН и систем АСН со сканированием ДНА.

Реализация таких помех связана с решением сложной технической задачи - весьма точным выдерживанием ортогонального положения плоскости поляризации помехи относительно плоскости основной поляризации антенны подавляемой РЛС. В самом деле, допустим, что поворот плоскости поляризации помехи осуществлен с ошибкой Дг (рис. 56). Составляющая поля Е_С'=Е_П sinДг теперь будет выполнять роль полезного, а Е_П'=E_П cosДг помехового сигнала.

Рис. 56. К расчету энергетических соотношений при создании кроссмодуляционной помехи

Отношение помеха/сигнал по мощности на выходе антенны

,

где b - ослабление в антенне мощности кроссполяризованного поля.

Пусть Дг<<l, a k=k_П. Тогда должно удовлетворяться условие



.

При b = 1/1000 (-30 дБ), k_П =1, Дг_доп=1,8°.

Если учесть, что наряду с помехой на вход антенны РЛС поступает и полезный, отраженный от цели сигнал, то станет очевидным, что Дг_доп окажется еще меньшим.

Таким образом, для того чтобы кроссполяризационная помеха была эффективна, необходимо обеспечить весьма точный поворот плоскости поляризации помехового сигнала относительно плоскости поляризации сигнала подавляемой РЛС и иметь передатчик помех большой мощности.

6.5 Когерентные радиоэлектронные помехи системам АСН из двух точек пространства

Когерентные двухточечные радиоэлектронные помехи представляют собой сигналы, полностью аналогичные сигналам подавляемой РЛС (РГС), излучаемые двумя разнесенными на базу L<<л антеннами [4]. Эти помехи хотя и относятся к двухточечным, однако их можно реализовать на одном постановщике помех. Для этого (рис. 57) на постановщике помех устанавливают три антенны: одну приемную - А₂ и две передающие - А₁ и А₃, расположенные, например, на концах крыльев самолета и разнесенные на расстояние (базу) L. Станция помех работает следующим образом. Сигнал подавляемой РЛС, установленной в точке О, принимается антенной А₂, усиливается в усилителе У и излучается антеннами А₁ и А₃.



Рис. 57. Геометрические соотношения при создании когерентных помех из двух точек пространства

Сигналы, излучаемые антеннами A₁ и А₃, имеют равные напряженности поля. Найдем поле в точке О, находящейся на расстоянии D₂ от А

Если принять, что поля в раскрывах антенн А₁ и A₃

,

то в точке О эти поля запишутся в виде

, ,

где ф₁=D₁/с; ф₃=D₃/с - запаздывания сигналов, равные времени распространения сигналов e₁(t) и e₃(t). Фазовые набеги волн ш₁=щ₀ф₁ и ш₃=щ₀ф₃ в общем случае не равны. При D_1,3>>L в любой точке на окружности с центром в А₂ электрическая составляющая поля будет равна сумме

.



Полученное уравнение есть уравнение интерференции двух когерентных полей.

Вычислим характеристику направленности:

ш₁=щ₀ф₁=kD₁ и ш₃=щ₀ф₃= kD₃, ш₃ -ш₁=k(D₃ -D₁) =kLsin,

.

Очевидно, что амплитуда результирующего поля интерференции колеблется в пределах от

Е_{т тах} = 2Е_т0

до Е_{т тin}= 0. При этом фаза результирующего поля при переходе через нуль совершает скачок на р. Диаграмму двух когерентных, равной мощности источников, разнесенных на L>>л, можно представить в виде, показанном на рис. 58.

Положение первых нулей ДН соответствует углу ₀:

.

Откуда при малых L:

и

или

.

Приняв л=3 см, L = 30 м, получим ц_0,5?0,057°.

Представим далее, что антенна подавляемой РЛС занимает положение, симметричное относительно двух лепестков диаграммы F_п(ц). Очевидно, что сигнал на выходе антенны будет равен нулю, так как сигналы верхнего и нижнего относительно антенны лепестков противофазны и компенсируют друг друга.

Достоинством когерентных помех из двух точек является их универсальность. Они одинаково эффективны для подавления как АСН с моноимпульсными пеленгаторами, так и АСН с коническим сканированием луча.

аб

Рис. 58. Диаграмма направленности двух разнесенных на базу когерентных источников

6.6 Особенности подавления систем АСН многоцелевых РЛС

Развитие способов быстрого сканирования ДНА в пространстве позволило создать многоцелевые РЛС, которые могут практически одновременно сопровождать несколько целей по дальности, скорости и направлению. Прежде всего, это относится к РЛС с фазированными антенными решетками (ФАР). В них путем изменения фазовых соотношений сигналов излучателей можно за весьма короткое время порядка нескольких микросекунд сориентировать ДНА в направлении на любую точку в пространстве обзора. Последовательно направляя ДНА с одной цели на другую и удерживая ее в этом направлении любое, наперед заданное время, измеряют координаты цели, на которую направлена в данный момент диаграмма. Затем диаграмма направляется на другую цель и т. д. Число таких целей может достигать нескольких десятков. Естественно, что такой прерывистый режим работы РЛС отражается и на ее оценке как объекта РЭП [30].

Особенность РЛС (как объекта РЭП) состоит в том, что цель в каждом цикле измерений облучается конечное время, то есть все системы АСЦ работают в дискретном режиме [4]. Между циклами облучения цели ее координаты изменяются. Поэтому наряду с автосопровождением в обычном понимании этого процесса в системе АСЦ предусматривается экстраполяция (предсказание) изменения измеряемой координаты во времени с использованием информации о ее значениях, полученных в предыдущих циклах измерений. Дискретный характер облучения каждой цели уменьшает энергию полезного сигнала, накапливаемую системой АСН, и тем самым снижает ее помехоустойчивость. В самом деле, для облучения каждой из N_ц, целей отводится время T_обл ? T_обз / N_ц, где T_обз - время, отводимое на облучение всех N_ц сопровождаемых целей, т. е. интервал дискретности работы каналов АСЦ.

Выбор T_обз ограничен как сверху, так и снизу. Ограничение сверху диктуется необходимостью не допустить за время T_обз ухода цели из ДНА, а снизу - временем установления процессов в каналах сопровождения каждой из целей.

При определении T_обл каждой из N_ц целей следует учитывать, что канал АСН работает по сигналу, отселектированному по дальности или частоте Доплера. Процесс установления сигналов в автоселекторах по дальности и скорости также требует определенного времени. Если, например, РЛС является когерентной импульсной с селекцией цели по частоте Доплера, то система АСН начинает функционировать (накапливать энергию сигнала) только после установления колебаний в соответствующем узкополосном (доплеровском) фильтре системы АСС. Минимальное время накопления сигнала составляет несколько десятых долей секунды.

Особенностью дискретно работающих каналов АСН РЛС с ФАР является неподвижность последней. В каналах АСН одноцелевых РЛС с подвижными антеннами угловая скорость визирования цели измеряется датчиками угловой скорости (ДУС), устанавливаемыми на зеркале антенны. При использовании ФАР это невозможно, определяется путем дискретного дифференцирования измеренных значений угловых координат. В простейшем случае за оценку угловой скорости принимается величина

,

где ц_i+1 и ц_i - значения угловых координат цели, полученные в i+1 и i-м циклах облучения цели соответственно. Конечно, при определении могут учитываться данные об угловых координатах, полученные и в предшествующие i-1; i-2, ... циклы облучения, т.е. сигнал угловой скорости может формироваться как результат ее экстраполяции за несколько циклов облучения.

Характерной особенностью РЛС с ФАР является совмещение в них режимов обзора и автосопровождения. Поэтому такие РЛС принято называть многофункциональными. Совмещение указанных режимов может быть реализовано различными способами.

Простейшим из них является способ сопровождения [4], суть которого иллюстрируется рис. 59. ДНА сканирует с постоянной скоростью Щ_ск во всем секторе углов обзора Ф по азимуту и углу места, осуществляя, например, построчный обзор пространства. Если в пределах ДНА имеются цели (Ц₁ и Ц₂), то на выходе приемника образуются пачки импульсов, огибающие которых (рис. 59,б) повторяют форму ДНА. Задача измерения угловой координаты, выбранной для сопровождения цели (целей), сводится к измерению временных интервалов Т₁ и Т₂ от начала движения ДНА из крайнего положения (начало координат) до направления, соответствующего направлению на цель (центр пачки отраженных импульсов).

а б

Рис. 59. К пояснению работы системы АСН со сканирующим лучом

Но этот способ имеет ряд недостатков. По своей сути он является амплитудным. Поэтому системе АСН, использующей этот способ, могут быть созданы помехи из одной точки пространства путем модуляции помехового сигнала по амплитуде. Очевидно, что за счет воздействия AM помехового сигнала форма пачки импульсов будет искажаться. Вследствие этого определение центра пачки импульсов, а, следовательно, и определение направления на цель будут производиться с ошибкой. Второй недостаток способа состоит в том, что сканирование должно осуществляться достаточно медленно, так как для точного измерения координаты необходимо накопить достаточно большую энергию. Кроме того, реализация сканирования ДНА в двух плоскостях является довольно сложной.

В то же время ФАР предоставляет возможность весьма быстро менять положение ДНА, направляя ее в любую точку в пределах углов обзора по заданной программе в обеих плоскостях. Поэтому для рассматриваемых РЛС характерен иной режим работы. На первом этапе обзор пространства осуществляется обычным построчным (или иным) обзором однолепестковой ДНА, в формировании которой участвуют все элементы ФАР. В этом режиме угловые координаты определяются грубо по максимуму амплитуды сигнала на выходе селектора целей и по скорости для данной дальности. Далее по результатам обзора пространства и данным целеуказания цели, подлежащие уничтожению, берутся на автосопровождение. Для этого ДНА ФАР направляется поочередно на выбранные для сопровождения цели и удерживается в направлении каждой из них заданное время.

В промежутках между облучениями ФАР проводит обычное сканирование, обеспечивая тем самым получение информации о воздушной обстановке.

Современные РЛС используют моноимпульсные пеленгаторы с суммарно-разностной обработкой сигналов. Для реализации метода ФАР при приеме сигналов в каждой из плоскостей пеленгации делится на две равные части. Каждая из таких половин путем суммирования сигналов вошедших в нее облучателей формирует свою диаграмму. При этом фазовые соотношения в элементах подбираются так, что диаграмма одной половины смещается относительно другой на угол ц₀=ц_0,5/ Дальнейшие преобразования сигналов осуществляются так же, как и в одноцелевых РЛС АСЦ.

Так как антенна остается неподвижной, то измеренная угловая координата цели определяется как ц_ци = ц_цз + Дц_цп . Здесь ц_цз = (ц_з1 + ц_з2)/2 -положение РСН относительно нормали к плоскости ФАР, заданное фазовыми соотношениями сигналов облучателей; Дц_цп - отклонение цели относительно РСН, определенное моноимпульсным пеленгатором.

РЛС с ФАР всегда включает в свой состав ЭВМ и ряд управляемых ею процессов: сканирования, селекции целей по скорости, дальности и т.д. Естественно, что число выходных цепей пеленгаторов должно соответствовать удвоенному числу одновременно сопровождаемых целей.

ЭВМ осуществляет экстраполяцию угловых координат целей по измеренным значениям их пеленгов, вычисление их угловых скоростей, а также управляет подключением соответствующих селекторов к цепям пеленгаторов.

При использовании моноимпульсных пеленгаторов в многофункциональных РЛС создание помех из одной точки невозможно, так же как и в одноцелевых РЛС с зеркальными антеннами.

Подавление систем АСН в подобных РЛС должно осуществляться путем создания помех из нескольких точек, рассмотренных выше.

Кроме того, в РЛС с дискретным (прерывистым) облучением следует ожидать более высокой эффективности воздействия уводящих по дальности и скорости сближения помех на работу канала АСН.

6.7 Радиоэлектронные помехи системам АСД

Системы АСД, входящие в состав импульсных РЛС АСЦ, решают задачи селекции сигналов сопровождаемой цели по временному запаздыванию (дальности) и автоматического измерения дальности до цели, а при необходимости по скорости сближения с ней.

По определению [4], селекция есть выделение сигнала сопровождаемой цели из смеси сигналов и помех, поступающих на вход приемника. Для решения задачи селекции в автодальномерах используется различие во времени запаздывания

ф₃=2D_ц/с

сигналов, отраженных от целей, находящихся в угле зрения РЛС. Для селекции целей приемник РЛС открывается на короткое время ф_стр. Поэтому, если разность времен составляет Д ф₃? ф_стр, на выход приемника будет поступать сигнал одной и только одной цели.

Расстояние до цели непрерывно меняется, поэтому момент открывания (стробирования) приемника должен также изменяться по закону

ф₃(t)=2D_ц(t)/с.

Следовательно, система АСД должна сопровождать цель по ф₃ (дальности). При этом автоматически решается задача измерения дальности и скорости сближения.

Известно, что система АСН может функционировать только в том случае, когда на нее поступает сигнал одной и только одной цели. Следовательно, подавление системы АСД нарушает одновременно и работу системы АСН. Обычно в этом случае РЛС переходит в режим пеленгования источника радиопомех, определяя только направление на него.

Рассмотрим работу системы АСД некогерентной импульсной РЛС в условиях помех [4]. Структурная схема такой системы АСД приведена на рис. 60. Синхронизатор (Синхр.) одновременно запускает передатчик (Прд) и цепь управляемой временной задержки (ЦУВЗ). Отраженный сигнал через антенный переключатель поступает на вход приемника. Последний нормально закрыт и открывается только на время, равное длительности стробирующего импульса (строба) ф_стр. В режиме поиска сигнала от импульса к импульсу положение строба меняется на Дt<< ф_стр так, что приемник как бы "просматривает" интервал возможных задержек отраженного сигнала.

Для осуществления поиска на вход интегратора подается постоянное напряжение U₀, так что на ЦУВЗ поступает напряжение

u_D=U₀t.

Задержка импульса в ЦУВЗ ф₃(t) =ku_D(t). Поэтому она изменяется в процессе поиска скачками на Дt от импульса к импульсу. Задержанный таким образом импульс запускает генератор полустробов (ГПС): раннего и_р и позднего и_п. Последние представляют собой видеоимпульсы, примыкающие друг к другу и примерно равные по длительности зондирующему импульсу (рис. 61,а). Суммируясь в сумматоре У полустробы образуют строб и_стр (рис. 60).

Рис. 60. Структурная схема системы АСД

аб

Рис. 61. К пояснению работы временного различителя:

а - временные соотношения; б - дискриминационная характеристика временного различителя

С того момента, когда строб начинает совпадать с отраженными от цели сигналами, на выходе приемника в каждом цикле работы АСД появляется видеоимпульс цели и_с. Последний поступает на накопитель автомата захвата. В исходном состоянии напряжение на накопителе равно нулю. Каждый видеоимпульс вызывает приращение напряжения u_i на Дu_i. Скорость поиска (перемещения строба по шкале задержек) выбирается так, чтобы число принятых импульсов было

.



Переключение системы АСД из режима поиска в режим автосопровождения осуществляется автоматически с помощью реле захвата. Срабатывание реле происходит при достижении напряжением накопителя порога срабатывания реле U_пор. Обычно порог срабатывания выбирают так, что уже при приеме N' = N_И/2 импульсов напряжение накопителя достигает U_пор. Контакты реле захвата (РЗ) переключают в РЛС ряд цепей. Важнейшие из них показаны на рис. 60. Прежде всего контакты 2, 3 отключают от входа интегратора источник напряжения поиска U₀ и замыкают следящую систему дальномера. Кроме того, замыкаются контакты 1, и цель начинает сопровождаться по направлению.

Если по тем или иным причинам напряжение накопителя упадет ниже U_пор, то и система АСД перейдет в режим поиска.

Чтобы система АСД не теряла сопровождения цели при естественных замираниях отраженного сигнала, напряжение на накопителе после прекращения приема сигналов пропадает не сразу, а через время ф_пам = =0,2…1 с, называемое "временем памяти" дальномера. Если импульсы сигнала вновь начнут поступать на вход приемника, не выходя за пределы строба ф_стр, то автосопровождение цели восстановится.

Чувствительным элементом системы АСД является временной различитель (ВР). Выполняемые им функции поясняются рис. 61. Ранний u_р и поздний и_п полустробы в нем совпадают с импульсом сигнала и_с, вырабатывая напряжения, пропорциональные совпавшим частям импульсов (заштрихованы на рис. 61,а). Разность этих напряжений образует выходное напряжение, пропорциональное величине временного рассогласования о. Если импульс цели и_с смещается относительно линии раздела полустробов, то появляется напряжение u_вр, отображающее знак и величину возникшего рассогласования. Напряжение и_вр. интегрируется и изменяет и_вр в направлении о0 . Очевидно, что



, .

Для подавления системы АСД применяются два вида помех: маскирующие (непрерывные шумовые) и имитирующие (уводящие по дальности).

В качестве маскирующих могут использоваться все известные виды шумовых помех. Подавление системы АСД эквивалентно подавлению РЛС обзора с той лишь разницей, что коэффициент подавления для системы АСД (при прочих равных условиях) всегда будет иметь меньшие значения, чем для обзорных РЛС. Именно этим объясняется то, что у всех РЛС, работающих в режимах обзора (обнаружения), дальность действия в 1,5…2 раза больше дальности РЛС, работающей в режиме АСЦ. Из всех систем АСЦ система АСД является наименее помехозащищенной.

Шумовые помехи создаются в целях полного нарушения работы системы автосопровождения цели по дальности. Анализ воздействия таких помех чрезвычайно сложен. Коэффициент подавления системы АСД для этих помех определяется экспериментально.

Качественно срыв режима автосопровождения цели по дальности при воздействии шумовых помех можно пояснить следующим образом. При воздействии шумовых помех на выходе приемника РЛС образуются случайные по амплитуде видеоимпульсы шумов длительностью ф_стр. Напряжения на выходах накопителя и_н и временного различителя становятся при этом случайными функциями времени. Напряжение , будучи проинтегрированным, делает случайным и напряжение на выходе интегратора u_D, а вместе с тем и задержку строба ф₃.

Всегда (при любом отношении k = P_П/P_C>0) существует большая или меньшая вероятность события, состоящего в том, что строб, перемещаясь под воздействием шумов по случайному закону, займет положение, при котором полезный сигнал оказывается вне строба.

В этом случае на накопитель перестают поступать импульсы полезного сигнала, напряжение на его выходе становится случайным и в некоторый момент времени принимает значение, меньшее порогового U_nop. АСД переходит в режим поиска.

Срыву сопровождения цели способствует частичное подавление шумом полезного сигнала в амплитудном детекторе приемника и за счет действия АРУ.

При действии шумов амплитуда видеоимпульсов цели, поступающих на вход временного различителя, уменьшается, а вместе с этим уменьшается и крутизна его характеристики:

,

что и отражено на рис. 61,б. Система АСД теряет чувствительность по рассогласованию о и с ростом отношения

k = P_П/P_C

отслеживает цель все с большей динамической ошибкой. Поэтому коэффициент подавления АСД k_П зависит не только от выбора его параметров, но и от скорости сближения с целью, прикрываемой шумовыми помехами.

При поиске полезного сигнала в шумах на накопитель поступает шум и напряжение на нем в случайные моменты времени может достигать U_пор или оказываться меньше его, то есть система АСД в случайные моменты времени осуществляет ложные захваты и сбросы. Практически, если под воздействием помех произошел срыв сопровождения, то оно больше уже не восстанавливается.

Заметим, что в связи с высокой эффективностью шумовых помех все современные РЛС и РГС имеют пассивный режим сопровождения цели (источника помех) по угловым координатам. В этом режиме АСД отключается и на вход системы АСН поступают шумы с выхода приемника. Угловые координаты в этом случае могут определяться практически без дополнительных ошибок.

Помехи, уводящие систему АСД с сопровождаемой цели, имитируют ложную цель, летящую со скоростью, отличающейся от реальной скорости постановщика помех, и находящуюся на расстоянии от РЛС, на котором цели нет. Упрощенная структурная схема станции уводящих по дальности помех [4] представлена на рис. 6

Рис. 62 Структурная схема станции уводящих по дальности помех

Принятый и усиленный сигнал подавляемой РЛС поступает на амплитудный детектор (АД) и устройство кратковременного запоминания частоты (КЗЧ). Видеоимпульс с выхода АД запускает ЦУБЗ. Время задержки запускающего ЦУВЗ импульса зависит от значения управляющего напряжения u_упр. Закон изменения u_упр определяет последовательное перемещение по шкале времени ф_зи (t) формируемых в передатчике импульсов помех. В простейшем случае используют линейное возрастание ф_зи (рис. 63).

С другой стороны, принятый и усиленный сигнал подавляемой РЛС поступает на вход устройства КЗЧ, которое работает так, что на его выходе образуется непрерывное синусоидальное колебание с частотой f_п, удовлетворяющей условию |f_п-f₀ | ?Дf_прм/2, где Дf_прм - полоса пропускания приемника подавляемой РЛС.

Рис. 63. Временной график работы станции уводящих помех по дальности

Модулятор открывается только в момент появления на его управляющем входе задержанного видеоимпульса. В открытом состоянии модулятора на его выход поступает отрезок синусоидального сигнала с несущей частотой щ_п длительностью ф_и. После усиления сформированный таким образом помеховый сигнал излучается в направлении подавляемой РЛС.

Если на входе приемника РЛС отношение мощностей Р_П/Р_С?k_П, то система АСД переходит в режим сопровождения помехи. Естественно, что при этом как дальность до цели, так и скорость сближения с ней измеряются с ошибками. Ошибка измерения дальности изменяется от нуля и достигает максимального значения ф_ув? ф_стр + ф_и.

Указанные ошибки приводят к ошибкам расчета упрежденного положения цели в любой системе управления оружием ПВО.

Коэффициент подавления k_п системы АСД зависит от многих факторов: длительности импульса сигнала ф_и, скорости увода V_yв и др. Но в любом случае k_П>1. Только в этом случае сигнал рассогласования на выходе временного различителя, обусловленный действием помехи, будет преобладать над сигналом рассогласования за счет воздействия сигнала, отраженного от цели.