Военное вмешательство в политические конфликты

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время наблюдается обострение в международных отношениях между различными государствами. Военные действия в Ираке и Югославии показали, что разрешение политических конфликтов не всегда можно решить без военного вмешательства.

Как показывает опыт локальных конфликтов последних лет, противоборствующие стороны максимально использовали все виды ВС и родов войск. Наряду с этим отмечается резкая активизация военных действий в воздушном пространстве, в которых принимали активные действия ВВС. Однако успешное решение боевых задач на современном этапе ставится в прямую зависимость от результатов действий авиации. В качестве примера можно рассмотреть войну на Балканах.

Главное командование объединенными ВС НАТО в оперативном плане агрессии (операция "Решительная сила") против Югославии, опираясь на опыт "Бури в пустыне", основную ставку сделало на наступление с воздуха силами ВВС в тесном взаимодействии с ударами с моря высокоточными крылатыми ракетами морского базирования (КРМБ) "Томагавк".

Таким образом, для организации плана агрессии главное командование НАТО создало авиационную группировку, основу которой составили самолеты ВВС и ВМС США- F-15 и F-16, А-10А, F-117А и В-2А, палубные самолеты; В-52Н, В-2А. Кроме самолетов ВВС США, в состав АГ были включены самолеты Франции ("Мираж-2000" и "Ягуар"), Италии ("Торнадо"), Германии ("Торнадо"), Бельгии, Дании, Норвегии (F-16). ВВС Югославии к началу агрессии НАТО имели 238 боевых самолетов и 56 боевых вертолетов. В том числе 16 МиГ-29, 82 МиГ-21, 50 истребителей югославского производства "Галеб" и двадцать пять "Супер-Галеб", 40 истребителей-бомбардировщиков "Орао2" румынского производства. Согласно расчетам (с учетом коэффициента боеготовности самолетов ВС НАТО и ВВС Югославии), количественное соотношение сил авиационных группировок сторон к началу конфликта было порядка 2:1, а качественное - 5:1 в пользу НАТО.

Не вызывает сомнения, что ВВС есть и будут одним из важнейших элементов, обеспечивающих национальную безопасность России. Основой ВВС и сегодня, и в будущем останется фронтовая авиация (ФА). Роль самолётов ФА возрастает, прежде всего, в связи с региональной нестабильностью, обусловленной разрушением двухполярной мировой системы.

Региональные угрозы России на южных границах остаются пока весьма реальными. В настоящее время ФА оснащена в основном боевыми самолетами четвертого поколения - фронтовыми бомбардировщиками Су-24М, штурмовиками Су-25, а также фронтовыми истребителями Су-27 и МиГ-29. ПВО территории страны обеспечивают тяжелые истребители-перехватчики МиГ-31. Парк самолетов ФА наиболее многочислен. Поэтому в качестве стратегического направления развития этого вида авиации выбрана модернизация.

Главный акцент будет сделан на совершенствовании бортового оборудования и вооружения, которые сегодня являются ключом к решению проблемы повышения эффективности боевого применения авиации. К модернизируемым боевым самолётам предъявляются новые требования. Прежде всего, это существенное увеличение боевого радиуса действия при увеличенной массе боевой нагрузки. Кроме того, тактический самолет 21-го века должен одинаково успешно выполнять и истребительные, и ударные задачи, и даже, более того, быть способным выполнять эти задачи одновременно.

Многофункциональность применения является одним из основных приемов удешевления боевых действий. Она дает возможность использовать один самолет и один экипаж для решения большего количества боевых задач. А это требует оснащения самолета обзорно-прицельными системами качественно нового уровня, в частности, радиолокационными станциями (РЛС) нового поколения с активной фазированной антенной решеткой (АФАР).

Такие РЛС могут одновременно работать в нескольких режимах, соответствующих выполнению самолетом различных боевых задач.

1. Анализ характеристик отечественных и зарубежных бортовых радиолокационных систем

В нашей стране в основу создания семейства авиационных РЛС 4-го поколения были положены принципы унификации с базовой РЛС Н010Э, разработанной в 80-х годах и прошедшей серийное освоение. По многофункциональности, боевой и эксплуатационной эффективности эта РЛС находится на уровне лучших зарубежных систем (AN/APG-65, AN/APG-68 самолетов F-18C и F-16C), а по ряду показателей, например, таких как отношение выходной мощности к массе передатчика, размеры зоны обнаружения по азимуту и углам места, возможность использования высокой частоты повторения с дальнометрией на всех этапах атаки, способность управлять эффективным авиационным оружием, - превосходит лучшие мировые образцы [7].

Такая базовая РЛС имеет в своем составе следующие функциональные элементы, объединяемые в унифицированную структурную схему: современную антенную систему, задающий генератор (ЗГ) с набором сигналов, оптимальных для каждого режима работы РЛС и обеспечивающих наилучшее соотношение сигнал-помеха; широкополосный усилитель мощности, обеспечивающий усиление сигналов, формируемых ЗГ; СВЧ-приемник, обеспечивающий оптимальный приём и обработку сигналов, принятых антенной системой; АЦП с высокой разрядностью и полосой частот; процессор сигналов с большим быстродействием и процессор данных.

По заявлению представителя научно-исследовательской лаборатории ВВС США с 2006 г. начинается оснащение существующих летательных аппаратов демонстрационной многофункциональной системой, работающей в одном диапазоне частот и состоящей из РЛС с режимами синтезированной апертуры, селекции движущихся наземных целей, обнаружения воздушных целей и радиоэлектронного противодействия. Эта система должна будет объединить данные от различных носителей и адаптировать управление датчиками обнаружения для выполнения таких сложных задач, как поиск и обнаружение трудноидентифицируемых замаскированных, скрытнорасположенных и ложных целей. Сообщается, что эта система будет многопозиционной - подсветка целей для других приемных устройств и прием отраженных сигналов от других РЛС с использованием космических средств, а также площадных и индивидуальных автоматических наземных разведывательно-сигнализационных датчиков. Радиочастотные датчики обнаружения будут включать РЛС и средства РЭП, встроенные в конструкцию планера ЛА. РЛС будет работать в режимах селекции движущихся наземных целей, обнаружения воздушных целей, синтезирования апертуры, в том числе для обнаружения целей сквозь листву деревьев. При этом РЛС должны работать во всем диапазоне частот и в однопозиционном или бистатическом режимах. Использование многопозиционного или бистатического режимов позволит станции работать в пассивном режиме.

Ведущее российское предприятие по производству бортовых авиационных РЛС НИИ "Фазатрон" разработало пакет программ модернизации, которые повысят боевые возможности самолетов и снизят стоимость их обслуживания. Предприятие предлагает эти программы для ВВС России и других стран. Принимая во внимание, что ограниченный бюджет заставил российские ВВС отложить закупку новых РЛС с фазированной антенной решеткой, НИИ "Фазатрон" предложил модифицировать РЛС, используемые на истребителях МиГ-29 и Су-27. Предприятие называет свой комплекс программ модернизации "1,5", поскольку его осуществление обойдется в 1,5 раза дешевле, чем установка новых РЛС, сообщил генеральный директор НИИ "Фазатрон". Модернизация, предлагаемая НИИ "Фазатрон" состоит в замене самых старых или самых ненадежных компонентов БРЭО истребителей, таких как высоко- и низкочастотных радиоприемников, синхронизаторов и преобразователей информации и сигналов. Кроме того, будет производиться замена бортовых компьютеров на более мощные ЭВМ. Например, этот пакет программ может использоваться для модернизации РЛС Н-019, также разработанной для МиГ-29 НИИ "Фазатрон". Предприятие уже модернизировало один комплект Н-019. Модернизированная система Н-019 позволяет производить картографирование земной поверхности в режиме синтезированной апертуры с разрешением 3 м, то есть позволяет обнаруживать предметы размером до 3 м и более и поражать наземные цели[9]. Кроме того, дальность обнаружения воздушных целей у модернизированной РЛС составляет 70-100 км. Срок службы модернизированных систем Н-019 составит 20 лет, что на 40% больше, чем для базовой РЛС, а стоимость ее обслуживания снизится в три раза. Однако чтобы истребитель с модернизированной РЛС смог наносить удары по наземным целям, его система управления огнем также должна пройти модернизацию, а модифицированная РЛС должна быть интегрирована с системой ракет класса "воздух-поверхность". Что касается истребителя Су-27, его РЛС Н-001 может быть модернизирована по тому же типу.

Корпорацией “Фазотрон-НИИР” за последние 15 лет разработаны девять РЛС, пять из которых сданы заказчику: “Жук” для самолета МиГ-29М; “Жук-811” для самолета Р8П (КНР); “Копье-21” для самолета МиГ-21 БИС (Индия); “Жемчуг” (КНР); “Жук-М” для самолета МИГ-29 СМТ; “Жук-МС” для самолета Су-30 МКИЗ; “Сокол” для самолета Су-27КУБ; “Арбалет”; “Альба-М”[12].

Радиолокационная система “Копье” предназначена для модернизации оборудования МиГ-21. Эта БРЛС может устанавливаться под фюзеляжем истребителя и обнаруживать до 8 целей на расстоянии до 57 км. "Фазатрон" предлагает установить также БРЛС "Копье" на Су-25 российских ВВС.

Передатчик (средняя мощность Р_ср= 1 кВт), источник вторичного питания, блок сопряжения с оружием и межблочный интерфейс аналогичны соответствующим элементам Н010Э, антенна аналогична щелевой решетке Н010Э уменьшенного диаметра (Д= 500 мм) с двухстепенным приводом вместо трехстепенного. Масса РЛС 102 кг, потенциальная дальность обнаружения (в свободном пространстве в передней полусфере) составляет 58 км ( = Зм²). В этой РЛС впервые реализован метод измерения дальности и обзора (при высокой частоте повторения), основанный на вобуляции частоты повторения и исключающий аппаратурную реализацию устройства линейной частотной модуляции на несущей частоте. По многофункциональности, дальности действия, надежности, способности управлять высокоэффективным авиационным оружием РЛС “Копье” находится на уровне современной американской РЛС AN/APG-68 и существенно превосходит AN/APG-66.

Радиолокационная система “Москит” является дальнейшим развитием РЛС “Копье” для легких и сверхлегких самолётов истребителей в направлении интеграции блоков при сохранении преемственности технологического и алгоритмического обеспечения. Она состоит из пяти интегрированных блоков: антенны (Д = 350 мм) с приводом, передатчика с воздушным охлаждением (Р_ср⁼ 0,6 кВт), объединенного СВЧ-приёмника и ЗГ, аналогового процессора, объединенного с синхронизатором, и единого процессора сигналов и данных. В результате интеграции резко сокращена масса РЛС до 70 кг, а по показателям многофункциональности, основным боевым и эксплуатационным характеристикам “Москит” не уступает американским системам (AN/APG-66, AN/APG-68) и обеспечивает управление современным авиационным оружием “воздух-воздух”.

Радиолокационная система “Жук” (FG8) - разновидность базового варианта Н010Э, адаптированного к китайскому самолету F-II. Система позволяет обнаруживать цель на расстоянии до 150 км и сопровождать до 20 целей.

Основные задачи проектирования FG8 состояли в размещении РЛС в новых объемах, в сопряжении с бортовым радиоэлектронным оборудованием, индикацией и вооружением китайского производства при сохранении управления высокоэффективным оружием российского производства и высокой боевой и эксплуатационной эффективности исходного радиолокатора.

При адаптации были сохранены все основные признаки перспективной РЛС 4-го поколения, а также характерные особенности российских РЛС, такие как мощный по сравнению с зарубежными системами передатчик (Р_ср> 1 кВт), большие углы отклонения антенны (± 90°), измерение дальности при высокой частоте повторения на всех этапах атаки (обзор, сопровождение на проходе, непрерывная пеленгация), комбинированный режим подсвета цели.

Радиолокационная система “Жемчуг” представляет собой дальнейшее эволюционное развитие семейства РЛС с целью повышения основных тактико-технических характеристик за счет комплексной модернизации каждого из структурных элементов базовой РЛС. Эта РЛС имеет в своем составе передатчик с импульсной мощностью Р_и = 8 кВт (Р_ср > 2 кВт), щелевую антенную решетку (Д= 700 мм); масса РЛС 180 кг, потенциальная дальность обнаружения более 100 км ( = Зм²) [12].

Предложенный подход к проектированию унифицированных авиационных РЛС на основе базовой системы Н010Э позволил в короткие сроки и при крайне ограниченном финансировании (без государственной поддержки) разработать семейство РЛС 4-го поколения для самолётов различного класса.

Поэтому следует ожидать, что развитие данного подхода на основе сформулированных выше принципов позволит повысить эффективность функционирования модернизируемых и вновь создаваемых авиационных РЛС.

Обоснование необходимости совершенствования РЛС самолётов ФА

Анализ боевых действий в локальных войнах последних лет еще раз подтверждает возрастающую роль фронтовой авиации на всех этапах военных конфликтов различного масштаба и расположения театров военных действий. Боевые возможности современных летательных аппаратов всё в большей степени определяются не только их лётно-техническими характеристиками и вооружением, но и возможностями комплекса бортового радиоэлектронного оборудования (КБРЭО). По информационному обеспечению боевых действий, управлению оружием и защите самолета РЛС в составе КБРЭО занимает одно из ведущих мест.

В настоящее время одним из основных направлений совершенствования КБРЭО является внедрение в эксплуатацию РЛС, имеющих антенные системы с электронным сканированием. Использование антенных систем с электронным управлением лучом (ЭУЛ) в радиолокационных комплексах и системах управления вооружением (СУВ) самолётов придает им качественно новые свойства и позволяет значительно повысить боевую эффективность.

На первых этапах совершенствования была разработана пассивная ФАР с электронным сканированием. В составе этой системы были сохранены центральный передатчик большой мощности и приёмник, а антенна представляла собой антенную решетку, в которой применялось электронное устройство управления взаимосвязью фаз между отдельными излучающими элементами, использующими фазовращатели. Главным преимуществом такой антенной системы является безинерционная диаграмма направленности (ДН). РЛС такого типа установлены, например, на самолете В-1В ВВС США, на российском самолете МиГ-31.

К современным РЛС предъявляется ряд дополнительных требований. Одно из них вызвано тем, что при применении управляемых ракет малой дальности с увеличенным диапазоном допустимых поперечных перегрузок, позволяющих повысить эффективность ведения маневренного ближнего боя, необходимо сопровождать близко расположенные интенсивно маневрирующие цели не маневром самолета, а лучом антенны. Кроме того, тенденция увеличения дальности пуска ракет “воздух-воздух” и “воздух-поверхность” с комбинированными системами наведения, у которых участок самонаведения достаточно малый, предопределяет наличие протяженного участка автономного полета с радиокоррекцией по командам с самолета-носителя. Эта особенность требует увеличения дальности захвата целей до величин, превышающих дальность пуска, и существенное повышение точности команд целеуказаний ракетам.

Наличие в составе РЛС антенной решетки, способной обеспечивать не только электронное управление положение луча в пространстве (сканирование), но и требуемое изменение его формы, дает в бою значительное преимущество перед самолетом, имеющим на борту антенны с механическим сканированием.

Так возможность работы с расширенным лучом, позволяет РЛС производить быстрый обзор пространства в условиях ближнего боя. Умение снижать боковые лепестки в направлении помехи позволяет увеличить пространственную помехозащищенность РЛС. Путем формирования специального фазового распределения в раскрыве достигается возможность одновременного излучения энергии в нескольких направлениях.

В антенной системе с электронным управлением лучом есть потенциальная возможность для «мгновенного» перехода от одной формы луча к другой. При реализации этой возможности РЛС становится действительно многорежимной и многофункциональной. Решить эти задачи без использования АФАР с электронным сканированием невозможно [9].

Поэтому следующим этапом развития бортовых РЛС стала станция, оснащенная АФАР, которая имеет в своем составе множество модулей. Каждый приемопередающий модуль содержит усилитель мощности, малошумящий усилитель и устройство управления фазой и амплитудой и изготовлен на основе арсенидгалиевой технологии. Этот метод исключает использование центрального передатчика большой мощности.

Бортовые АФАР с электронным сканированием обладают следующими преимуществами: сверхбыстрая переориентация луча в пространстве; улучшенные рабочие характеристики и функциональные возможности; больший сектор обзора (большое количество антенных решеток); лучшая защита от преднамеренных помех; скрытая работа; высокая надежность выполнения боевого задания.

Применение на боевом самолете РЛС с АФАР вместо РЛС с механической антенной и пассивной ФАР - это также повышение живучести боевого авиационного комплекса. Боевое повреждение приёмно-передающего блока РЛС с пассивной ФАР означает выход из строя всей РЛС, в то время как для РЛС с АФАР аналогичное боевое повреждение, выводящее из строя несколько приемно-передающих модулей, практически не нарушает работы РЛС в целом.

В перспективе конечным вариантом разработки бортовых АФАР считается антенная решетка в виде "умной" обшивки на основе ВЧ-датчиков. Такая перспективная АФАР будет представлять собой широкополосную многофункциональную конформную антенную решетку, которая может быть физически объединена с конструкцией планера самолета. Такие антенные решетки будут применять высокопроизводительный процессор, использующий методы адаптивной обработки пространственно-временных данных для эффективного подавления внешних шумов, искусственных помех и отражений от поверхности земли и для оптимального обнаружения целей, представляющих интерес.

Основные технические характеристики некоторых разработанных ФАР приведены в таблице 1.

Таким образом, внедрение АФАР с электронным сканированием обеспечит существенное улучшение функциональных и рабочих характеристик бортовых РЛС. Всепогодные характеристики РЛС, присущая им гибкость измерений и скрытые возможности работы с малой вероятностью перехвата будут служить гарантией того, что РЛС останется основным информационным датчиком современных и будущих тактических самолетов.

Созданные в нашей стране ударные самолеты, с их высокой маневренностью и прочностными характеристиками, могут ещё успешно эксплуатироваться. Однако выполнять новые функции эти самолеты будут способны, только если обеспечить их новой современной бортовой РЛС.

Таблица 1

Характеристики	ФАР «Скат-?»	ФАР «Перо»
Тип ФАР	Проходного типа, с волноводным питанием	Отражательного типа, с эфирным питанием
Диаметр, мм	460	1030
Число излучателей ФАР X-диапазона	334	2354
КУ, дБ	28,5	34,0
УБЛмах, дБ	-24…-26	-20…-22
Ширина, град	5	2,1
Число излучателей ФАР L-диапазона	6	24
КУl.-диап., ед.	8	32
КУ каждого луча, дБ	-	33,0…32,0
Ширина каждого луча по уровню -6 дБ, град	-	3
Число лучей	-	6
Зона перекрытия,град	-	18
Масса, кг	26	89
Мощность, отбираемая от сети, Вт	80	300

2. АНАЛИЗ ТАКТИКО - ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПЕРСПЕКТИВНЫМ РЛС САМОЛЕТОВ ФА. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РЛС

Тактико-технические требования определяются особенностями боевого применения самолетов ФА, анализ которого был рассмотрен в первом разделе. Проведем раздельный анализ тактических и технических требований.

2.1 Тактические требования

К числу основных тактических характеристик относятся: дальность обнаружения и захвата целей; зоны обзора и поиска; разрешающая способность; точность измерения координат и параметров движения цели; надёжность[7].

Тактические характеристики бортовых РЛС, представляют собой совокупность параметров, определяющих возможности их использования для решения боевых задач. Эти характеристики задаются на этапе проектирования РЛС при всестороннем учёте условий и особенностей решаемых задач, требуемых вероятностей их выполнения, экономических, эксплутационных и других факторов на основе методов системотехники.

Дальность обнаружения и захвата целей. Дальностью обнаружения целей бортовой РЛС называется наибольшее расстояние между ЛА и целью, при котором сигнал цели обнаруживается с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги. Требования к дальности обнаружения цели обычно определяются характеристиками управляемого ракетного вооружения истребителя. Цель должна обнаруживаться на дальности, обеспечивающей ее государственное опознавание, захват на автоматическое сопровождение, прицеливание и применение ракетного вооружения с максимально возможной дальности.

Дальностью захвата цели называется максимальная дальность перехода РЛС в режим автоматического сопровождения цели по дальности, скорости и угловым координатам с заданными точностными характеристиками. Дальность захвата цели обычно оценивается с вероятностью 0,9. В режиме автосопровождения решается прицельная задача по атакуемой цели; выдаются сигналы целеуказания в систему вооружения; летчик устраняет ошибки прицеливания маневром самолета и производит пуск ракет с максимальной разрешенной дальности стрельбы Д_рmax. РЛС должна обеспечивать обнаружение цели на удалении

Д_обн=Д_рmax+V_сбл Т_пр,

где Т_пр - время, необходимое на выполнение операций обнаружения, опознавания, захвата, прицеливания; V_сбл - скорость сближения с целью. Дальность захвата цели обычно составляет 0,6…0,8 от дальности обнаружения. Величина Т_пр зависит от степени автоматизации процесса обнаружения и захвата, и скорости сближения; изменяется от десятков секунд до единиц минут. Дальность обнаружения самолета типа истребитель современными РЛС должна составлять: 150?300 км при атаке целей со стороны передней полусферы; 50-150 км при атаке со стороны задней полусферы. При атаке наземных целей типа автомобиль, танк - 100-150 км.

При решении задачи навигации для ориентирования по РЛИ местности и коррекции текущих координат самолёта по радиоориентирам в качестве ориентиров выбираются средние и крупные населенные пункты, реки, границы моря и суши и др. Наблюдение 3--5 ориентиров, находящихся на расстоянии 50--70 км, позволяет осуществлять надежное ориентирование. Следовательно, дальность действия РЛС в режиме навигации должна составлять 100--300км.

Дальность действия РЛС в режиме маловысотного полета должна обеспечивать получение информации о рельефе местности на расстоянии от истребителя, обеспечивающем маневрирование для обхода или облета препятствий, и составляет обычно 5-15 км.

Зоны обзора и поиска. Область пространства, в пределах которой обеспечивается обнаружение цели с помощью бортовой РЛС, называется зоной обзора. Она определяется максимальной Д_max и минимальной Д_min дальностями обнаружения цели, секторами обзора в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В идеальном случае зона обзора в горизонтальной плоскости должна быть 360⁰, однако, учитывая условия размещения РЛС в носовом отсеке истребителя, она обычно составляет +60...90⁰. Величина зоны обзора в вертикальной плоскости определяется из условия обеспечения обнаружения целей во всем диапазоне высот их полета и обычно составляет +60...70⁰.

Область пространства, в пределах которой РЛС осуществляет поиск целей в каждой конкретной тактической ситуации, называется зоной поиска. Размер секторов поиска зависит от применяемого метода наведения и способа ведения боевых действий истребителем.

Периодом обзора Т_обз называется время, необходимое для однократного просмотра всей зоны поиска, при котором обеспечивается требуемая дальность обнаружения целей с заданными вероятностями правильного обнаружения Р_по и ложной тревоги Р_лт.

Зоной автосопровождения РЛС называется область пространства, в пределах которой обеспечивается автоматическое сопровождение цели по направлению. Как правило, она определяется предельными углами сканирования антенны РЛС, соответствует зоне обзора и составляет +60...70⁰ в вертикальной и +60...90⁰ в горизонтальной плоскостях [7].

Разрешающая способность. Под разрешающей способностью РЛС понимают способность раздельного наблюдения целей, находящихся в зоне обзора. РЛС характеризуется разрешающей способностью по дальности, угловым координатам и скорости.

Разрешающей способностью РЛС по дальности называется минимальное расстояние ?_Д между двумя целями, обеспечивающее их раздельное наблюдение на индикаторе РЛС.

Разрешающей способностью РЛС по скорости называется то минимальное различие радиальных составляющих скоростей ?_V двух целей, расположенных в одной точке пространства, которое обеспечивает их раздельное наблюдение на индикаторе РЛС.

Разрешающей способностью РЛС по направлению называется минимальное различие ?_? в направлениях на две цели, удаленные от РЛС на одинаковое расстояние и имеющие равные радиальные составляющие скорости относительно РЛС, обеспечивающие их раздельное наблюдение на индикаторе РЛС.

Основное требование к разрешающей способности в режимах обнаружения и прицеливания - обеспечение раздельного наблюдения одиночных целей в группе. Учитывая реальные размеры воздушной цели, боевые порядки и условия применения в режиме «воздух-воздух», РЛС должна обеспечивать разрешение по дальности 15...50 м, по скорости 2...10 м/с, по угловым координатам 20...30⁰ [14].

Надёжность. Под надёжностью системы понимают способность системы обеспечивать решение задач и сохранять заданные эксплуатационные показатели в течение требуемого интервала времени[6].

Количественно надёжность характеризуется наработкой на отказ в полёте - . Для сложной бортовой аппаратуры (количество комплектующих элементов до 10000), к которой относится и РЛС, время наработки на отказ в полёте должно быть не менее 150 часов. Требуемая надёжность системы должна достигаться уменьшением количества ненадёжных элементов, а также их резервированием, периодическим контролем и профилактическим ремонтом аппаратуры в процессе её эксплуатации.

2.2 Технические требования

С тактическими характеристиками РЛС непрерывно связаны и технические параметры. К основным техническим характеристикам РЛС относятся диапазон рабочих частот и вид излучаемых сигналов. Совокупность этих технических параметров должна обеспечить установленные тактические требования к проектируемой системе.

Диапазон рабочих частот. При выборе диапазона рабочих частот проектируемой системы необходимо учесть следующие обстоятельства: диапазон рабочих частот должен обеспечить требуемые тактические характеристики системы: точность измерения, разрешающую способность, дальность действия, помехоустойчивость по отношению к искусственным и естественным помехам; так как проектируемая система является бортовой, то к ней предъявляются требования по минимизации габаритных и весовых характеристик. Кроме того, длина волны, при заданной разрешающей способности по угловым координатам определяет размеры антенной системы; в связи с насыщением самолётов различными видами РЭО, работающими в различных диапазонах частот, требуется обеспечить электромагнитную совместимость проектируемой системы с другими радиотехническими системами, входящими в комплекс оборудования.

Рабочая частота также выбирается с учётом обеспечения наилучшей разрешающей способности, но необходимо учитывать, что волны короче 1см интенсивно поглощаются в атмосфере. По указанным причинам РЛС обычно работают в диапазоне частот 8-25 Ггц. Кроме того, при выборе диапазона рабочих частот нужно учитывать скорости полёта летательных аппаратов, так как этот показатель определяет доплеровское расширение спектра отражённого сигнала.

Вид излучаемых сигналов. Сигналы, используемые в РЛС, должны обеспечивать требуемую разрешающую способность и помехоустойчивость как в режиме "воздух - воздух", так и в режиме "воздух - поверхность". Сигналы РЛС в режиме "воздух--воздух" должны удовлетворять требованиям, часто противоречивым. Основными из них являются: высокая разрешающая способность по дальности и высокая точность измерения дальности; однозначное измерение дальности в большом диапазоне (200 км и более); высокая разрешающая способность по частоте (скорости) и высокой точности измерения частоты (скорости); однозначность измерения скорости целей в широком диапазоне изменения скоростей сближения цели и истребителя на встречных и догонных курсах; возможность селекции (разделения) сигналов, отраженных от целей, и мешающих сигналов, отраженных от подстилающей поверхности.

На практике не удается выбрать такой вид сигнала, который удовлетворял бы одинаково хорошо всем этим требованиям в различных тактических ситуациях. Особенно большие различия в требованиях к сигналу возникают при обнаружении целей на встречных и догонных курсах. Поэтому в РЛС применяются сигналы с различными параметрами в разных тактических ситуациях, что обусловливает наличие различных режимов излучения и обработки сигналов.

В режиме "воздух - поверхность" в РЛС должны использоваться три основных сигнала: простой сигнал, в котором длительность импульсов пропорциональна масштабу дальности; простой сигнал с фильтрацией, в котором применяется запоминание начальной фазы (при приёме это даёт выигрыш в амплитуде в 2-3 раза, по сравнению с простым сигналом, кроме того, увеличивается помехоустойчивость); фазоманипулированный сигнал, состоящий из нескольких пачек импульсов, каждый из которых излучается со своей частотой, и при излучении запоминается начальная фаза каждого импульса (этот вид сигнала даёт большую помехоустойчивость по сравнению с другими сигналами, но при этом аппаратура РЛС становится гораздо сложнее).

Анализ тактических и технических требований, предъявляемых к перспективным РЛС ФА, позволяет описать их принципы построения на основе использования типовой структурной схемы РЛС.

2.3 Структурная схема РЛС

Для реализации тактических требований РЛС должна обеспечивать решение следующих задач: поиск, обнаружение и опознавание (совместно с системой опознавания) обнаруженных воздушных и наземных целей; распознавание, измерение координат и параметров движения, обнаруженных воздушных целей и прицеливание по ним; прицеливание по наземным целям при бомбометании и пуске ракет, формирование и выдачу сигналов целеуказания, подсвета и коррекции на управляемые ракеты, подготовка их к пуску и наведение на уничтожаемые цели; измерение дальности до наземных и воздушных целей по сигналам целеуказания от других информационных систем СУВ; самолетовождение при отсутствии визуальной видимости земной поверхности (определение местоположения ЛА по радиолокационному изображению местности визуально с использованием карты либо путем коррекции данных навигационной системы по измеренным координатам выбранных ориентиров); картографирование местности при ведении воздушной разведки; предупреждение экипажа о метеорологической обстановке по трассе полета; следование рельефу местности при полете на малых и предельно малых высотах (облет и обход препятствий); измерение навигационных параметров (скорости и угла сноса, высоты); управление подсистемами вооружения.

В связи с тем, что объем задач постоянно увеличивается, к бортовым РЛС предъявляются все большие требования. Это приводит к дальнейшему совершенствованию существующих и разработке новых РЛС, обеспечивающих обнаружение целей на больших дальностях, вывод самолёта в район цели с высокой точностью на малых высотах и управление различными видами бортового вооружения. При использовании АФАР в РЛС возможно одновременное решение нескольких задач, путём совмещения различных режимов работы.

Также на РЛС налагается ряд общетехнических требований. Работа РЛС в условиях радиоэлектронного противодействия противника является штатным режимом. При сопряжении РЛС с запросчиками аппаратуры государственного опознавания должна обеспечиваться однозначная привязка меток опознавания к отметкам обнаруженных целей. Антенная система РЛС должна разрабатываться в комплексе с антенной системой аппаратуры государственного опознавания.

Отмеченные задачи, решаемые РЛС, определяют её структуру построения, показанную на рисунке 2.1.

Согласно рисунка 2.1 в состав РЛС должны входить следующие основные структурные элементы: бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ); приёмник (ПРМ); блок управления лучом (БУЛ); АФАР; формирователь модулирующих и задающих сигналов (ФМЗС); встроенная система контроля (ВСК);системы автосопровождения по дальности (САД), по скорости (САС) и по направлению на цель (САН).

Основным устройством РЛС является БЦВМ. Она предназначена для выдачи управляющих сигналов в исполнительные устройства РЛС; организует взаимодействие РЛС с другими комплексами самолёта, по сигналам от системы встроенного контроля осуществляет проверку устройств, а также производит низкочастотную (вторичную) обработку принятых сигналов. БЦВМ решает следующие задачи: вычисление координат цели; управление АФАР через БУЛ; осуществляет подбор излучаемого сигнала, оптимального для выбранного режима работы РЛС; выдаёт информацию в систему индикации; принимает данные от пульта управления и формирует управляющие сигналы; выдаёт информацию в навигационный комплекс самолёта; осуществляет синхронизацию всех устройств РЛС; осуществляет взаимодействие РЛС с другими системами и комплексами самолёта.

Таким образом, на БЦВМ возлагается достаточно большая нагрузка. Поэтому при построении БЦВМ необходимо применять производительный микропроцессорный комплект, который позволит одновременно выполнять несколько алгоритмов работы РЛС.

ПРМ предназначен для обработки сигналов, поступающих с модулей АФАР. Данный ВЧ приёмник строится по супергетеродинной схеме. На ВЧ приёмник возлагается решение следующих задач: фильтрация сигналов от помех (прямого прохождения, по зеркальному каналу и т. д.); усиление сигнала и перенос, без искажений, его спектра в область низких частот; выдача сигнала в каналы измерения скорости, угловых координат и дальности.

САД предназначена для получения информации о дальности и скорости сближения с целью. Эта информация необходима для выполнения самонаведения истребителя на выбранную цель, а также для стробирования приемника по дальности. Применение стробирования позволяет повысить помехозащищенность РЛС.

САС предназначена для получения информации о скорости и об ускорении сближения с целью. Эта информация может быть использована в алгоритмах помехозащиты РЛС и самонаведения истребителя. Кроме того, она дает возможность осуществлять селекцию принимаемых сигналов по доплеровской частоте.

САН предназначена для обеспечения пространственной селекции цели, дающей возможность получать отраженный от неё сигнал и в процессе его обработки измерять дальность и скорость сближения; оценивания углов пеленга ?_г, ?_в и угловых скоростей ?_г, ?_в линии визирования в горизонтальной и вертикальной плоскостях, необходимых для реализации алгоритмов наведения; оценивания угла ? крена антенны и скорости ?_x его изменения, которые используются для стабилизации антенны в пространстве.

БУЛ предназначен для сопряжения канала управления лучом АФАР с БЦВМ. БУЛ согласно поступившему цифровому коду из БЦВМ, формирует управляющие напряжения для фазовращателей и аттенюаторов модулей АФАР, формируя тем самым необходимое фазовое и амплитудное распределение.

ФМЗС сигналов предназначен для формирования и выдачи задающих и модулирующих сигналов.

АФАР предназначена для формирования направленного излучения и управления формой диаграммы направленности. АФАР устанавливается в носовой части самолёта под радиопрозрачным обтекателем. В состав АФАР входят модули, включающие: излучатель, циркуляторы, приемные и передающие каналы. Приемный канал содержит: регулируемые фазовращатель и аттенюатор; малошумящий усилитель. Передающий канал содержит: регулируемые фазовращатель и аттенюатор; предворительный усилитель; усилитель мощности, в котором также обеспечивается модуляция сигнала.

АФАР соединена с ФМЗС и ПРМ через распределительную систему и циркулятор.

Встроенная система контроля предназначена для проверки работоспособности РЛС. Результаты проверки через БЦВМ должны поступают на систему индикации в виде кода неисправности.

Синхронизатор обеспечивает синхронную работу всех отмеченных структурных элементов РЛС.

Согласно принципам построения перспективных РЛС основным структурным элементом является АФАР, которая определяет основные тактико - технические характеристики РЛС. Известно, что основные характеристики направленности АФАР определяются геометрическими параметрами излучающего раскрыва, поэтому актуальной задачей является исследование влияния геометрических параметров излучающего раскрыва на направленные свойства ФАР.

3. АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧАЮЩЕГО РАСКРЫВА ФАР

Антенные решетки принято классифицировать в зависимости от расположения излучателей в решетке, способа возбуждения последних, способа сканирования, под которым понимают перемещение основного лепестка ДН решетки в пространстве, а также от типа применяемых излучателей.

Наибольшее распространение получили плоские фазированные антенные решётки (ФАР), в которых реализуется фазовый способ электрического сканирования.

Принцип действия их состоит в изменении фазы колебаний, подводимых к отдельным излучателям решетки, так чтобы обеспечить синфазное сложение их полей в заданном направлении.

Плоские ФАР состоят из излучателей, расположенных в узлах плоской координатной сетки с двойной периодичностью. Обычно используются прямоугольная и треугольная сетки.

При размещении излучателей в узлах координатной сетки, с двойной периодичностью синфазное сложение полей отдельных излучателей решётки возможно не только в направлении главного максимума ДН, но и в других направлениях, которым соответствует пространственный фазовый сдвиг, компенсирующий сдвиг фазы между излучателями за счёт возбуждения. В этом случае помимо главного максимума существуют ещё и вторичные (дифракционные) максимумы высших порядков, пространственная ориентация которых зависит от расстояния между излучателями.

При уменьшении этого расстояния число дифракционных максимумов, находящихся в области действительных углов, уменьшается.

Для нормальной работы решётки необходимо, чтобы в области действительных углов находился лишь один главный максимум диаграммы, а дифракционные максимумы отсутствовали [11].

Число элементов в эквидистантных АР определяется следующим соотношением [14]:

(3.1)

где ? - длина восны; k - коэффициент, равный 1 - в прямоугольной и - в гексагональной структурах; S - площадь раскрыва АР. Таким образом, видна слабая зависимость числа элементов и, соответственно, занимаемой геометрической площади отдельного излучателя от величины сектора сканирования луча .

При использовании прямоугольной сетки дифракционные максимумы высших порядков отсутствуют, если расстояние между излучателями d в направлении координатных осей удовлетворяет следующему условию:

. (3.2)

При таком (и меньшем) расстоянии между излучателями возрастает их взаимное влияние, а также на практике часто возникает сложность компоновки излучателей на полотне.

Использование треугольной сетки позволяет увеличивать расстояние между излучателями. Для треугольной сетки расстояние между излучателями определяется следующим соотношением

. (3.3)

Известно, что при межэлементных расстояниях в плоских эквидистантных АР больше приводит к образованию дифракционных максимумов.

Для подавления побочных дифракционных максимумов иногда используют одиночные излучатели, имеющих диаграмму направленности специальной формы. Однако в этом случае сектор сканирования составляет ±30⁰.

В некоторых случаях необходимую направленность можно получить, объединяя в группы слабонаправленные излучатели, которые называют подрешетками.

При использовании более высоких частот конструктивные требования приводят к увеличению шага, а расширение сектора сканирования - к требованию уменьшения шага. Одним из возможных путей решения этого противоречия является использование неэквидистантных антенных решеток (АР) [14].

При неэквидистантном размещении элементов устраняется периодичность множителя решетки, в результате чего ликвидируются или значительно уменьшаются по величине главные дифракционные максимумы высших порядков. Это позволяет: сократить число излучателей без существенного расширения основного лепестка ДН и увеличения уровня боковых лепестков; расширить пределы качания луча и работать в широком диапазоне волн без появления дифракционных максимумов высших порядков; управлять уровнем бокового излучения в различных секторах ДН; упростить систему возбуждения.

Известны следующие структуры неэквидистантных АР [14]: статистические разреженные структуры; модульные неэквидистантные структуры; заполненные круговые структуры; спиральные структуры; случайные структуры (рисунок 3.1).

Использование разреженных антенных решеток с существенно уменьшенным числом элементов с большой дисперсией шага приводит к снижению коэффициента усиления и возрастанию фона боковых лепестков, а также фона в локальной области - появления побочных главных максимумов в случае разреживания АР с детерминированным размещением излучателей.

Круговые АР позволяют обеспечить широко угольное сканирование, практически без искажения характеристик при сканировании, и широкополосную работу. Переход к спиралям добавляет еще дополнительные конструктивные преимущества.

Излучатели ФАР. В качестве одиночных излучателей в ФАР используют: вибраторы, открытые концы волноводов, диэлектрические стержни, спирали, щели и др. При этом, большее внимание уделяется печатным излучателям.

Выбор излучателей определяется: размерами раскрыва; рабочим диапазоном частот; требованиями к форме ДН отдельного излучателя; излучаемой мощностью; поляризационными характеристиками; широкополосностью.

При разработке ФАР необходимо учитывать взаимное влияние между излучателями. Взаимное влияние проявляется в следующем: входное сопротивление излучающего элемента в ФАР отличается от входного сопротивления излучателя, расположенного в свободном пространстве, и является функцией угла сканирования; изменяется ДН одиночного излучателя; искажаются поляризационные характеристики; наблюдается эффект ослепления, когда практически прекращается излучение и прием ЭМВ (характерно для больших ФАР).



Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Таким образом, проведенный анализ геометрических характеристик ФАР позволяет обеспечить постановку задачи на исследование влияния геометрических параметров излучающего раскрыва на направленные свойства ФАР.

4. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА МОДЕЛИРОВАНИЕ АФАР

Выбор и обоснование способа размещения излучателей. Методика размещения излучателей заключается в создании такой оптимальной конфигурации АФАР, при которой обеспечивается наибольший коэффициент направленного действия (КНД), требуемая ширина диаграммы направленности (ШДН), малый уровень боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности, а также исключается или значительно ослабляется взаимное влияние излучателей друг на друга.

Ранее проведенный анализ геометрических параметров излучающего раскрыва ФАР показал, что наиболее целесообразно использовать неэквидистантное расположение излучателей. При этом наибольшими достоинствами характеризуются круговые структуры и случайные структуры. В связи с этим для исследования предлагается рассмотреть отмеченные структуры. Для того чтобы оценить методом сравнения направленные свойства круговых и случайных структур необходимо также рассмотреть излучающий раскрыв с традиционным размещением излучателей (в узлах прямоугольной сетки).

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Система координат. При исследовании направленных свойств рассматриваемой антенны предполагается, что она размещается в прямоугольной системе координат, показанной на рисунке 4.1. На данном рисунке также показана сферическая система координат, используемая для определения ДН. При этом ДН будет рассматриваться в одной из плоскостей или YOZ , или XOZ.

Выбор одиночного излучателя. Исходя из ранее проведенного анализа геометрических характеристик ФАР, предлагается использовать в качестве одиночного излучателя микрополосковую антенну. Микрополосковые излучатели (МПИ) отличаются от других излучателей антенн СВЧ диапазона конструкцией. Методами печатной технологии могут быть выполнены также линии передачи, согласующие элементы и прочее. Антенны, использующие такие излучатели, больше, чем другие отвечают требованию миниатюризации, одному из основных требований для бортовой аппаратуры [8].

Основными преимуществами печатных излучателей являются:

- простота конструкции, малые объём, масса и стоимость;

- высокая точность изготовления, благодаря чему достигается хорошая воспроизводимость характеристик антенн;

- возможность создания невыступающих и маловыступающих конструкций антенн для летательных аппаратов, в частности конструкций, не изменяющих их прочностных характеристик.

К недостаткам печатных излучателей относятся малая электрическая прочность, трудность конструирования перестраиваемых устройств и измерения параметров печатных элементов.

Печатные излучатели применяются в диапазоне от 100 МГц до 30 ГГц при различных уровнях мощностей. Они, как правило, являются слабонаправленными, поэтому их применяют в основном в составе антенных решёток.

МПИ способны излучать и соответственно принимать энергию с линейной, круговой и эллиптической поляризацией, легко позволяют объединить многие элементарные излучатели в фазированной антенной решетке и разместить их на поверхностях сложной формы.

Составными частями простейшего микрополоскового излучателя являются металлическая пластина 1, диэлектрическое основание (подложка) 2 и экран 3 (рисунок 4.2). Возбуждение пластин может осуществляться либо коаксиальной линией через отверстие в экране и подложки, либо полосковой линией в плоскости пластины.

Рисунок 4.2

В качестве диэлектрического основания обычно используются диэлектрики с относительной диэлектрической проницаемостью равной 2,5-10. КПД МПИ составляет порядка 50-80%. Это объясняется тем, что существуют потери из-за: оптических потерь в пластине и экране; потери в неидеальной подложке; ответвление части мощности подводимой к антенне в возникающую поверхностную волну (подложка на экране представляет собой замедляющую структуру, способную поддерживать такую волну).

Таким образом, все перечисленные свойства МПИ, наряду с легкостью их размещения на неплоских поверхностях, удовлетворяют требованиям предъявляемым к бортовым АФАР.

Характеристики и параметры направленности для исследования АФАР. Работу АФАР оценивают с помощью функциональных зависимостей (характеристик) и различных числовых величин (параметров).

Основными параметрами для исследования АФАР будут являться:

форма ДН АФАР;

- уровень боковых лепестков ДН АФАР (УБЛ);

- ширина ДН АФАР;

- коэффициент направленного действия (КНД).

Основной типовой задачей управления АФАР является создание максимального коэффициента направленного действия в заданном направлении [13].

Для управления лучом в настоящее время используются фазовращатели, которые устанавливаются на каждом модуле решетки. При подаче управляющего напряжения на каждый фазовращатель изменяется фаза проходящего через него электромагнитного сигнала. Управляя каждым фазовращателем, в соответствии с заданным алгоритмом, можно осуществить сканирование.

Способ фазирования АФАР. В соответствии со структурной схемой РЛС система фазирования включает: фазовращатели; аттенюаторы; блок управления лучом, включающие вспомогательные устройства, которые участвуют в процессе формирования фазового распределения.

На основе проведенного анализа систем фазирования, предлагается использовать систему фазирования на основе командного управления фазовращателями [5].

ФАР с командным фазированием различаются числом элементов, массой, габаритами, но имеют одинаковое построение системы фазирования: основу системы командного фазирования составляют - ферритовый фазовращатель с известными и прогнозируемыми характеристиками и цифровая система управления, структурная схема которой приведена на рисунке 4.3, где 1 - схема управления лучом (СУЛ), 2 - регистр кода фазы по координате ?_j, 3 - строчно - столбцовый сумматор кода, 4 - ППЗУ, 5 - многоканальный формирователь импульсов управления, 6 - коммутатор тока управления, 7 - коммутатор тока обнуления (стирания) фазовращателей.

Рисунок 4.3

Такое построение системы управления позволяет оптимизировать связи с СУЛ, существенно сократить объём кабельной сети в ФАР при сохранении временных параметров вычисления кодов фаз.

В режиме фазирования СУЛ 1 (рис.4.3) сначала рассчитывает в двоичной форме код фазы по координате ?_j, например, по углу места, который записывается в регистр 2, затем СУЛ начинает рассчитывать коды фаз по азимуту, которые в сумматоре 3 суммируются друг с другом и поступают вместе с кодом адреса на адресные шины ППЗУ (четыре типа FLAH). В каждом коде адреса FLAH заранее записаны длительности управления фазовращателя с учетом его индивидуальной нелинейности характеристики управления, суммированный с кодом начальной фазы. При выборке данных из FLAH коды длительности поступают в регистры памяти ячеек многоканального формирователя импульсов управления - 5, после чего устройство управления готово к установке фаз в фазовращателях. Перед установкой производится очистка (стирание) ранее записанных значений фаз, после чего производится одновременный запуск формирователей импульсов управления, которые открывают коммутаторы тока управления 6 на время, соответствующее коду длительности, записанного в регистре каждого фазовращателя. Протекающий через обмотку управления фазовращателя ток в течение времени, соответствующего записанному коду, изменяет фазу фазовращателя на заданную величину с погрешностью, которая зависит от метода его настройки.