Разработка технических требований к системе обнаружения с использованием излучений ультракоротковолновых и телевизионных передатчиков

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

Ростовский военный институт ракетных войск.

Разработка технических требований к системе обнаружения с использованием излучений ультракоротковолновых и телевизионных передатчиков

Любочко С.Е., e-mail: selub@rambler.ru

Аннотация

Получена 15 февраля 2003 г.

На основе проведения вычислительного эксперимента были обоснованы требования к коэффициенту усиления антенны и глубине «нуля» диаграммы направленности, формируемого в направлении вещательной станции. Показано, что данные требования могут быть реализованы в настоящее время при использовании цифровых методов обработки.

антенна ультракоротковолновой телевизионный передатчик

Принципы построения системы обнаружения с использованием излучений УКВ- и ТВ- передатчиков

Система обнаружения целей с использованием излучений УКВ- и ТВ- передатчиков может быть отнесена к классу полуактивных радиолокационных систем. Обнаружение производится на основе приема электромагнитных полей, излучаемых УКВ- и ТВ- передатчиками и отражаемых этими целями. Для улучшения приема сигналов используется когерентная обработка сигналов. В качестве опорного выступает сигнал, принимаемый через вспомогательную антенну от УКВ- и ТВ- передатчика. Структурная схема такой системы приведена на рис.1.

Однако в этом случае антенна приемной РЛС будет производить прием двух одинаковых по временной структуре сигналов, приходящих с разных направлений: отраженный сигнал от цели и сигнал, принимаемый непосредственно от вещательной станции. Причем сигнал, принятый непосредственно от вещательной станции, может, если не принимать специальные меры значительно превосходить по мощности сигнал, отраженный от цели. Для того чтобы данная ситуация не имела места и обеспечивалось выделение отраженного сигнала. Необходимо формировать «нуль» ДН в направлении антенны УКВ- и ТВ-станции.

При разработке требований к антенне приемной станции возникают два наиболее важных вопроса:

- оценка требуемой глубины формирования «нуль» диаграммы направленности в направлении вещательной станции для подавления ее сигнала;

- оценка мощности сигналов, принимаемых от целей, и возможность их обнаружения современными радиоприемными системами на фоне помех.

Основные соотношения, описывающие мощность сигналов от цели и станций вещания

Мощность принимаемого сигнала от цели определяется соотношением [2]:

, (1)

где , _ мощность [Вт] и коэффициент усиления передатчика;

_ коэффициент усиления приемника;

_ значение модуля диаграммы направленности по мощности приемной антенны в направлении на цель;

_ соответственно расстояния до цели от передающей и приемной антенн [м] (геометрия задачи приведена на рис. 2);

_ длина волны [м];

_ эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели [м2].

Мощность принимаемого сигнала непосредственно от передающей станции описывается соотношением [2]:

, (2)

где _ расстояние между приемной и передающей антеннами.

Отношение мощностей сигналов, принимаемых от цели и от передающей вещательной станции, может быть вычислено по формуле

. (3)

При условии равенства расстояний

соотношение (3) упрощается и принимает вид

. (4)

На выходе приемной антенны сигнал формируется совокупностью сигнала, отраженного от цели, и сигнала, принятого от вещательной станции. При этом, учитывая малую скорость цели, следует ожидать, что оба сигнала будут практически когерентными. Для обеспечения приема сигнала, отраженного летательным аппаратом, с помощью когерентной обработки необходимо подавить сигнал, принимаемый непосредственно от вещательной станции, т.е. обеспечить условие .

На рис.3 приведена корреляционная функция сигнала приемной антенны и опорного сигнала. При этом на рисунках с индексами «а»-«д» показаны корреляционные функции при значениях параметра , равного 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и 1 соответственно. На левом поле иллюстрируется случай, когда сигнал, отраженный от цели, и сигнал, принятый от вещательной станции, принимаются в фазе, на правом поле - в противофазе.

Полученные результаты показывают, что для обнаружения цели требуется выполнение условия .

Найденное пороговое значение позволяет соотношение (4) преобразовать к виду

, (5)

из которого несложно записать выражение для вычисления значения диаграммы направленности по мощности приемной антенны в направлении на станцию вещания

. (6)

В табл.1 приведены характерные ЭПР летательных аппаратов различного класса, полученных на основе материалов журналов "Военное обозрение" и расчетных данных из [3, 4].

Таблица 1 Характерные размеры летательных аппаратов

Частоты и мощности передатчиков вещательных станций могут быть найдены из табл.2, составленной по данным Госсвязьнадзора по Ростовской области.

Таблица 2 Данные Госсвязьнадзора по характеристикам вещательных станций Ростовской области

С использованием данных табл.1 и табл.2 получены оценки средних значений ЭПР, отнесенных к длине волны передающей станции, для различных типов летательных аппаратов:

- для тяжелых самолетов _ 15…17м2;

- для транспортных самолетов _10…12м2;

- для истребителей _ 5…7м2;

- для штурмовиков _ 4…6м2.

С учетом применения технологии "Стеллс" минимальное значение ЭПР летательного объекта может составить 1,2…1,3м2 [3, 4].

Таким образом, на основе данных табл.1 и табл.2 мощность принимаемого от цели сигнала будет составлять от 0.5…5Ч10-18 Вт. С учетом чувствительности современных приемников, составляющих Вт, при полосах пропускания по промежуточной частоте от 0,2 до 6МГц, необходимое время корреляционной обработки данного сигнала для антенн с коэффициентом усиления 20дБ должно составлять порядка единиц секунд.

Оценим требуемую глубину «нуля» ДН приемной антенны в направлении вещательной станции. Данную оценку проведем на примере наихудшего случая _ при минимальных значениях ЭПР летательного аппарата. На основе соотношения (5) для значений ЭПР цели »1,2…1,3м2, расстояния между приемной антенной и целью, передающей антенной и целью, а также между приемной и передающей антеннами м, получаем

. (7)

Следовательно, глубина "нуля" диаграммы направленности (по полю) приемной антенны в направлении на станцию вещания должна иметь порядок . Для реализации формирования "нуля" такой глубины представление значений весовых коэффициентов в диаграммообразующей схеме должно проводиться с использованием 7-разрядных десятичных чисел.

Выводы

1. Решение проблемы выделения отраженных от целей сигналов на фоне непосредственного излучения теле- и радиопередатчиков достигается формированием "нуля" диаграммы направленности, реализуемого с использованием современных процессоров обработки сигналов.

2. Полученные оценки уровня отраженного сигнала и чувствительность современных радиоприемных систем с учетом корреляционной обработки сигнала показывают возможность обнаружения воздушных целей на основе использования сигналов теле- и радиопередатчиков в течение единиц секунд.

3. Антенна приемной станции для обнаружения сигналов от целей, находящихся на расстояниях 50…100км, должна иметь КУ порядка 20дБ и обеспечивать формирование «нуля» ДН в направлении на вещательную станцию порядка -120дБ.

Список литературы

1. Финкельштейн М.Н. Основы радиолокации. _ М.: Сов. радио, 1973. _ 496 с.

2. Штагер Е.А. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы. _ М.: Радио и связь, 1986. _ 184 с.

3. Стайнберг Б.Д., Карлсон Д.Л., Ву Сэн Ли. Экспериментальное определение ЭПО отдельных отражательных частей самолета // ТИИЭР. 1989. _ Т.77. _ №5. _ С.35-43.

Размещено на Allbest.ru