Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. Часть 1

МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

А.М. ГОЛИК

МНОГОКАНАЛЬНЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ РАЗВЕДКИ ОГНЕВЫХ ПОЗИЦИЙ Часть 1

1997 Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

ВВЕДЕНИЕ Начиная с З0-х годов, когда у нас в стране и за рубежом начали создаваться первые образцы РЛС, и по сегодняшний день радиолокация вообще и военная радиолокация в частности прошли путь от первых простейших "радиоулавливателей самолетов" с очень ограниченными возможностями до современных многофункциональных РЛС с фазированными антенными решетками (ФАР), которые позволяют обнаруживать и сопровождать средства поражения в условиях сложной помеховой обстановки практически на любой дальности — не только на расстоянии прямой видимости, но даже и за радио горизонтом [1, 2]. Первые образцы РЛС разведки огневых позиций противника и контроля стрельбы своей артиллерии (РКС) появились на вооружении РВ и А после Великой Отечественной войны. В 1950 году была принята на вооружение станция АРСОМ-1 (артиллерийская радиолокационная станция обнаружения минометов). Затем появились ее модификации: АРСОМ-2 (1956 г.) и АРСОМ- 2п (1958 r.). В 1978 году был создан артиллерийский радиолокационный комплекс APK-I. Необходимость постоянного совершенствования РЛС разведки oгнeвыx позиций (РОП) обусловлен непрерывным развитием средств огневого поражения и способов их применения, а также непрерывным наращиванием средств радиоэлектронного подавления, дезориентации и огневого подавления РЛС. Анализ возможностей полевой артиллерии развитых госyдарств и условий ее разведки с помощью РЛС показывает, что а связи с ростом дальнобойности, маневренности, могущества боеприпасов и скорострельности артиллерии, а также в связи с использованием автоматизированных систем управления (АСУ) ее огнем на первое место в контрбатарейной борьбе выступает фактор времени. В этих условиях наиболее эффективно могут вести разведку и контроль стрельбы лишь работающие в комплексе со средствами АСУ огнем артиллерии многоканальные РЛС РОП, позволяющие практически одновременно обслуживать несколько объектов наблюдения и обладающие вследствие этого высокой npопускной способностью. Именно значительное повышение пpопyскной способности послужило главной причиной использования в полевой артиллерии многоканальных РЛС, рассмотрению принципов функционирования которых и посвящены материалы настоящего пособия.

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ Термины и определения. Классификация В любой РЛС так же, как и в системе связи имеется радиолиния, по которой передается информация об объекте наблюдения (ОН). В данном случае источником сообщений является ОН. «подсвеченный» зондирующими сигналами РЛС. Информационный канал РЛС представляет собой совокупность устройств и физических средств, передающих сигналы от источника сообщений к устройствам обработки этой информации. Элементами информационного канала кроме среды распространения электромагнитной энергии могут также быть усилители, фильтры, линии задержки, корреляторы и Т.П. М н о г о к а н а л ь н о й называется РЛС, обеспечивающая практически oдновременнoe получение информации о нескольких ОН, находящихся в зоне ее обзора. Отдельные элементы многоканальной РЛС (МРЛС), например усилители, могут быть общими для нескольких каналов (4). Из определения следует, что наличие в РЛС мнoгoканальных систем (устройств) обработки сигналов не является достаточным условием многоканальности станции в целом. Г л а в н ы м к р и т е р и е м многоканальности РЛС является ее способность выполнить свое функциональное назначение в полном объеме (без каких либо ограничений) при одновременном обслуживании нескольких ОН. Одновременное обслуживание ОН предполагает одновременное прохождение по системам РЛС информации о нескольких ОН. При таком подходе довольно легко можно классифицировать

РЛС по признаку одно- или многоканальная. При этом способ излучения эффекта

многоканальности и внутренняя структура РЛС не имеют значения. Классификация многоканальных РЛС в зависимости от вариантов их построения приведена на рис. 1. Здесь в соответствии с терминологией работы [6] считается, что при п а с с и в н о м сопровождении координаты ОН измеряются «на проходе» (т.е. без остановки луча антенны) по пачке отраженных импульсов.

Рис. 1 Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

При а к т и в н о м сопровождении луч антенны в заданные моменты времени направляется на ОН, положение которого экстраполировано по результатам предыдущих измерений. Если для обзора области пространства МРЛС вынуждена сканировать главным максимумом диаграммы направленности (ДН) антенны (т.е. ее лучом), то такая станция может быть отнесена к системам с в р е м е н н ы м

разделением каналов [3].

Несканирующие МРЛС, осуществляющие параллельный обзор области пространства диаграммой направленности антенны, состоящей из множества равнозначных максимумов (парциальных диаграмм), относят к МРЛС с п р о с т р а н с т в е н н ы м разделением каналов (5). Известны также и комбинированные системы, использующие п р о с т р а н с т в е н н о – в р е м е н н о е разделение каналов (многолучевые сканирующие РЛС). Таким образом, можно выделить два основных пути получения эффекта многоканальности РЛС (все остальные являются их комбинацией).

Первый путь предполагает обеспечение раздельного прохождения данных о множестве ОН на базе несканирующих РЛС параллельного обора (с пространственным разделением каналов). Второй путь предполагает ИСПОЛЬЗ0вание метода временного разделения каналов, когда одна радиолиния "передатчик - луч антенны - приемник" периодически и кратковременно задействуется для излучения информации от нескольких ОН. Возможность практически одновременного получения данных от множества ОН в режиме разделения времени базируется на известной теореме Котельникова [ 7]. Метод временного разделения каналов давно и успешно используется в системах управления объектами, в связи и телеметрии [4]. В вычислительной технике разделение каналов получило название мультиплексирования (от английского слова - multiplexiпg). При этом под мультиплексированием понимается разбиение средств передачи данных на два и более каналов. Мультиплексирование осуществляется либо путем разделения полосы частот линии связи на узкие подполосы, образующие отдельный канал (т.е. разделением частоты), либо путем поочередного использования общей линии связи (т. е. квантованием по времени) (8). Особенностью метода временного разделения каналов в радиолокации является то, что за счет сканирования луча антенны и соответствующей обработки сигналов с помощью одной радиолинии обеспечивается многоканальность РЛС в целом — независимое практически одновременное прохождение информации от множества пространственно разнесенных источников (объектов наблюдения) к устройствам ее обработки и (или) к потребителю (потребителям). При этом важнейшую роль коммутатора, распределяющего информацию по каналам, играют сканирующий луч антенны и компьютер, осущeствляющий управление характеристиками излучения, а также обработку поступающей информации. Из рис. 1 видно, что между первым и вторым способами получения эффекта многоканальности РЛС есть и другие, являющиеся в некотором роде их компромиссными вариантами. Так, для одновременного обзора всей зоны действия РЛС и сопровождения множества целей требуется иметь большое количество лучей антенны, что приводит к дорогой и громоздкой аппаратуре. В то же время использование одного луча антенны (одной радиолинии) в режиме временного разделения каналов не всегда обеспечивает заданные характеристики РЛС. Поэтому требуемые техниче-

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

ские характеристики МРЛС получают за счет увеличения количества лучей антенны и использования одновременно с этим режима временного разделения каналов. В наиболее распространенных типах РЛС с электроннолучевыми индикаторами (растровыми или кругового обзора) информация о множестве объектов наблюдения (ОН) доходит одновременно только до индикатора. Оператор, являясь очередным и часто завершающим звеном обработки поступающих данных, может обеспечить съем текущих координат, как правило, только одного ОН. Поэтому оператор в системе обработки радиолокационной информации является "узким местом", что и предопределяет одноканальность, а в связи с этим и низкую пропускную способность таких РЛС. Для ликвидации этого недостатка в РЛС 50-60-х годов устанавливались дополнительные рабочие места операторов, обеспечивая тем самым съем координат одновременно нескольких движущихся ОН. Таким образом, увеличение количества рабочих мест операторов позволяло получить новое качество — многоканальность РЛС [5]. С развитием методов автоматического обнаружения ОН, цифровой обработки радиолокационной информации, вычислительной техники, а также ее математического и программного обеспечения стало возможным возложить функции операторов на введенный в состав РЛС компьютер. Структура такой РЛС имеет вид, представленный на рис. 2. Теория обработки информации в РЛС данного типа достаточно подробно рассмотрена в [9].

Рис.2 Антенна радиолокатора осуществляет обзор пространства с периодом То. Передатчик генерирует зондирующие импульсы с периодом Тп«То, зависящим от дальности действия РЛС. На выход приемника поступает напряжение у ( t ), представляющее собой смесь сигнала и помехи. В процессе сканирования происходит естественная дискретизация координат по времени t. Содержащийся в смеси у (t) полезный сигнал х(t) несет в себе информацию обо всех ОН, находящихся в зоне действия РЛС. Данные от каждого ОН периодически поступают на обнаружиГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

тель. В момент прохода луча антенны через ОН на выходе приемника появляется группа отстоящих друг от друга на время Тп импульсов. Их амплитуда промодулирована в соответствии с характеристикой направленности антенны. Эти группы импульсов (пачки) повторяются с периодом Т0. В задачи обнаружителя входят принятие решения о наличии или отсутствии полезного сигнала, группирование сигналов, принадлежащих одному ОН, и передача их в РЛС для дальнейшей обработки. В последнее время обнаружитель, как правило, реализуется на цифровых устройствах. Компьютер осуществляет обнаружение траекторий и сопровождение ОН. Кроме того, он управляет режимами работы передатчика, приемника и обнаружителя, готовит данные о сопровождаемых ОН для выдачи потребителю через аппаратуру передачи данных (AПД) и на соответствующие устройства отображения. В рассмотренной МРЛС·пассивного слежения для измерения координат ОН по углу места необходимо производить винтовой обзор пространства, либо осуществлять быстрое сканирование в угломестной плоскости. С целью одновременного обзора всего сектора по углу места может использоваться антенна с парциальной ДН. Один из возможных вариантов такой РЛС рассматривался в [10]. Энергия передатчика через распределительное устройство поступает в несколько вертикально расположенных рупоров двухзеркальной антенны. Это позволяет сформировать парциальную ДН, перекрывающую весь сектор обзора по углу места. Отраженные от целей сигналы через рупоры и распределительное устройство поступают в приемники, число которых равно числу рупоров. В зависимости от угла места ОН отраженный сигнал принимается той или иной парой рупоров и поступает в соответствующие приемные каналы. Грубое значение угла места ОН определяется по приемникам, на выходе которых появились сигналы. Точное измерение угла места ОН обеспечивается моноимпульсным методом. Обнаружение траекторий, сопровождение ОН и некоторые функции управления РЛС также возлагаются на компьютер. Координаты вновь обнаруженных и сопровождаемых целей выдаются с помощью компьютера на дисплей оператора, печатающее устройство или в каналы связи – потребителям. Многоканальность рассмотренной РЛС с парциальной ДНА по углу места обеспечивается совместно как многоканальной системой измерений угла места, так и режимом разделения времени при азимутальном сканировании. При неподвижной в азимутальной плоскости антенне РЛС сможет сопровождать несколько ОН до тех пор, пока они находятся в пределах луча по азимуту. Парциальная ДНА позволила лишь исключить сканирование в угломестной плоскости, осуществить параллельный обзор. Это при соответствующем увеличении энергетических затрат обеспечивает улучшение характеристик РЛС. Использование электрического управления лучом только по углу места [11] позволяет реализовать активный способ слежения за целью, однако в этом случае существенным ограничивающим фактором является постоянная скорость сканирования антенны по азимуту. Электрическое управление лучом антенны МPЛС по двум координатам позволяет производить

обзор пространства в любой последовательности, зондировать отдельные направления сколь угодно долго или не зондировать вообще. Луч антенны может быть ориентирован в любую точку зоны обзора практически мгновенно. Это позволяет организовать гибкие способы поиска и активный метод сопровождения целей, как при частотном, так и при временном разделении каналов. Введение частотного разделения каналов часто является необходимым условием испольГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

зования в МРЛС нескольких независимых лучей, управление которыми осуществляется электрическим путем. Это условие предполагает довольно сложную конструкцию передатчика и наличие широкополосных излучателей (либо их комплекта для различных частот излучения) на полотне антенной решетки (АР) – наиболее популярной антенной системы, реализующей электрическое управление лучом. Из всех рассмотренных типов МРЛС в настоящее время наиболее бурно развиваются станции с электрическим управлением лучом. Для их создания имеется необходимая база - АР и быстродействующие малогабаритные цифровые вычислительные средства. Высокая стоимость МРЛС данного типа (главным образом за счет АР) вполне окупается их высокими техническими характеристиками. Использование однолучевой АР и временного разделения информационных каналов позволит значительно упростить конструкцию полотна АР и высокочастотных узлов приемной и передающей систем РЛС по сравнению с многолучевыми сканирующими АР. Анализ возможных вариантов построения МРЛС показывает, что эффект многоканальности при минимуме материальных затрат можно получить при использовании временного разделения каналов. В этом случае МPЛС будет иметь приемлемые для мобильных средств разведки габариты и вес. Особенности конструкции антеныx систем МРЛС с времeнным разделением каналов Реализация активного сопровождения ОН предполагает использование АР - сложной антенной системы, представляющей собой совокупность излучающих элементов, расположенных в определенном порядке и возбуждаемых одним или совокупностью когерентных источников. Существует достаточно большое количество вариантов построения АР [12, 13]. Поэтому рассмотрим лишь типы АР, используемых в мобильных радиолокационных комплексах. Управление положением главного максимума диаграммы направленности (ДН) АР (т.е. положением ее луча) может осуществляться либо путем изменения фазы токов возбуждения ее излучающих элементов при постоянстве частоты излучения, либо путем изменения только частоты излучения. В первом случае осуществляется ф а з о в о е сканирование луча, а АР, его реализующая, называется ф а з и р о в а н н о й антенной решеткой (ФАР). Во втором случае управление осуществляется путем изменения только частоты излучаемого сигнала. Такое сканирование называется ч а с т о т н ы м. Преимущества частотного сканирования заключается в том, что его техническая реализация позволяет использовать достаточно простые АР. В то же время приемное и передающее устройства РЛС значительно усложняются, так как она работает в режиме непрерывной перестройки частоты. Кроме того, частотное сканирование не позволяет осуществить независимое управление лучом по двум координатам. Поэтому наибольшее применение в мобильных PЛС с АР нашло фазовое сканирование луча. В отдельных случаях применяется к о м б и н и р о в а н н о е сканирование: фазовое по одной угловой координате и частотное по другой. По виду возбуждения различают ФАР с пространственным и с фидерным возбуждением. Возбуждение излучающих элементов ФАР посредством соединенных с ним фидеров (волГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

новодов, коаксиальных кабелей, микрополосковых линий передачи либо их комбинации) называется ф и д е р н ы м. Достоинство фидерного возбуждения состоит в том, что на его основе может быть получена весьма компактная жесткая конструкция. Однако создание таких антенн встречает весьма серьезные технологические трудности, связанные с необходимостью согласования СВЧтракта при наличии большого количества делителей мощности. П р о с т р а н с т в е н н о е в о з б у ж д е н и е ФАР предполагает ее облучение первичным облучателем (например рупором — рис. З). При этом ФАР с пространственным возбуждением называется о т р а ж а т е л ь н о й, если у нее прием электромагнитных колебаний от первичного облучателя и их излучение в пространство осуществляется одними и теми же излучающими элементами (рис. 3, а). Добиваясь уменьшения затенения полотна такой ФАР, ее облучатель выносят из поля отражателя (рис. 3,б).

Рис.3 Если же прием электромагнитных колебаний от первичного облучателя производится одними, а излучение в пространство другими излучающими элементами, то такая ФАР носит название п р о х о д н о й (рис. 4).

Рис.4

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Для преобразования сферического фронта волны первичного облучателя в плоский фронт в зеркальных антеннах используют специальную форму отражателя( например, параболоид вращения). В ФАР с пространственным возбуждением с этой целью осуществляют так называемую к о л л и м а ц и ю, которая представляет собой компенсацию разностей хода луча от первичного облучателя до излучающих элементов антенной решетки. Формирование суммарно-разностной ДН для моноимпульсного измерения угловых координат в ФАР с пространственным возбуждением обеспечивается точно так же, как и в зеркальных антеннах — специальной конструкцией первичных облучателей. [17]. В решетках же с фидерным возбуждением для этой цели используются специальные схемы [18], обеспечивающие общее возбуждение излучающих элементов ФАР при работе РЛС на передачу и раздельную канализацию энергии от излучающих элементов правой и левой половины, а также верхней и нижней половины полотна ФАР угловым дискриминаторам при работе РЛС на прием. Управление лучом АР в конечном итоге сводится к управлению амплитудно-фазовым распределением (АФР) на ее раскрыве, т.е. к управлению амплитудами и (или) фазами токов возбуждения излучающих элементов. Такое управление АФР реализуется с помощью системы управления лучом (СУЛ), в состав которой входят каналы управления, число которых равно или кратно количеству излучающих элементов, а также вычислитель фаз. Под каналом управления ФАР понимаете я часть СУЛ обеспечивающая управление фазой радиосигнала, поступающего к излучающему элементу ФАР. Если в состав каналов управления ФАР включены активные элементы (усилители, генераторы), то такая ФАР называется

а к т и в н о й.

В противном случае ФАР носит название

п а с с и в н о й. В состав канала управления пассивных ФАР входят: фазовращатель, устройство управления фазовращателем [14]. В антенных решетках, использующих как управление фазой, так и управление амплитудой токов возбуждения излучателей, в состав каналов управления, кроме того, могут быть включены управляемые усилители или аттенюаторы, коды команд управления которыми также вырабатываются командным устройством СУЛ [15, 16]. Вычислитель фаз принимает от бортового компьютера информацию о требуемом угловом положении луча ФАР и рассчитывает коды команд управления фазовращателями m-й строки n-го столбца в соответствии с алгоритмом: φmn = Δφ Еnt{[ φл mn — φнач mn] / Δφ + 0,5}+ φнач mn ,

(1)

где φнач mn — начальное фазовое распределение, которое может быть нелинейной или случайной функцией координат излучателей; Δφ — дискрет управления фазой; Еnt{а} — определение целой части числа а; φл mn — требуемая фаза тока возбуждения m,n-го излучателя ФАР для заданного положения луча, рассчитываемая вычислителем фаз в соответствии с выражением φл mn = k(n dх соs Өx0 + m dy соs Өу0),

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

(2)

где соs Өx0 и соs Өу0 — направляющие косинусы главного максимума ДН ФАР;; dх и dy — расстояния между излучателями ФАР по оси х и у соответственно; k =2π/λ — волновое число; λ — рабочая длина волны МРЛС. Процесс вычисления может быть значительно ускорен за счет использования вычислителей в каждом из независимо управляемых фрагментов ФAP (подрешеток), т.е. путем распараллеливания этого процесса. 3начительно упростить техническую реализацию СУЛ позволяет использование так называемого строчно-столбцового способа формирования команд управления фазовращателями, при котором выражение (2), определяющее порядок расчета фаз, приводится к виду φл mn = φл m + φл n ,

(3)

где φл m и φл n — фазы токов возбуждения излучателей m-й строки и n-го столбца соответственно: φл m = k m dy соs Өу0 ;

(4 )

φл n = k n dх соs Өx0 .

(5)

Значения фаз, сформированные в вычислителе в соответствии с выражением (1), устанавливаются в каналах управления пассивных ФАР с помощью фазовращателей. Число каналов управления в случае разбиения полотна ФАР на под решетки не может быть равным числу излучающих элементов. В настоящее время наиболее часто используются полупроводниковые и ферритовые фазовращатели, которые, в свою очередь, также подразделяются на проходные и отражательные [13]. Принцип работы полупроводниковых фазовращателей основан на взаимодействии волны, распространяющейся по линии передачи CBЧ, с включенной в нее комплексной нагрузкой, сопротивление которой изменяется под воздействием управляющего сигнала. В качестве управляемой комплексной нагрузки чаще всего используются p-i'-n-диоды, сопротивление которых изменяется в зависимости от величины и полярности приложенного управляющего напряжения, а также полевые транзисторы. Принцип работы ферритовых фазовращателей заключается в том, что под воздействием внешнего постоянного магнитного поля изменяется магнитная проницаемость феррита (ферромагнитного материала, способного намагничиваться в слабом магнитном поле). Варианты конструкций фазовращателей достаточно подробно описаны, например в [13-16]. Управление фазовращателями может быть аналоговым и дискретным. При аналоговом управлении осуществляется плавное изменение фазового сдвига радиосигнала пропорциональное величине управляющего напряжения (тока). Недостатками этого способа управления являются низкая стабильность, большое потребление энергии, а также сложность, значительные габариты и вес управляющего устройства. Поэтому в настоящее время практически во всех РЛС с ФАР используется дискретное управление АФР на ее раскрыве. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

При дискретном управлении происходит ступенчатое изменение фазового сдвига. В этом случае фазовращатели работают в режиме, при котором используются только две крайние области их характеристик. Диоды дискретных полупроводниковых фазовращателей работают в ключевом режиме: их сопротивление близко к нулю при подаче напряжения прямого смещения и резко увеличивается при обратном напряжении смещения. Это позволяет изменять длину линии передачи либо изменять характер нагрузки (активного на реактивный) и как следствие — фазу радиосигнала. Поэтому такие фазовращатели могут состоять из секций, осуществляющих фиксированный фазовый сдвиг путем переключения линий передачи, либо из секций подключающих к линии реактивную нагрузку [15]. Используются также конструкции дискретных фазовращателей, состоящих из фазосдвигающих секций различных типов. В ферритовых фазовращателях используются тороидальные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. Перевод феррита из одного состояния намагниченности в другое осуществляется импульсом тока соответствующей полярности, пропускаемым через проводник, проходящий внутри сердечника. Ферритовые фазовращатели, по сравнению с диодными, имеют более значительные габариты и вес. Поэтому их использование в ФАР мобильных РЛС имеет место лишь при небольших количествах каналов управления. Для сопряжения дискретных фазовращателей с вычислителем фаз, построенным на элементах цифровой техники, их выполняют в виде последовательного соединения секций — двоичных разрядов (рис.5 и 6), каждая из которых обеспечивает определенный фазовый сдвиг. Секции

Управляющие напряжения Рис.5

Излучатель

Управляющие напряжения

Рис.6

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Фазовый сдвиг, реализуемый младшим разрядом фазовращателя, носит название дискрета его переключения Δφ, величина которого определяется требуемой точностью управления лучом ФАР. С увеличением дискрета Δφ значительно увеличивается уровень боковых лепестков диаграммы направленности ФАР, снижается уровень ее главного максимума, а также точность его установки в требуемое направление. Выбор же чрезмерно малого Δφ приведет к фактической утрате преимуществ дискретного управления перед аналоговым, так как наряду со значительным улучшением характеристик излучения приведут к усложнению аппаратуры управления, увеличению ее габаритов и веса, а также к снижению оперативности управления лучом ФАР. Поэтому дискрет переключения фазовых состояний фазовращателей ФАР современных РЛС в настоящее время лежит в пределах от 12,25о (т.е. π /16 рад) до 45о (т.е. π/4 рад). Величина дискрета Δφ определяет число фазовых состояний фазовращателя S. Эти величины связаны между собой соотношением S = 2π / Δφ .

(6)

Именно величина S определяет необходимое количество секций фазовращателя, Для изображенного на рис.5 проходного дискретного фазовращателя число секций — p, осуществляющих фиксированный фазовый сдвиг путем подключения к линии передачи реактивной нагрузки, определяется выражением p =log2S, а для отражательных полупроводниковых

(7)

фазовращателей (см. рис.6) число секций, осуществ-

ляющих переключение (изменение) длины линии передачи, определяется как p = S - 1. Расстояния между секциями такого фазовращателя L определяются из соотношения рабочей длины волны λ и числа его состояний S / L = λ / 2S. Тогда, для случая S = 8 (пример, изображенный на рис.6) L = λ / 16, а требуемые состояния фазовращателя (кроме нулевого, имеющего место в случае, когда все секции разомкнуты и СВЧсигнал практически без потерь проходит до противоположной входному отверстию стенки волновода и обратно) будут соответствовать определенным фазовым набегам до закороченной i -й секции (табл. 1). Таблица 1 Требуемое состояние фазовращателя 45о (2 х 22,5о) 90о (2 х 45о) 135о (2 х 67,5о) 180о (2 х 90о) 225о (2 х 112,5о) 270о (2 х 135о) 315о (2 х 157,5о)

Номер закороченной секции 1 2 3 4 5 6 7

Фазовый набег до i-й секции и обратно 2 х λ /16 4 х λ /16 6 х λ /16 8 х λ /16 10 х λ /16 12 х λ /16 14 х λ /16

Число элементов кода управления фазовращателя определяется его разрядностью, т.е. количеством секций. Так, для изображенного на рис.5 трехразрядного проходного фазовращателя, код 101 соответствует фазовому сдвигу: φ101 = 180о + 45о = 122,5° ( т.е. π /4 + π = 1,25 π). Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Для отражательного фазовращателя такому же фазовому сдвигу будет соответствовать код 0010000, т.е. секция 3 закорочена (см. табл.1). Снижение числа секций при заданном значении дискрета переключения Δφ обеспечивается путем применения комбинированных схем построения, которые предусматривают использование в таких фазовращателях проходных фазосдвигающих секций (т.е. секций, осуществляющих фиксированный фазовый сдвиг путем подключения линии передачи реактивной нагрузки). Так, в случае использования в составе отражательного фазовращателя (см. рис.6) вместо отражательной секции 1 проходной фазосдвигающей секции, обеспечивающей фазовый сдвиг 22,5о, отпадает необходимость использования секций 3, 5 и 7. Габаритные размеры фазовращателя при этом останутся прежними (рис. 7). Таким образом, для получения восьми фазовых состояний (Δφ = 45о) такому отражательному фазовращателю потребуется четыре фазосдвигающие секции. Необходимый фазовый сдвиг обеспечивается подачей управляющих напряжений на управляющие входы секции в соответствии с табл.2, построенной на основе [19].

Рис. 7 Таблица 2 Номер секции

1 2 3 4

Фазовое состояние, град

О -

45 + -

90 + -

135 + + -

160 + -

225 + + -

270 +

315 + +

П ри м е ч а н и е. Для серийно выпускаемого фазовращателя "Полонез" [19]: "-" соответствует напряжению 27 В ± 10% (команда О); ••" +" соответствует напряжению -1 В ± 10% (команда 1).

Следует отметить, что минимально необходимое количество элементов кода для обеспечения требуемого числа состояний фазовращателя S определяется в соответствии с соотношениями (6) и (7) : p =log2 (2π / Δφ) . При этом код управления, поступающий от вычислителя фаз, может быть параллельным либо последовательным [14]. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

(8)

В соответствии с вышеизложенным, устройство управления m, n - фазовращателем ФАР выполняет следующие функции: прием и хранение кодов команд управления, поступающих от вычислителя фаз и соответствующих требуемому угловому положению луча; приём и хранение (либо только хранение) кодов корректирующих воздействия (коллимационных поправок, команд управления нулями ДН и т.п.); суммирование кодов команд управления с кодами корректирующих воздействий и получение кода управления фазовращателем; преобразование кода управления в код, соответствующий конструкции фазовращателя, и последующее преобразование этого цифрового кода в напряжения, необходимые для управления переключающими элементами секций фазовращателя. Конструкция устройства управления фазовращателем, таким образом, определяется как выбранным типом фазовращателя, типами переключающих элементов его секций, их конструкцией и количеством, так и архитектурой СУЛ в целом: способом формирования команд управления, видом кода команды, способами формирования компенсирующих воздействий, количеством независимо управляемых фрагментов ФАР и т.п. Далее рассмотрим принципы функционирования МРЛС с временным разделением каналов, предназначенной для слежения за ОН, попадающим в зону ее ответственности (сектор разведки). Принципы функционирования МРЛС с временным разделением кананалов Принципиальное отличие структурной схемы МРЛС с временным разделением каналов (рис. 8) от схемы, изображенной на рис. 2, заключается в наличии СУЛ, рассмотренной ранее.

Рис.8 Станция начинает работу с обзора пространства и поиска объектов наблюдения (рис. 9). Последовательность обзора по азимуту, углу места и дальности определяется бортовым компьюГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

тером. Информация о требуемом положении луча антенны по азимуту и углу места передается системе управления лучом. По этим данным входящий в ее состав вычислитель фаз осуществляет расчет команд управления фазовращателями и передает их каналам управления ФАР с целью формирования на раскрыве требуемого АФР с точностью, определяемой техническими характеристиками МРЛС, а также ее техническим состоянием.

РРР Рис.9 После установки всех фазовращателей ФАР в заданные состояния (т.е. перефазировки ФАР) передающей и приемной системам, а также обнаружителю подается команда на проведение зондирования. Принятый РЛС сигнал подвергается преобразованию и обработке с целью извлечения полезной информации. Различают первичную и вторичную обработку информации, поступающей с выхода приемной системы РЛС. Первичная

о б р а б о т к а радиолокационной информации включает в себя обна-

ружение полезного сигнала в шумах; оценку его параметров (измерение координат обнаруженных целей). Дополнительными операциями могут быть: кодирование координат обнаруженного ОН; первичная нумерация ОН; запоминание координат ОН. Как правило. первичная обработка осуществляется в МРЛС цифровыми методами. Качество выполненных операций характеризуется вероятностями правильного обнаружения D и ложной тревоги F для операции обнаружения и среднеквадратическим отклонением оценки параметров сигналов би — для. операции оценки параметров. При первичной обработке используются статистические отличия полезных сигналов от помех. Состав оцениваемых параметров сигнала устанавливается при создании системы первичной обработки. Такими параметрами являются: запаздывание принятого сигнала относительно Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

зондирующего (соответствует дальности до ОН), наклон фазового фронта принятого сигнала (пеленг ОН); доплеровское смещение частоты принятого сигнала (радиальная скорость движения ОН) и т.д. Таким образом, радиолокационный поиск необходимо рассматривать как процесс обследования посредством РЛС заданной области пространства для обеспечения РЛ контакта с ОН на время, достаточное для обнаружения отраженного от нее сигнала с заданной вероятностью при допустимом значении вероятности ложны тревог. Для проведения поиска осуществляют обзор заданной области пространства по угловым координатам и дальности, в процессе которого для каждого элемента разрешения решают статистическую задачу обнаружения сигнала на фоне помех. Сигналы обнаруживаются по результатам обработки пачки импульсов, отраженных от OН. При неподвижном луче ФАР накапливается заданное (определяемое командами бортового компьютера) количество импульсов, в результате чего в соответствии с принятым в данной МРЛС критерием обнаружения выносится решение о наличии или отсутствии полезных сигналов в данном направлении. Обнаружители, обрабатывающие фиксированное число импульсов, называются обнаружителями с фиксированным объемом выборки (ФОB). Оптимизация обнаружителей с ФOB (минимизация вероятности ошибочных решений F) осуществляется на основе критерия Неймана-Пирсoна [20]. Среднее число обрабатываемых импульсов при заданных характеристиках обнаружения может быть минимизировано на основе критерия последовательного наблюдения, предложенного А. Вальдом [21]. Обнаружители, позволяющие значительно снизить временные затраты, называют последовательными. Радиолокационное обнаружение целей обычно осуществляется на фоне помех различного происхождения: активных и пассивных, преднамеренных и непреднамеренных [22]. В РЛС с ФАР наряду с известными методами селекции движущихся целей (СДЦ), как в аналоговом, так и в цифровом вариантах [23], возможна реализация специфического метода защиты от этих помех — адаптивной пространственно-временной селекции, сущность которой заключается в создании АФР на раскрыве ФАР, обеспечивающего формирование глубоких провалов в ее ДН, направленных на источники помех. При этом обеспечивается защита как от активных, так и от пассивных помех, положение которых в пространстве может изменяться в процессе функционирования МРЛС [24]. В результате обнаружения сигналов формируются радиолокационные метки, которые представляют собой оценки мгновенных значений параметров источника обнаруженного сигнала. Вторичная

о б р а б о т к а радиолокационной информации проводится с целью из-

влечения из совокупности отметок необходимой информации и выработки на ее основе определенных решений, содержание которых зависит от назначения РЛС. Вторичная обработка включает в себя следующие операции: обнаружение (автозахват) траекторий целей — принятие по нескольким отметкам решения о наличии или отсутствии ОН; сопровождение ОН, сглаживание параметров траекторий ОН — оценку координат и параметров движения ОН; экстраполяцию траекторий — вычисление параметров траектории на наблюдаемом участГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

ке; распознавание типа ОН (например, мина, снаряд, ракета и т.п.). Если при первичной обработке используются статистические отличия полезных сигналов от помех, то при вторичной обработке в основном используются статистические характеристики траекторий ОН, поступающих от обнаружителя в течение некоторого интервала времени (см. рис. 9). Критериями качества операции обнаружения траекторий являются вероятности их правильного и ложного обнаружения. Критериями качества операции сопровождения траекторий ОН являются среднеквадратические погрешности оценок параметров траекторий — изменяющихся во времени координат цели, скорости и т.д. Алгоритмы вторичной обработки радиолокационной информации реализуются в современных РЛС в виде соответствующего программного обеспечения их бортовых компьютеров. На основе данных вторичной обработки радиолокационной информации могут вырабатываться команды управления формой и направлением главного максимума ДН, команды управления средствами поражения (т.е, наведения), и т.д. В силу статистического характера РЛ информации нельзя еще достоверно утверждать, что полученная РЛ отметка сформирована в результате приема сигнала действительно отраженного от цели, т.е. наряду с истинными могут формироваться и ложные отметки. Поэтому для окончательного обнаружения ОН (а не сигнала) необходимо осуществить обнаружение его траектории, т.е. привязать РЛ отметки, полученные через определенные интервалы времени наблюдения, к ожидаемой траектории, характер которой определяется видом обнаруживаемых РЛС объектов наблюдения (баллистические, аэродинамические и т.п.). Таким образом, если в результате поиска в момент времени t1 (см. рис. 9) обнаружен полезный сигнал, то в таблице регистрации запросов (ТРЗ), которая хранится либо в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) бортового компьютера, либо (в случае оцифровки сигналов после обработки в приемной системе) в ОЗУ системы первичной обработки информации записывается требование на проведение обнаружения траектории, т.е. ОН передается на этап автозахвата. При этом в ТРЗ для объекта наблюдения №1 регистрируется время начала зондирования t1, к которому добавляется время Т2 , называемое интервалом обращения к ОН на этапе захвата, а также полярные координаты предполагаемого объекта наблюдения. После этого до момента времени t1 + Т2 продолжается поиск других ОН, затем луч ФАР перебрасывается в направление, соответствующее угловым координатам ОН №1 (см. рис. 9). Процесс обнаружения траектории обычно разбивается на два этапа: завязки траектории (ЗТ) и ее подтверждение (ПТ) [9]. Для завязки траектории достаточно двух отметок, поэтому при выполнении этой операции используется критерий "2 из m". Завязка траектории начинается с образования вокруг обнаруженной отметки так называемого начального строба первичного захвата. Строб имеет форму сферического слоя с размерами: ΔRcтp = 2 Rмах Tзт; Δαcтp = 2 αмах Tзт; Δεαcтp = 2 εмах Tзт;

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

где Rмах ; αмах ; εмах — максимально возможные радиальная и угловые скорости цели соответственно; Tзт — интервал времени, через который получается вторая отметка. В рассматриваемых многоканальных РЛС интервал Tзт выбирается таким, чтобы перемещение ОН за это время хотя бы по одной из трех измеряемых координат значительно превышало погрешности измерения этой координаты. В этом случае по двум отметкам может быть вычислена оценка вектора скорости ОН и предсказано ее положение на интервал экстраполяции Tпт , что необходимо для осуществления второго этапа - подтверждения траектории. Таким образом, если после m зондирований вторая отметка не обнаружена, первая сбрасывается как ложная. В связи с тем, что в рассматриваемом на рис. 9 примере на момент времени t1 + Т2 информация о скорости и направлении движения ОН №1 отсутствует, осуществляется его поиск в течение времени τ2 в объеме начального строба захвата. После получения второй отметки от ОН №1 по двум известным точкам экстраполируется ее положение на момент времени t1 + 2Т2 и вновь регистрируется заявка на ТРЗ. Если к моменту времени t1 + 2Т2+ τ2 в ТРЗ нет заявок (а в рассматриваемом на рис. 9 примере именно такая ситуация и имеет место для ОН №1), то обзор пространства продолжается с той точки. где он был прерван. Далее завязанная таким образом траектория ОН №1 передается на этап подтверждения, сущность которого состоит в следующем. По полученным на этапе завязки и двум РЛ отметкам осуществляют оценку вектора скорости, по которой методом линейной экстраполяции прогнозируют положение ОН на интервале ТПТ, величину которого выбирают такой, чтобы приращение координаты х за это время значительно превышало погрешность измерений, но при этом траекторию можно было бы считать линейной. Для упрощения технической реализации целесообразно выбирать ТПТ = Tзт (на рис. 9 этот временной интервал обозначен как Т2). Если в очередном стробе подтверждения произойдет пропуск радиолокационной отметки, осуществляют экстраполяцию еще на интервал ТПТ , и т.д. В дальнейшем для экстраполяции координат в каждой следующей точке используются результаты измерений в двух предыдущих точках. Для подтверждения траектории может использоваться логический критерий l из n, либо критерий последовательного анализа [21]. В первом случае число испытаний n фиксируется заранее и решение о подтверждении траектории выносится при положительных исходах. Во втором случае по результатам исходов испытаний в каждом стробе подтверждения формируется логарифм отношения правдоподобия, который последовательно, после каждого испытания сравнивается с двумя порогами — верхним и нижним, и решение о подтверждении или сбросе траектории как ложной осуществляется при превышении соответствующего порога. Основными показателями эффективности этапа подтверждения траекторий являются вероятность подтверждения истинной траектории, вероятность подтверждения ложной траектории и время на принятие решения. Этап автозахвата (обнаружения траекторий) завершается после измерения координат ОН в тpeбyeмом количестве точек. Далее при выполнении критерия подтверждения ОН №1 передается на этап сопровождеГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

ния путем замены в ТРЗ признака заявки на зондирование. При этом запрос в ТРЗ остается на том же месте, но уже регистрируется момент времени

t1 + 3Т2+ Т3 (Т3 — интервал обращения к ОН

на этапе автосопровождения). При невыполнении критерия подтверждения осуществляется сброс траектории как ложной. Радиолокационное сопровождение представляет собой процесс измерения с заданной точностью текущих координат и параметров движения ОН как функций времени, т.е. в процессе сопровождения ОН выполняются операции экстраполирования параметров движения ОН на период Т3 (см. рис. 9) и сглаживания. При активном сопровождении луч антенны в заданные моменты времени направляется на ОН, положение которого экстраполировано по результатам предыдущих измерений. Измерение координат в окрестности экстраполированной точки осуществляется по величине сигнала ошибки, пропорциональной отклонению истинных координат ОН от экстраполированных. Сигнал ошибки по угловым координатам формируется моноимпульсным методом, как отношение амплитуд сигналов в разностном и суммарном каналах [17], а по дальности по величине временного рассогласования между стробом дальности и отраженным от ОН сигналом. Для активного дискретного сопровождения цели может быть использован один из двух алгоритмов экстраполяции — динамический или кинематический. Динамический алгоритм предполагает учет действующих на ОН сил, причем экстраполируемая траектория должна подчиняться уравнениям движения, учитывающим эти силы. Алгоритм позволяет осуществлять экстраполяцию траектории с высокой точностью на большой интервал времени, однако использование его для сопровождения нескольких целей встречает значительные трудности из-за ограниченного быстродействия вычислительных устройств. Динамические алгоритмы экстраполяции находят применение, например, при определении точек вылета и падения баллистических ОН. В случае использования алгоритмов кинематического сопровождения экстраполируемая траектория представляется в виде полинома с временем в качестве аргумента, параметры которого должны удовлетворять координатам ОН, измеренным РЛС. Поскольку этот алгоритм не базируется на уравнениях движения ОН, он не может обеспечить экстраполяцию на такой же большой интервал времени, как и динамический. Однако он в меньшей степени загружает вычислительное устройство. Поэтому кинематический алгоритм оказывается более предпочтительным для организации активного сопровождения ОН. Оценка или сглаживание параметров траектории - это вычисление значений параметров траектории (координат, составляющих скорости и производных координат более высокого порядка) по данным измерений координат, полученных при сопровождении ОН с помощью РЛС. Радиолокационная станция в моменты времени t1, t2,…,tm производит m измерений координаты u с погрешностями ответственно q1, q2, …, qm. Для определения параметров движения ОН выбирают сглаживающую функцию, описывающую изменения его координат во времени, а затем находят оценки параметров этой функции. Выбор сглаживающей функции зависит от типа ОН. Например, для оценки параметров траекторий аэродинамических и баллистических ОН может использоваться полиномиальная модель движения [10]. Пусть, например, проекция траектории ОН на одну из осей координат аппроксимируется Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

полиномом степени J: J

u(t)=∑ аj tj =a0 t0 + a1 t1 +a2 t2 + … +aj tj, j=o

где коэффициенты полинома аj — параметры траектории, пропорциональные производным порядка j координаты u. В процессе сглаживания необходимо определить параметры траектории a0 , a1 , a2 ,…, aj , т.е. вычислить их оценки по измеренным значениям координат u1, u2,…, um, полученные в моменты времени t1, t2 ,…, tm с соответствующими погрешностями q1, q2 ,…, qm . Для определения параметров траектории ОН используется ряд методов, которые часто называют методами фильтрации: метод наименьших квадратов; рекуррентные методы. В последние десятилетия для сглаживания параметров траекторий ОН, сопровождаемых в реальном масштабе времени, применяется фильтр Калмана и его модификации. Сравнительный анализ методов фильтрации приведен в [10], где показано, что выбор метода оценки параметров траектории зависит от характера движения ОН, требуемой точности определения параметров, а также от быстродействии бортового компьютера РЛС и имеющихся у него объемов памяти. В память могут быть заложены несколько алгоритмов сглаживания, выбираемых в процессе работы в зависимости от характера ожидаемых ОН.

Рис. 10

На рис. 10 приведены основные величины, используемые на этапе сопровождения ОН: * — измеренные значения координат u(u1, u2,…, um); • — оценки координаты u внутри временного отрезка t1, t2 ,…, tm (сглаженные координаты ОН); Δ — оценки координаты u за пределами временного отрезка t1, t2 ,…, tm (экстраполированные координаты ОН). Таким образом в процессе сопровождения траектории неоднократно решаются следующие задачи: оценка параметров траектории ОН (координат, составляющих скорости и т.д.) по дискретным данным, поступающим в моменты времени , t1, t2 , t3 ,…; экстраполяция параметров траектории на период обращения к ОН по результатам двух и более измерений его координат; выделение упрежденной области, в которую с заданной вероятностью должна попасть новая отметка ОH (стробирование пространства); Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

сличение новых отметок, попавших в строб, для выбора из всех одной, при которой продолжается траектория (селекция отметок в стробе). При автосопровождении устанавливается критерий сброса траектории. Сброс траектории с сопровождения производится при появлении определенных серий пропусков отметок в стробах сопровождения. В МРЛС разведки огневых позиций после накопления достаточного количества информации о параметрах траектории ОН и выполнения критерия завершения автсопpовoждения ОН обращение к нему прекращается (см. рис. 9). Информация о параметрах траектории из соответствующей ТР3 извлекается для определения точек падения и (или) вылета ОН. Для определения течек падения (вылета) мин, снарядов, ракет и для прогнозирования: положения других ОН используют методы экстраполяции траекторий. Сущность методов экстраполяции траекторий заключается в том, что по найденным оценкам параметров траекторий и заданному времени прогнозирования tпр определяется значение координаты ОН на время tпp. Экстраполяция траектории баллистических ОН сводится к построению недостающего участка траектории по значениям ее параметров, найденным в результате сглаживания. По своей постановке задача экстраполяции траекторий баллистических целей совпадает с задачей расчета конечного (начального) участка траектории. Недостающий участок траектории строится путем решения системы дифференциальных уравнений методом, основанным на использовании параболической теории полета снаряда [9,10]. Для повышения точности экстраполяции учитывают также направление и величину скорости ветра, вращение и форму Земли, отклонение действительных параметров атмосферы от нормальных (табличных), данные о типе ОН и т.п. При радиолокационном распознавании типа ОН могут быть использованы следующие их признаки: поляризационные свойства отражающих сигналов; амплитудные и фазовые спектры отраженных от ОН сигналов; величины и характер изменения ЭПР объекта; баллистические и тактические свойства объектов [25]. Для разработки алгоритмов распознавания необходимо располагать статистическими закономерностями информативных признаков различных ОН. Эти признаки заносятся в память бортового компьютера РЛС. Признаки ОН. полученные в процесс е распознавания. сравниваются с эталонами и принимается решение в пользу наиболее вероятной гипотезы. Баллистические свойства ОН (составляющие скорости, ускорения, направления движения, баллистический коэффициент) могут быть получены при сглаживании траектории. Для получения спектров, поляризационных характеристик или значений ЭПР приходится использовать специальную чувствительную аппаратуру (датчики). Координаты прогнозируемых положений ОН, а также информация о типе ОН передается ее потребителям с помощью АПД. Возможность одновременного обслуживания многих целей основана на известной теореме Б. Котельникова [7]. Дискретное представление траекторий позволяет осуществлять временное разделение процессов измерения текущих координат и параметров движения ОН на этапах поиска, автозахвата и автосопровождения, т.е. по сути дела осуществлять одновременное выполнение этих этапов для нескольких ОН. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

В течение периода обращения к ОН на этапе обнаружения траектории Т2 возможно либо выполнение поиска других ОН (рис. 11 ситуация А для ОН №1), либо выполнение этапа обнаружения траектории другого ОН (ситуация В для ОН № 2), либо выполнение этапа сопровождения траектории другого ОН (ситуация В для ОН № 2). Кроме того, в процессе дискретного обращения к ОН возможны ситуации, когда по истечении интервала обращения к ОН луч не может быть направлен на него, так как он обслуживает в это время другой объект (ситуация Г для ОН № 2 и ситуация для ОН № 4). В этом случае образуется так называемая очередь на обслуживание ОН.

Рис.11 Для принятия решения о выборе ОН в подобных ситуациях каждому из этапов функционирования МРЛС назначается приоритет. Самый низкий приоритет имеет этап поиска, а самый высокий — этап сопровождения ОН. В соответствии с этими приоритетами на основании признаков этапов функционирования для ОН, имеющихся в ТР3 на текущий момент времени, определяется очередность установки луча ФАР в требуемые направления. Время пребывания ОН в очереди на обслуживание также фиксируется в ТР3 и используется в дальнейшем при определении экстраполированных положений луча. Вопрос о количестве каналов МРЛС, затрагивающий важнейшую ее техническую характеристику — пропускную способность, тесно связан с материальными затратами на аппаратуру МРЛС. Поэтому имеет смысл выяснить, сколько каналов должна иметь МРЛС, чем эти требования определяются и как они реализуются. В соответствии с приведенным ранее определением под информационным каналом такой МРЛС понимается совокупность устройств и физических средств, передающих сигналы от источГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

ника сообщений к потребителю этой информации. При этом отдельные из этих устройств могут быть общими для нескольких каналов [4]. Применительно к РЛС с временным разделением каналов общими элементами информационных каналов являются: передатчик, ФАР, приемник и обнаружитель. Все они обрабатывают данные, поступающие от множества ОН, в мультиплексном режиме, т.е. с квантованием по времени. Вычислительное устройство (компьютер), осуществляющее вторичную обработку радиолокационной информации, также является общим элементом информационных каналов, однако его внутренняя структура позволяет довольно четко выделить элементы, присущие каждому отдельному каналу. Такими элементами каналов могут быть области памяти вычислительного устройства, выделяемые для регистрации данных по обслуживаемым ОН. А при распapaллеливании вычислительного процесса и использовании многопроцессорного бортового компьютера для каждого обслуживаемого ОН (либо для определенного числа ОН) выделяется процессор со своей областью памяти. Поэтому возможности МРЛС по количеству одновременно обслуживаемых ОН ограничиваются количеством выделанных областей памяти и (или) количеством процессоров, выделенных для вторичной обработки радиолокационной информации, и их быстродействием. Однако можно потребовать столько областей памяти или столько процессоров, сколько в реальных условиях никогда не будет занято даже наполовину. В связи с этим необходимо согласовать количество каналов, образуемых в режиме временного разделения цепочкой: передатчик ФАР - приемник - СПОИ, с количеством выделяемых областей памяти (процессоров) бортового вычислительного устройства, осуществляющего вторичную обработку информации путем предъявления к последней обоснованных требований. Достаточное количество выделяемых областей памяти вычислительного устройства (либо процессоров) определяется исходя из интенсивности потока ожидаемых ОН, параметров их движения и отражающей способности, а также исходя из производительности вычислительных средств, обеспечивающих реализацию этапов обнаружения и сопровождения траектории ОН [3]. Завершая рассмотрение принципов функционирования МРЛС, необходимо отметить, что современные многоканальные радиолокационные комплексы представляют собой довольно сложные технические устройства. Поэтому для обеспечения заданного уровня показателей надежности в состав их радиолокационной аппаратуры, кроме показанных на рис. 8, включают системы, обеспечивающие контроль функционирования наиболее важных узлов.

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

2. МНОГОКAНAЛЬНЫЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС "ЗООПАРК —1" Назначение, перечень решаемых задач и состав аппаратуры Радиолокационный комплекс (РЛК) "Зоопарк-1" предназначен для разведки по выстрелу (пуску) огневых позиций минометов, ствольной артиллерии, реактивных систем залпового огня (РСЗО), стартовых позиций тактических ракет (ТР), а также для корректирования огня артиллерии в ходе стрельбы на поражение в различных условиях боевой обстановки. Радиолокационный комплекс "Зоопарк-1" обеспечивает решение следующих основных задач: автоматический поиск, обнаружение, захват и сопровождение баллистических целей (мин, снарядов, ракет) на траекториях полета; измерение сферических координат (дальности, азимута и угла места) баллистических целей в процесс е автоматического захвата и сопровождения; распознавание классов и калибров стреляющих систем; определение прямоугольных координат (в EГСПК) центра, фронта и глубины огневых позиций стреляющих систем при разведке и точек падения баллистических ОН при пристрелке целей и корректировании огня артиллерии (контроле пусков тактических ракет) в ходе стрельбы на поражение; формирование и передачу нормализованных сообщений (кодограмм) с данными о разведанных целях, результатах пристрелки целей и корректирования огня в ходе стрельбы на поражение; прием кодограмм с данными для выполнения задач разведки, пристрелки целей и корректирования огня в ходе стрельбы на поражение. В состав радиолокационного комплекса "Зоопарк-1" входят: многоканальная радиолокационная станция, обеспечивающая с помощью входящей в её состав радиолокационной аппаратуры (РЛА) и специализированной цифровой вычислительной машины (СЦВМ) "Сайвер" (именуемой в дальнейшем как цифровое вычислительное устройство — ЦВУ) первичную и вторичную обработку радиолокационной информации; средства связи (радиостанция P-123M - 2 комплекта, радиопереговорное устройство P-124, устройство передачи и приема сигналов P-0I2M, телефонный аппарат ТА-57); аппаратура передачи данных (АПД) - 2 комплекта; средства навигации (радионавигационная аппаратура 1Т130M, курсовая система "Маяк-2") и ориентирования (гирокомпас 1Г50, артиллерийская буссоль ПАБ-2АМ, визир ориентирования 1T25-1); автоматизированный планшет (блок СНР-66); аппаратура дoкумeнтирования (печатающее устройство П-115М); система электропитания (генераторный комплекс ГИ 20/3000, электростанции ЭД30-Т2З0П-ВП); аппаратура жизнеобеспечения (фильтровентиляционная установка, отопительновентиляционная установка OB-65Г, кондиционер 1К21-1М1, комплект ДК-4Д, прибор химической и радиационной разведки ГО-27, огнетушители); оптические средства наблюдения (танковые наблюдательные приборы ТBH-2Б, смотровые приборы ТНПО-170А); комплект одиночного и группового ЗИП; Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

машина технического обслуживания (МТО) 1ИЗО; комплект эксплуатационной документации. Аппаратура и оборудование РЛК размещаются на ходовой базе многоцелевого легкобронированного тягача МТ-ЛБy, обеспечивающего высокую проходимость, возможность преодоления водных преград на плаву, защиту расчета и аппаратуры от осколков снарядов и пуль. Машина

технического

обслуживания

предназначена для обеспече-

ния технического обслуживания аппаратуры РЛК "Зоопарк-1" в полевых условиях. В кузове-фургоне K14320, размещаемом на шасси автомобиля "Урал-43203", установлены измерительные приборы для проведения технического обслуживания и текущего ремонта, запоминающее устройство на магнитной ленте (ЗУМЛ-75-40-900), СЦВМ "Сайвер" , телетайп П-115Б. В качестве средств связи установлена радиостанция P-I73M. Радиолокационный комплекс "Зоопарк-1"обслуживает расчет в следующем составе: начальник комплекса; командир отделения - старший оператор РЛС; механик-водитель MT-ЛБу; оператор МТО; водитель МТО-электрик. Средства связи

и AПД обеспечивают: переговоры номеров расчета между собой;

связь начальника комплекса и старшего оператора с командиром (начальником штаба) обслуживаемого подразделения для получения исходных данных и передачи информации о разведанных целях. Для обеспечения автоматизированного информационного обмена с помощью АПД служит отдельная СЦВМ "Сайвер ". Средства навигации

и

о р и е н т и р о в а н и я обеспечивают: определение

координат местоположения РЛС как в движении, так и на позиции; определение дирекционного угла продольной оси МТ-ЛБу (автономно или при помощи ориентира с известными координатами), а также высоты над уровнем моря. Система

э л е к т р о п и т а н и я (СЭП) обеспечивает электропитание составных час-

тей изделия. В движении электропитание системы навигации и ориентирования, а также средств связи и АПД обеспечивается напряжением бортовой сети шасси MT-ЛБу. При боевой работе электропитание РЛА осуществляется от станции электропитания с отбором мощности от ходовой части двигателя шасси MT-ЛБу. В изделии предусмотрена также возможность работы от внешнего источника питания (сети 220 В 400 Гц). Для обеспечения электропитанием аппаратуры МТО и РЛК " Зоопарк-1" при его техническом обслуживании и ремонте используется дизельная электростанция мощностью 30 кВт. Аппаратура

ж и з н е о б е с п е ч е н и я предназначена для создания необходи-

мых условий на рабочих местах членов расчета, сигнализации и автоматического включения фильтровентиляционной установки (ФВУ) при наличии в окружающем воздухе отравляющих веществ и радиационных излучений. Противоатомная и химическая защита достигается герметизацией бронированного корпуса с помощью автоматически закрываемых заслонок и создания внутри корпуса избыточного давления воздуха с помощью фильтровентиляционной установки. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Оптические

средства

н а б л ю д е н и я обеспечивают вождение изделия в

дневных и ночных условиях, а также возможность визуального наблюдения обстановки вокруг изделия без выхода номеров расчета из машины при закрытых люках. Используемые в РЛК планшет и аппаратура документирования обеспечивают визуальное отображение точек вылета (падения) ОН на реальной топографической карте местности и документирование отправляемых внешним потребителем сообщений. Использование в составе РЛК автоматизированного планшета предусматривает определение прямоугольных координат огневой позиции (ОП) (либо стартовой позиции — СП) в Единой Государственной системе прямоугольных координат (ЕГСПК) лишь при отсутствии цифровой карты местности. Основные тактико-технические характеристики комплекса Весовые, габаритные и эксплуатационные характеристики Боевая масса, т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15,9

Длина, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7,79

Ширина, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2,85

Высота в походном (боевом) положении, м . . . . . . . . . . . . . . .

3,34(5,45)

Максимальная скорость движения по шоссе, км/ч . . . . . . . . . .

60

Скорость преодоления водной преграды на плаву, км/ч . . . . .

6

Запас хода по топливу, км . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

500

Характеристики радиолокационной аппаратуры Дальность разведки ОП (СП) по выстрелу (пуску), км: минометов (калибра 81-, 106,7-, 120-мм) . . . . . . . . . . . . . . гаубиц (калибра 105-, 155-, 20З-мм) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 —1З 9

РСЗО (типа "LARS", MLRS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 — 20

ТР (типа "LANS"). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .

35 — 40

Примечание. Дальность разведки артиллерии обеспечивается при углах наблюдения, град: снарядов 105-, 20З-мм — 15 - 90, снарядов 155-мм — 15 - 30, 35 - 45, 55 - 90. Минимальная дальность разведки ОП, км: минометов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .

3,5

гаубиц. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .

4,6 — 6,0

РСЗО. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .

5,7 — 8,0

Дальность корректирования (контроля) стрельбы (пусков) во всем секторе одновременного обзора с вероятностью Р = 0,8 по первому выстрелу, км: минометов (120-, 160-, 240-мм) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 —20

гаубиц (122-, 152-, 20З-мм) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 — 15

РСЗО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 — 30

ТР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35 — 40

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Сектор одновременного обзора (сектор разведки) в азимутальной плоскости, град . .40 - 60 Срединные ошибки определения координат целей (с учетом рельефа местности, ошибок топопривязки и ориентирования средствами комплекса, при удалении позиции комплекса от опорной точки до 5 км), м. а) при разведке

б) при контроле

минометов. . . . . . . . . . . . . 30

. . . . . . . . . . . . . . . . . .40

гаубиц. . . . . . . . . . . . . . . . . 40

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

РСЗО. . . . . . . . . . . . . . . . . .60

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

ТР. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Количество одновременно сопровождаемых мин (снарядов, ракет), шт . . . . . . . . .3 — 4 Пропускная способность комплекса, траект/мин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 — 20 Вероятность распознавания типа, (класса) стреляющих систем . . . . .. . . . . . . . . . . .0,85 Время развертывания комплекса на подготовленной позиции, мин: при ориентировании по данным курсопрокладчика или по удаленному местному предмету . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .6 при ориентировании с помощью гирокомпаса . . . . . . .. . . … .. . . .. . . . . . . . . . . . . .12 Время перевода комплекса из боевого положения в походное, мин . . . . . . . . . . . . . . .4 Радиолокационный комплекс "Зоопарк-1" обеспечивает нормальную работу в условиях: пассивных радиопомех, создаваемых металлизированными отражателями и метеофакторами; активных шумовых помех, создаваемых станциями помех по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны; при температуре окружающего воздуха от минус 45 до плюс 450с; на высоте до 3000 метров над уровнем моря; при воздействии осадков, инея, росы, влаги и пыли; в условиях эксплуатации на морском побережье; при наземном ветре до 30 м/с; при углах бросания (падения) снарядов (мин) не менее 20 град. Радиостанции P-I73M обеспечивают радиосвязь на дальности до 20 км. Переход с одной фиксированной частоты на, другую осуществляется в течение 10 с. Обе радиостанции сопряжены с устройством вызова Р-012М. Дальность информационного обмена по каналам передачи данных, образованными АПД и P-173M, составляет 10 км. Для реализации многоканальности в РЛК применена плоская отражательная ФАР с вынесенным из фокуса (см. рис. 3,б) моноимпульсным облучателем. Угол отклонения полотна ФАР от вертикальной плоскости в боевом положении составляет +15о. Пределы вращения антенной системы по азимуту ±200о. Обзор пространства при поиске ОН (создание барьера обнаружения) осуществляется путем дискретного сканирования луча ФАР в секторе 60 х 1,8o в режиме разведки и в секторе 16 х 1,8о в режиме контроля стрельбы при постоянном значении угла места. Шаг сканироГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

вания 2о. Войсковой мобильный МРЛК "Зоопарк-1" обеспечивает приведенные выше точности решения возлагаемых на него задач при выполнении следующих требований к выбору позиции: при углах укрытия: от 0-10 до 0-30 — при стрельбе с углами возвышения (падения) выше 20 град; от 0-30 до 0-50 — при стрельбе с углами возвышения (падения) выше 30 град; от 0-50 до 2-00 — при мортирной стрельбе гаубиц и при стрельбе минометов; гребень укрытия должен отстоять от позиции на 100-500 м и обеспечивать максимальное подавление сигналов от местных предметов по боковым лепесткам диаграммы направленности ФАР. Непременным условием успешного решения задачи разведки ОП является обеспечиваемое выбором позиции МРЛК наблюдение объекта на восходящем участке его траектории, а при решении задачи корректировки стрельбы - на нисходящем участке. Погрешность определения прямоугольных координат и высоты расположения МРЛК над уровнем моря в ЕГСПК составляет на стоянке не более 30 м, в движении не более 100 м. Время определения координат МРЛK на стоянке — 3 мин. Для учета влияния наклона ФАР, вызванного неровностью рельефа местности, разворота ФАР в плоскости погона на МТ-ЛБу (т.е. самохода) и ориентации МТ-ЛБу в пространстве в РЛК установлены следующие датчики угловых координат: датчик угла поворота ФАР в плоскости погона самохода относительно продольной оси самохода αap; датчик наклона ФАР по углу места εr; датчик угла наклона поперечной оси ФАР относительно проекции этой оси на горизонтальную плоскость εп . Параметры датчиков приведены в табл.3. Таблица 3 Наименование датчика угла Датчик αap

Диапазон изменения угла

Код

Разрядность

0…360о

Двоичный

14

Датчик εr

±4

о

Двоичный

9 + 1 знаковый

Датчик εп

±4о

Двоичный

9 + 1 знаковый

Обработка информации, поступающей от датчиков, размещенных в различных системах PЛК, осуществляется ЦВУ. Время непрерывной работы комплекса по приведенным в [26] данным составляет 18 часов. Устройство и принцип действия радиолокационной аппаратуры Радиолокационная аппаратура многоканального РЛК обеспечивает: формирование зондирующих импульсов и их излучение в заданное угловое направление; прием и усиление отраженных от ОН сигналов; частотную селекцию и обнаружение сигналов на фоне мешающих отражений и активных помех;

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

формирование сигналов поступающих в ЦВУ, для измерения сферических координат целей; электропитание и контроль функционирования своих составных частей. Таким образом, на РЛА возлагается главная роль в решении задач первичной обработки радиолокационной информации, которые она решает под управлением и при участии ЦВУ. Структурная схема РЛА изображена на рис. 12. В состав РЛА входят: антенно-волноводная система (АВС); передающая система; приемная система; синхронизатор; система первичной обработки информации (СПОИ); система отображения и управления (СОУ); система управления антенной (СУА); система вторичных источников питания (СВИП); система функционального контроля (СФК); система сопряжения РЛА с ЦВУ; устройство охлаждения. Цифровое вычислительное устройство осуществляет управление работой РЛА на различных этапах функционирования РЛК. Кроме того, в ЦВУ программно реализуются следующие функции РЛА: определение сферических координат целей; определение фазовых длин и коэффициентов передачи каналов моноимпульсного приемника (при осуществлении контроля его функционирования). Запуск передающей системы осуществляется импульсами синхронизатора, который связан с ЦВУ и инициирует работу РЛА. Сформированные передающей системой фазокодоманипулированныe (ФКМ) радиоимпульсы подаются на АВС, имеющую в своем составе пассивную ФАР отражательного типа с игольчатой ДН. Антенно-волноводная система обеспечивает направленное излучение энергии радиоимпульсов и осуществляет присущую амплитудному суммарно-разностному моноимпульсному измерителю угловых координат обработку отраженных от ОН сигналов [17]. То есть, принимаемые отражательной ФАР сигналы попадают в моноимпульсный рупорный облучатель [20] и далее в суммарно-разностный преобразователь, с выхода которого по трем каналам (суммарному ∑ и двум разностным — Δα и Δε) они поступают в приемную систему, куда подаются к СВЧ-кoлебания от местного гетеродина (МГ) передающей системы. С выхода антенны автокомпенсатора в дополнительный канал приемной системы поступает сигнал активной помехи. В четырех каналах приемной системы (три основных: ∑ , Δα , Δε и один дополнительный ДОП, предназначенный для компенсации активных помех) происходит тройное преобразование принятых сигналов, их усиление и детектирование. Обработанные в приемной системе сигналы поступают на систему первичной обработки информации (СПОИ), где они преобразуются в цифровой код с помощью аналогoво-цифpовых преобразователей (АЦП), сжимаются в цифровом фильтре сжатия (ЦФC), селектируются по частоте Доплера и радиальной скорости с целью защиты РЛС от пассивных помех, создаваемых отражениями от местных предметов, метеообразований и мeтализированных отражателей. Таким образом в СПОИ осуществляется обнаружение сигналов Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

от ОН (т. е. полезных сигналов). Кроме того, СПОИ обеспечивает защиту от несинхронных импульсных и активных шумовых помех.

Рис.12 Сигналы помех и обнаруженных целей подаются СПОИ на индикатор рабочего места оператора (РМО) системы отображения и управления (СОУ). Кроме того, на этом индикаторе высвечиваются координаты точек падения снарядов и координаты разведанных ОП, информация о которых поступает на ЦВУ. В состав СОУ входит также рабочее место командира (PМК), обеспечивающее информационный обмен МPЛC с внешними потребителями информации. Включение, отключение, управление режимами работы изделия, отображение радиолокационной и другой информации также производится с помощью системы СОУ. Информация об обнаруженных отметках из СПОИ через систему сопряжения РЛА подается также в ЦВУ. Информационное сопряжение систем РЛА с ЦВУ обеспечивает система сопряжения. Цифровое вычислительное устройство обеспечивает управление этапами функционирования Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

РЛА, а также реализует вторичную обработку радиолокационной информации, хранение и выдачу полученных результатов. Для установки ФАР в заданное угловое направление, а также подъёма и опускания полотна ФАР служит система управления антенной (СУА). Эти функции могут реализовываться как по командам, поступающим от СОУ, так и вручную. Устройство охлаждения предназначено для поддержания заданных температурных режимов отдельных узлов и блоков ФАР и передающей системы. Необходимыми питающими напряжениями PЛA обеспечивает система вторичных источников питания (CВИП), блоки которой запитываются от системы электропитания напряжением 220 В 400 Гц. Система функционального контроля предназначена для проверки готовности РЛК к боевой работе и поиска неисправных элементов. Она обеспечивает контроль функционирования РЛА и ЦВУ, а также контроль отдельных систем РЛА.

.

В основе построения РЛА комплекса заложены следующие принципы. Приемопередающая антенна РЛА выполнена в виде плоской ФАР отражательного типа, состоящей из 3328 независимых каналов управления (КУ), которые конструктивно объединены в 104 модуля (рис.13). Каждый модуль содержит 32 канала управления, которые управляют фазами токов возбуждения соединенных с ними излучателем ФАР. Расстояние между центрами входящих в состав модуля излучателей составляет половину длины волны. Поэтому центры излучателей конструктивно объединены в блок рупоров (рис. 14) , расположены в узлах треугольной сетки. Возбуждение ФАР осуществляется моноимпульсным облучателем [17]. Входящие в состав каналов управления ФАР трехразрядные отражательные фазовращатели (см. рис.7) осуществляют формирование требуемого АФР на ее раскрыве в соответствии с командами, поступающими на КУ от цифрового вычислителя фаз (ВФ).

Рис.13

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Рис.14

Формирование команд управления осуществляется в ВФ строчностолбцовым методом на основе данных, поступающих от ЦВУ. При этом на вход ВФ от ЦВУ в виде двоичного кода поступают значения двух констант для конкретного значения углового положения луча ФАР: разности фаз между соседними элементами в строке ΔФх и столбце ΔФу , определяемые в соответствии с выражениями ΔФу= k dy cos ӨУ0 ; ΔФх= k dх cos Өх0 ; На основе этих данных в ВФ происходит вычисление значений фазовых сдвигов для каждого фазовращателя ФАР. С учетом того, что выражения (3) — (5) можно преобразовать к виду φл m= k m dy cos ӨУ0 = m ΔФу;

(9)

φл n= k n dх cos Өх0 = n ΔФх;

(10)

φл m,n= m ΔФу + n ΔФх ,

(11)

алгоритм расчета фаз ВФ может быть описан выражением (1), где в качестве φнач m,n (f) используется коэффициент коллимации, представляющий собой поправку фазы на сферичность волны облучателя, зависящую от значения частоты излучаемого сигнала f и определяемую в соответствии с выражением φнач m,n (f) = k [ p – (p2 + xn2 + yn2)1/2 , где

(12)

р – расстояние от первичного облучателя до плоскости раскрыва ФАР;

Хп и Уп – координаты m,n-го излучающего элемента на раскрыве. Эта поправка вводится в ОЗУ коллимации ВФ для различных значений λ в виде набора таблиц. Передающее устройство построено по принципу многокаскадной усилительной цепочки с Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

мощным СВЧ-клистроном в выходном усилителе мощности (см. рис. 12). Зондирующий сигнал представляет собой радиоимпульс, фазокодоманипyлированный (ФКМ) в соответствии с 13-позиционным кодом Баркера. Длительность излучаемого импульса составляет 13 мкс, длительность элементарного (одного из тринадцати) импульса составляет 1 мкс (рис. 15, а). В зондирующем импульсе начальные фазы элементарных импульсов могут принимать значения 0 или

π. При этом импульс, у которого начальные фазы принимают соответственно зна-

чения 0, 0, 0, 0, 0, π, π, 0, 0, π , 0, π, 0, называют ФКМ-сигналом с прямым 13-позиционным кодом Баркера, а сигнал, У которого начальные фазы элементарных импульсов принимают значения 0, π , 0, π, 0, 0, π, π, 0, 0, 0, 0, называют ФКМ-сигналом с обратным кодом Баркера (рис. 15,б) [20].

Рис. 15

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Использование сигналов с обратным кодом позволяет улучшить электромагнитную совместимость (ЭМС) однотипных МРЛК. Вид используемого кода Баркера (прямой или обратный) задается с пульта оператора. Зондирующие сигналы излучаются пакетами (рис. 15, в). Каждый пакет (зондирование) на этапах поиска и автозахвата состоит из трех пачек импульсов. На этапе автосопровождения зондирующий сигнал представляет собой пачку импульсов. Однако количество импульсов в ней в три раза превышает количество импульсов в пачках, используемых на этапах автозахвата и поиска. Предусматривается управление количеством импульсов в пакете, величиной периода повторения импульсов, несущей частотой излучения. Перечисленные параметры устанавливаются ЦВУ на каждое новое зондирование. На этапе поиска ОН зондирующий сигнал представляет собой пакет, состоящий из трех пачек импульсов, следующих с соответствующими периодами повторения — Т1 , Т2 и Т3. На этапах автозахвата и автосопровождения период повторения импульсов остается постоянной величиной, принимающей одно из возможных значений Т1 , Т2 или Т3 (рис. 15, в). Предусматривается по два(минимальных и максимальных) численных значения для каждого из периодов Т1 , Т2 , Т3. Для обнаружения ОН на дальностях до 25 км их облучение осуществляется с минимальными периодами повторения импульсов (так называемый «Частый» режим излучения), а на дальностях до 36,5 км — с максимальными периодами повторения (режим "Редкий"). 3ондирующие СВЧ-импyльсы вырабатываются в передающей системе путем двойного переноса ФКМ-сигнала с частотой fпч3 = 24 МГц, формируемого задающим генератором и формирователем ФКМ-сигнала, на литерную частоту с последующим усилением по мощности. Те же блоки формируют и контрольные сигналы (так называемые пилот сигналы), которые не излучаются в пространство и подаются через СФК и преобразователь АВС в приемную систему для осуществления функционального контроля и подстройки (калибровки) РЛА. Приемная система включает в себя четыре идентичных канала, в которых осуществляется тройное преобразование частоты принятого сигнала и разделение его на квадратурные составляющие. С целью уменьшения влияния неидентичности квадратурных каналов величину подавления мешающих отражений (отражений от местных предметов, метеообразований и т.д.), активных помех системой СПОИ в приемной системе периодически на нерабочих участках дальности производится автоматическая подстройка параметров. Для этого в первом периоде повторения каждого пакета зондирующих импульсов СПОИ осуществляет выравнивание коэффициентов передачи квадратурных каналов, а во втором - проводится грубая подстройка выходных видеоусилителей всех каналов приемной системы. В это же время СПОИ осуществляет точную подстройку "нулей" фазовых детекторов во всех каналах приемной системы. Система первичной обработки информации обеспечивает спектральное разделение полезных сигналов, пассивных и медленно движущихся помех, полученное на основе использования быстрого преобразования Фурье (БПФ) [27], а также обнаружение ОН по энергетическому признаку и радиальной скорости перемещения. Кроме того, СПОИ позволяет выделять сигналы ОН на фоне несинхронных импульсных и активных помех. Обработка отраженного сигнала, усиленного приемной системой и предварительно преобразованного в цифровой код в аналогово–цифровом преобразователе (АЦП), входящем в состав Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

СПОИ, производится цифровым фильтром сжатия (ЦФС в блоке БПФ - см. рис. 12), в котором ФКМ-сигнал сжимается во времени до длительности элементарного импульса (1 мкс). Затем процессор блока БПФ производит когерентное накопление отраженных сигналов. При наличии в отраженном сигнале шумовой или несинхронной импульсной помехи (НИП) в СПОИ производится ее компенсация цифровым квадратурным автокомпенсатором (компенсатор НИП - см.рис. 12). Наличие НИП определяется по оценке величины корреляции сигналов на выходе основного и дополнительного каналов приемника, осуществляемой в автокомпенсаторе (АК) помех. Для компенсации используется сигнал той же помехи, принятый по дополнительному каналу, включающему в себя антенну автокомпенсатора и дополнительный канал приемной системы. Наведение антенны АК на источник помех, а также включение и выключение· АК осуществляется по командам с пульта оператора РЛК. Выделение сигнала движущегося ОН на фоне сигналов помех, отраженных от неподвижных объектов, основано на различиях в их спектрах и производится СПОИ с помощью метода быстрого преобразования Фурье (БПФ) [27]. Излучаемый сигнал представляет собой периодическую последовательность импульсов, поэтому его спектр представляет собой совокупность спектральных линий, смещенных относительно друг друга на величину, обратно пропорциональную периоду повторения импульсов. При этом спектр сигналов пассивных помех группируется в области частот, приближающихся к спектральным линиям излучаемого сигнала. Сигналы движущихся ОН имеют спектр, состоящий из отдельных линий, которые смещены относительно спектральных линий зондирующего сигнала на величину, равную частоте Доплера. Различие полезных сигналов и помех возможно в случае, если спектральные линии сигналов от движущихся ОН находятся в области частот, где уровень спектральных составляющих помех значительно меньше уровня полезного сигнала. Для улучшения подавления помеховых сигналов в РЛК применен метод весовой обработки сигналов [28], позволяющий уменьшить уровень боковых лепестков АЧХ согласованного фильтра, реализованного на основе БПФ. Система первичной обработки информации работает в режимах: "Поиск" (П), "Автозахват" (АЗ), "Автосопровождение" (АС), а также в режиме "Функциональный контроль" (ФК). Распределение временных интервалов в этих режимах приведено на рис.15, в (заштрихованные периоды повторения зондирующих импульсов в СПОИ не обрабатываются). В режиме "Поиск" СПОИ обрабатывает информацию, поступающую только по суммарному и дополнительному каналам приемной системы от всего рабочего участка дальности. В режимах АЗ и АС система обрабатывает информацию о находящихся в заданном временном интервале (в стробе сопровождения, назначаемом ЦВУ) ОН. Информация поступает от суммарного (канал ∑ ) и разностных (угломестного Δε и азимутального Δα ) каналов приемника. Параметры обнаруженных сигналов из СПОИ через систему сопряжения поступают на ЦВУ, а также в виде обнаруженных отметок на индикатор РМО системы отображения и управления. В ЦВУ по результатам поступившей информации производится оценка координат цели в сферической системе координат. Переход СПОИ из режима "Поиск" в режим АЗ, а затем в режим АС происходит автоматически без участия оператора. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

При обнаружении полезного сигнала расположенным в СПОИ обнаружителем типа "движущееся окно" производится сравнение смеси (полезный сигнал + шум) на выходе фильтра БПФ с пороговым уровнем. Этот уровень выбирается с учетом обеспечения вероятности ложной тревоги порядка F = 10-5. В указанном типе обнаружителя для принятия решения о наличии или отсутствии сигнала от ОН в l -м дискрете дальности его амплитуда сравнивается с амплитудами сигналов двух соседних дискретов (т.е. l -2, l -1,…, l +1, l +2). Затем амплитуда сигнала l +1-гo дискрета сравнивается с амплитудами l +1-2, l+1-1,…, l +1+1, l +1+2) и т. д. Таким образом, происходит последовательный сдвиг амплитудной выборки сигнала, т.е. движение окна по дальности с целью определения номера дискрета дальности с максимальным уровнем сдвига. Для селекции медленно движущихся пассивных помех (гидрометеоры, дипольные отражатели) используется обнаружитель по радиальной скорости, позволяющий получить перестраиваемую зону режекции по радиальной скорости. П р и н ц и п о б н а р у ж е н и я сигналов по радиальной скорости состоит в следующем. При поиске ОН зондирование каждого углового направления производится тремя пачками импульсов, каждая из которых имеет свою частоту следования (рис.I5,в). Отклики каждого из шестнадцати фильтров БПФ на отраженный сигнал будут отличаться в зависимости от частоты следования импульсов. на основе таких откликов для каждой частоты следования к каждого фильтра определяется характеристика контраста В: B = 2Xk1 / Xk2 + Xk3,

(13)

где Xk1 — отклик k-гo фильтра на первой частоте следования; Xk2 — отклик k-гo фильтра на второй частоте следования; Хkз — отклик k-ro фильтра на третьей частоте следования. Говоря другими словами, каждый из 16 спектральных отсчетов принятого сигнала на первой частоте нормируется на среднее значение одноименных отсчетов для других частот следования в соответствии с выражением (13). Полученные таким образом величины сравниваются с пороговым значением для данной частоты следования, хранящимся в запоминающем устройстве обнаружителя СПОИ и зависящим от требуемой зоны режекции. Затем выбирается максимальный отсчет из тех, для которых полученные величины превышают порог. Аналогичные операции производят для второй и третьей частот следования. Результаты сравнения подвергаются обработке в соответствии с критерием ,"2 из 3", т.е. при наличии превышения установленных порогов не менее чем на двух частотах следования из трех принимается решение о наличии ОН (зона режекции задается оператором). В режиме ФК СПОИ переходит в автономный режим, при котором производится независимый тестовый контроль каждого в отдельности блока системы. Результаты контроля поступают в ЦВУ И СОУ. Очередность обслуживания обнаруживаемых СПОИ ОН определяется ЦВУ, которое осуществляет через систему сопряжения управление режимами работы РЛА. По командам ЦВУ входящий в состав системы сопряжения блок управления (см. рис. 12) осуществляет управление режимами работы передающей и приемной систем, а также считывание кодов продольного и поперечного наклона ФАР с соответствующих датчиков. Управление включением, выключением и режимами работы изделия, вывод. антенны из Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

походного положения в рабочее и обратно производится системой отображения и управления, аппаратура которой образует рабочее место оператора (РМО) и рабочее место командира (РМК). На экране индикатора PЛС кроме радиолокационной обстановки в секторе обзора отображается также сервисная информация. Радиолокационная обстановка в секторе обзора индицируется на экране индикатора типа В (азимут - дальность). Сервисная информация представляется в буквенно-цифровом виде и выводится на экран индикатора при установке различных режимов работы РЛА. Управление режимами отображения информации на экране индикатора РМО, ее считывание, обмен информацией РМО с ЦВУ, а также прием контрольной информации, пocтупающей с РЛА, осуществляется специальным процессором РМО. Аппаратура PМК обеспечивает отображение информации, циркулирующей между комплексом и внешними абонентами, ввод и корректировку этой информации, управление режимами информационных обменов с периферийными устройствами. Кроме того, в состав системы СОУ входит блок СНР-66 (планшет), который обеспечивает отображение точек вылета (падения) снарядов в виде световых меток, проецируемых на топографическую карту. Обработка информации, поступающей от РМК и датчиков, размещенных в различных системах PЛК, осуществляется ЦВУ. Формирование команд управления РЛА в различных режимах работы и увязка их во времени производится с и н х р о н и з а т о р о м по командам, поступающим от ЦВУ. Таким образом, синхронизатор обеспечивает необходимые временные характеристики работы РЛА. Система функционального контроля, основная часть аппаратуры которой в виде отдельных устройств размещена практически во всех системах РЛА, осуществляет: последовательный контроль блоков и систем, а также контроль их взаимодействия в автоматическом и автоматизированном режимах работы СФК; более детальный контроль отдельных блоков и систем, неисправность которых обнаружилась в результате проведения автоматического (либо автоматизированного) контроля, в полуавтоматическом режиме работы СФК. При включении аппаратуры РМО и РМК осуществляется автоматический запуск программ контроля блоков указанных рабочих мест с засветкой результатов контроля на индикаторах РМО и PМК. Для калибровки приемной системы с целью исключения влияния неидентичности коэффициентов передачи фазовых длин моноимпульсных каналов на точность измерения угловых координат используется контрольный сигнал, формируемый в передающей системе аналогично зондирующему импульсу, но сдвинутый относительно его по оси времени и соответствующий дальности 15 км. Этот сигнал от передающей системы поступает в конструктивно совмещенный с моноимпульсным облучателем ФАР преобразователь АВС через формирователь контрольного сигнала (ФКС) - см. рис. 12. От преобразователя контрольный сигнал по суммарному и разностным каналам поступает в приемную систему и далее в СПОИ и ЦВУ подобно сигналу, отраженному от ОН. По результатам прохождения контрольного сигнала ЦВУ определяет поправки коэффициентов передачи и фазовых длин, которые затем учитываются при вычислении угловых координат ОН. При этом измерение коэффициентов передачи осуществляется во всем динамическом диапазоне Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

входных сигналов приемной системы, т.е. при всех дискретно устанавливаемых уровнях затухания аттенюаторов, размещенных во входных устройствах ее каналов. Калибровка проводится таким образом, чтобы при введении затухания с помощью аттенюаторов приемной системы увеличивался уровень сигнала на выходе формирователя контрольного сигнала СФК. В результате этого контрольный сигнал на выходе приёмной системы должен находиться в середине динамического диапазона ее выходных сигналов. Реализация автоматизированного и полуавтоматического режимов работы СФК осуществляется при переводе всего комплекса в режим функционального контроля. Объем проводимых при этом проверок будет рассмотрен е следующем разделе. Контроль СВЧ-мощности формируемого передатчиком сигнала может быть осуществлен в любом режиме работы РЛК с помощью измерителя проходящей мощности (измеритель Р - см. рис. 12). Информация от измерителя поступает на РМО и отражается на экране его индикатора. В процессе боевой работы осуществляется также контроль высоковольтного напряжения и тока резонатора выходного усилителя мощности передающей системы. При этом аналоговые величины этих параметров оцифровываются в СВИП и поступают на индикаторное табло PМК для контроля. Контроль несущей частоты СВЧ-сигнала производится резонансным волномером (волномер – см. рис. 12). Начальник РЛК имеет возможность осуществлять контроль текущего состояния основных систем РЛА в процессе боевой работы путем визуального наблюдения информации на экране индикатора РМК. Режимы работы РЛК и их характеристика Обобщенный алгоритм функционирования комnлекса Радиолокационный комплекс имеет следующие основные режимы работы: "Разведка" — Р; "Контроль" — К; "Функциональный контроль" — ФК. Указанные режимы устанавливаются с рабочего места оператора при помощи пульта управления. В режиме "Разведка" МРЛС выполняет следующие основные функции: автоматический поиск и обнаружение целей в секторе обзора по азимуту ±30о (угол места луча ФАР устанавливается в зависимости от выбранной позиции РЛС); автоматический захват и сопровождение обнаруженных ОН на восходящем участке траектории, определение типа стреляющих систем; определение координат ОП стреляющих систем; формирование и передачу кодограмм в обслуживаемые подразделения. В режиме "Контроль" МРЛС выполняет функции, аналогичные режиму Р. Отличие состоит лишь в том, что поиск целей осуществляется в предварительно определенной области пространства (по известным координатам обслуживаемых артиллерийских подразделений, типу огневых средств, координатам поражаемой ОП и т.д.), а определение координат точек падения ОН производится по данным сопровождения на нисходящем участке траектории. Режим "Функциональный контроль" предназначен для проверки: боеготовности изделия в Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

целом и отдельных его систем. При переводе РЛК в режим функционального контроля возможно проведение автоматизированного и полуавтоматического контроля технического состояния РЛА. В автоматизированном режиме ФK, задаваемом оператором с пульта управления РМО, осуществляется последовательный контроль параметров следующих блоков и систем: синхронизатора; СПОИ; приемной системы (контролируются коэффициенты шума и коэффициенты передачи и (фазовые длины каналов); АВС (контроль технического состояния каналов управления ФАР и ВФ). В полуавтоматическом режиме ФК осуществляется контроль перечисленных выше систем, который, за исключением контроля СПОИ, осуществляется аналогичным образом. В этом случае система СПОИ при обнаружении в ней неисправности в процессе автоматизированного контроля последовательно переводится оператором в подрежимы: СПОИ 1 ("Поиск", частый запуск); СПОИ 2 ("Автозахват'', частый запуск); СПОИ 3 ("Автосопровождение", частый запуск); СПОИ 4 ("Поиск", редкий запуск); СПОИ 5 ("Автосопровождение", редкий запуск). Затем, используя переключатели РАБОТА-КОНТРOЛЬ поверяемых блоков системы, оператор определяет неисправный узел. В качестве централизованного звена, управляющего работой изделия во всех режимах, используется ЦВУ, которое решает в режимах Р и К следующие основные задачи: прием, передача и обработка информации, циркулирующей между изделием и обслуживаемыми подразделениями; управление устройствами и системами изделия в процессе автоматического поиска, обнаружения, захвата и сопровождения ОН; выдача информации на устройства СОУ (индикаторы, планшет и печатающее устройство); расчет направляющих косинусов, соответствующих требуемому угловому положению луча ФАР; распределение и перераспределение угловых зондирований при поиске, автозахвате и автосопровождении целей; обработка информации, поступающей от СПОИ, PМО, PМК и датчиков, размещенных в различных системах РЛА; выделение сигналов ошибок сопровождения по дальности и угловым координатам; преобразование координат; составление карты целей; автозахват и автосопровождение целей в режиме разделения времени по пяти информационным каналам; сглаживание текущих координат траектории цели; распознавание типа стреляющих систем; определение координат ОП (точки падения снаряда) с учетом рельефа местности; идентификация стреляющих систем по фронту и глубине. В режиме К при помощи ЦВУ, кроме того, решаются следующие задачи: Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

расчет трех точек начала сопровождения (ТНС) и выбор зоны обнаружения и автозахвата снарядов; экстраполяция начального участка к точке вылета с целью определения принадлежности снаряда к обслуживаемой батарее; экстраполяция конечного участка траектории к точке падения и определение отклонений точек падения относительно поражаемой ОП. Структурная схема обобщенного алгоритма функционирования комплекса представлена на рис. 16.

Положение биссектрисы сектора разведки (сектора поиска) относительно направления на север и район особого внимания (РОВ) определяется старшим артиллерийским начальником и передается на МРЛК в закодированном виде. Эта информация вместе с другими исходными данными для ведения разведки (прямоугольные координаты позиции МPЛК, координаты Ю-3 угла кapты, углы укрытия и т.п.) вводятся в ЦВУ изделия. После этого с помощью СУА антенная система по командам ЦВУ выводится в направлении биссектрисы сектора поиска. Прямоугольные координаты РОВ, поступающие на МРЛК в ЕГСПК, преобразуются в направляющие косинусы положений луча ФАР с учетом дирекционного угла продольной оси шасси МТ-ЛБу, углов наклона и поворота ФАР. Информация об углах наклона и поворота антенны поступает в ЦВУ от специальных датчиков (см. табл. 3). Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

При разведке ОП (СП) поиск ОН в секторе обзора производится посредством дискретного сканирования луча ФAP по дирекционному углу при постоянном значении его положения по углу места. Угол места при поиске выбирается близким, либо равным по значению углу укрытия к плоскости горизонта, который зависит от рельефа местности. Шаг сканирования равен 2о. Причем сектор, равный 60о, луч проходит, занимая сначала нечетные (1, З,…, 29), а затем четные (2, 4,…, 30) положения. Таким образом обеспечивается устранение неоднозначностей, возникающих при нахождении ОН между смежными положениями луча ( например, 2 и 3), так как в этом случае один и тот же ОН может быть обнаружен как два. Зондирование каждого из угловых направлений образуемого таким образом барьера обнаружения организуется ЦВУ путем формирования управляющих воздействий на устройства и системы PЛА. Эти воздействия содержат информацию о режиме работы МРЛК, количестве излучаемых импульсов, периоде их повторения и т.п. Для повышения надежности обнаружения и устранения "слепых" скоростей при обеспечении селекции движущихся целей (СДЦ) по радиальной скорости зондирование каждого из угловых: направлений осуществляется тремя пачками импульсов, каждая из которых имеет свой период следования (см. рис.15,в). Таким образом. в каждом положении ДН излучается пакет импульсов, состоящий из трех пачек (П1, П2, П3), каждая из которых состоит из 18…19 импульсов и имеет свой период следования (Т1, Т2,Т3 - см. табл. 4 и 5 и рис. 14, в). Излучается в пространство и подвергается когерентному накоплению лишь 16 импульсов из пачки. Остальные импульсы используются в качестве контрольных сигналов для подстройки характеристик приемной системы. Таблица 4 Количество импульсов Режим излучения

П1

П2

П3

"Частый"

18

19

19

"Редкий"

18

18

19

Таблица 5 Период следования импульсов, мкс Режим излучения

Т1

Т2

Т3

"Частый"

181

197

213

"Редкий"

268

308

288

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Оцифровке на этапе "Поиска" подвергаются лишь сигналы, следующие по суммарному и дополнительному каналам приемника. Оцифровка сигналов осуществляется по 310 дискретам дальности (в режиме "Редкий"), либо по 460 дискретам дальности (в режиме "Частый") при тактовой частоте АЦП 24 МГц, начиная с 26 дискрета. Величина дискрета дальности — 75 метров. Определение дальности осуществляется путем сравнения амплитуды в соседних дискретах дальности. Номер дискрета с максимальным значением сигнала после обнаружения запоминается в ОЗУ СПОИ. Процедуре обнаружения при поиске ОН подвергается сжатый сигнал, прошедший когерентное накопление по 16 импульсам пачки. Критерий обнаружения по пакету импульсов для этапа "Поиск" ОН — 2 из З. Система первичной обработки информации обеспечивает автоматическое обнаружение до 30 сигналов от ОН в одном угловом направлении. Помеховые сигналы, поступившие на вход обнаружителя СПОИ превысившие уровень шумов приемной системы (так называемый "уровень средних помех"), поступают в СОУ, где они используются для подсветки помеховой обстановки на экране индикатора РМО. После формирования отметок от ОН, осуществляемого в СПОИ, информационные массивы о каждом из обнаруженных ОН на обрабатываемом участке дальности поступают в ЦВУ. Во время обработки этой информации луч антенны продолжает обзор заданного сектора (см. рис. 11). Для снижения степени влияния систематических погрешностей РЛА на точность измерения координат ОH используются два контрольных зондирования. При одном из них производится измерение уровня шума на выходе приемной системы. Измеренные значения уровней шума каждого из каналов приемной системы поступают в ЦВУ, где они сравниваются с заданной (пороговой) величиной. Если эти значения отличаются от пороговой величины, то с помощью расположенных во всех каналах приемной системы аттенюаторов устанавливается требуемый уровень шума на их выходах. При втором контрольном зондировании измеряются коэффициенты передачи, а также разности фазовых длин каналов приемной системы. Результаты измерений учитываются ЦВУ в алгоритме определения угловых координат ОН. По каждому обнаруженному ОН на этапе поиска в ЦВУ поступает следующая информация для каждого из трех периодов следования зондирующих импульсов: амплитуда сигнала, полученная в результате оптимальной фильтрации и когерентного накопления импульсов пачки; номер фильтра, соответствующий радиальной скорости ОН; дискрет дальности, на котором обнаружен сигнал от ОН; амплитуда шума на выходе каналов приемной системы, измерение которой осуществляется перед началом каждой пачки на всех этапах функционирования РЛК. Из всех сформированных в СПОИ в данном угловом положении луча радиолокационных отметок от ОН с помощью алгоритмов обработки радиолокационной информации поиска выбирается одна, обладающая наибольшей амплитудой, и производится ее автозахват. При подготовке зондирований для этапа автозахвата ОН производится: запоминание номера дискрета дальности обнаруженной отметки ND и номера фильтра NF, соответствующего радиальной скорости ОН; вычисление коэффициента регулировки усиления приемной системы при превышении сигГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

налом верхней границы ее динамического диапазона; вычисление направляющих косинусов для трех угловых направлений, центры которых разнесены относительно друг друга по азимуту и по углу места на углы Δα = 1о и Δε = 1о согласно рис. 17.

Рис. 17 По вычисленным значениям направляющих косинусов в ВФ согласно выражениям (1), (9), (10), (11) вычисляются дифференциальные сдвиги фаз. При этом луч возвращается в положение, в котором произошло обнаружение, а затем занимает еще два — со смещением по углу места на 1о. а по азимуту на ± 0.5о. При этом равносигнальные направления разностных ДН ФАР лежат в вершинах равнобедренного треугольника (см. рис. 17). Таким образом, в режиме автозахвата каждое дискретное обращение к ОН для обеспечения измерения координат в линейной зоне его пеленгационной характеристики и образования так называемого строба захвата по угловым координатам производится путем зондирования трех смежных угловых направлений пачками импульсов, следующих на одной частоте повторения, выбранной по результатам обнаружения. Выбирается та частота повторения импульсов, на которой произошло обнаружение ОН при максимальном значении отношения сигнал/(шум + помеха). На этапе автозахвата реализуется дискретное обращение к ОН с частотой 10 Гц в течение 0,6 —1,2 с. Оцифровке (т.е. аналогово-цифровому преобразованию), как и на этапе поиска, подлежат лишь 16 импульсов из каждой пачки сигналов, принятых по всем четырем каналам приемной системы. Когерентное накопление осуществляется по 16 импульсам в каждом из трех направлений. Параметры пачек импульсов при реализации АЗ приведены в табл.6. Компенсация НИП на этапе АЗ может отсутствовать (по усмотрению оператора). Обзор по дальности осуществляется в пределах строба из 32 дискрет дальности. Номера дискрет дальности, составляющие строб, назначаются ЦВУ на основе обработки результатов этапа поиска на данном угловом направлении. Номер начального дискрета строба сопровождения по дальности определяется в соответствии с выражением Nнач = ND – 16 ,

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

(14)

при этом должно выполняться неравенство ND min < Nнач < ND max , где ND — номер обрабатываемого дискрета дальности; ND min , ND max — минимальное и максимальное значение номеров дискрет, составляющих строб дальности. Таблица 6. Количество импульсов в пачке Режим излучения

П4

П5

П6

П7

П8

П9

П10

П11

П12

"Частый"

20

20

21

19

18

19

18

17

17

"Редкий"

20

20

19

17

17

17

19

19

17

Примечание: П4, П5, П6 соответствуют периоду слежения Т1; П7, П8, П9 — Т2; П10, П11, П12 — Т3 ( см. рис. 15, в).

Размер строба сопровождения по частоте Доплера составляет 8 фильтров. Код начала строба сопровождения по частоте (наименьший номер фильтра из 8, составляющих строб) определяется в соответствии с выражением NFнач = NF – 4 ,

(14)

где NF — номер фильтра, в котором обнаружен сигнал максимальной амплитуды; NFнач — код начала строба сопровождения по частоте. Первичная обработка сигналов на этапе автозахвата осуществляется аналогично этапу поиска, однако используется критерий обнаружения 1 из 3. Измерение координат ОН при автосопровождении производится с помощью угловых дискриминаторов и дискриминатора дальность, функции которых реализованы в алгоритмах программного обеспечения ЦВУ. Измерение дальности производится в соответствии с алгоритмом дискриминатора, использующим метод конечных разностей: Дизм = 75 (ND – 0,5 ΔД) + sis Д ,

(16)

где ND - номер дискрета дальности, в котором произошло обнаружение; sis Д - значение систематической погрешности измерения дальности, определяемое в результате испытаний; ΔД – уточнение кода дальности, вычисляемое в соответствии с выражением:

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

где Аk , Аk-1, Аk+1 – амплитуды сигналов в k-м и соседних с ним дискретах. Таким образом, по оцифрованным значениям амплитуды, полученным через равные промежутки времени, определяется центр тяжести отраженного от ОН сигнала, соответствующий дальности до цели. При наличии признака ограничения сигнала или его отсутствии в приемной системе вместо измеренного значения дальности используется ее экстраполированное значение (порядок определения которого будет рассмотрен далее). В дискриминаторах по угловых координатам формируются сигналы ошибки Δα и Δε, пропорциональные рассогласованию между истинным положением ОН и осью луча ФАР. Дискриминаторы по угловых координатам выполнены на основе амплитудного cуммaрно-разностнoгo метода формирования дискриминаторной (пеленгационной) характеристики. С выхода СПОИ в ЦВУ поступают три последовательных по времени отсчета квадратурных составляющих суммарного, азимутального и угломестного каналов, соответствующих трем угловым направлениям зондирований на этапе автозахвата. Для дальнейшей обработки в ЦВУ выбирается составляющая, имеющая максимальный уровень сигнала на выходе суммарного канала. Характеристика углового дискриминатора реализуются ЦВУ по следующим алгоритмам:

где Q∑ и J∑ – квадратурные составляющие сигнала на выходе суммарного канала приемной системы;

Qα и J α – квадратурные составляющие сигнала на выходе азимутального канала; Qε и Jε – квадратурные составляющие сигнала на выходе угломестного канала; mα и pα – поправочные коэффициенты выравнивания фазовых длин суммарного и азимутального каналов;

mε и pε – поправочные коэффициенты выравнивания фазовых длин суммарного и угломестного каналов;

nα и nε – поправочные коэффициенты выравнивания коэффициентов передачи суммарного и разностных (азимутального и угломестного) каналов; Кα и Кε – крутизна дискриминаторных характеристик азимутального и угломестного каналов; cos αх0,cosεy0 – направляющие косинусы выбранного направления излучения. Все поправочные коэффициенты определяются в ЦВУ на основе анализа реакции РЛА на контрольные зондирования. По значению выбранного углового направления (α ,ε), а также по вычисленным значениям

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Δα , Δε. производится вычисление измеренных значений полярных координат ОН (αизм ,εизм, Дизм), а затем осуществляется их преобразование в прямоугольные (хизм , уизм, hизм ). Преобразование полученных координат в координаты местной прямоугольной сиcтемы осуществляется в ЦВУ с помощью следующих систем уравнений: системы уравнений, учитывающей наклон ФАР относительно перпендикуляра к плоскости погона самохода; системы уравнений, учитывающей наклон плоскости погона самохода по килю и по крену. Вычисление экстраполированных координат цели для следующего (j-го) зондирования производится в местной прямоугольной системе координат по формулам:

где l1(j), l2(j), l3(j) – коэффициенты сглаживания по положению, скорости и ускорению, определяемые максимальными динамическими погрешностями определения соответствующих величин для случая максимального ускорения ОН; хj , уj, hj – сглаженные значения координат для j-ro зондирования;

Vхj ,Vуj, Vhj, Wхj ,Wуj,Whj – сглаженные значения скорости и ускорения ОН по соответствующим координатам для j-ro зондирования;

Dεj, Vхεj ,Vуεj , Vhεj, Wхεj ,Wуεj,Whεj, хεj,yεj, hεj – экстраполированные на j-м шаге значения дальности, скорости, ускорения и координат ОН. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Затем в ЦВУ на основе полученных экстраполированных значений координат хεj,yεj, hεj и дальности Dεj вычисляются направляющие косинусы для очередного положения луча ФАР и определяется центр строба по дальности. Таким образом, сигналы ошибок по угловым координатам и значение дальности до ОН используются в алгоритме оценки прямоугольных координат ОН (h, х, у ) и их производных. Используя эти данные, ЦВУ замыкает контур сопровождения ОН. В процессе автозахвата в ЦВУ производится обработка радиолокационной информации, поступающей от СПОИ, в результате чего вычисляются сферические координаты точки пространства, служащей продолжением захватываемой траектории (см. рис. 10). Цикл зондирований АЗ производится до выполнения критерия передачи ОН на этап автосопровождения (критерий автозахвата - СМ. рис. 16):

где Θε и Θα – полуширина диаграммы направленности ФАР в азимутальной и угломестной плоскости на уровне -3 дБ. 3начения Δε и Δα вычисляются В ЦВУ в соответствии с выражением (8). Таким образом, критерием передачи ОН на автосопровождение является его нахождение на линейном участке пеленгационной характеристики. При выполнении критерия автозахвата (20) происходит передача ОН на этап автосопровождения. В режиме Р на автосопровождение передаются те цели, у которых в процессе автозахвата уменьшается дальность, а в режиме К - увеличивается. В момент выполнения критерия (20) ЦВУ вырабатывает команду "Автозахват закончен" и организует зондирования на этапе автосопровождения, которые производятся в одном направлении полным пакетом импульсов (см. рис. 15, в), с направляющими косинусами, определяемыми ЦВУ на основе (19). Организация зондирований АС включает в себя выполнение всех описанных выше операций для этапа АЗ. В процессе автосопровождения в ЦВУ для всех сопровождаемых ОН вычисляются направляющие косинусы угловых координат, которые определяют положение луча ФАР для каждого ОН в соответствии с выражениями (9) – (11) и дальность (Д), определяющую положение центра строба в соответствии с формулой (14). На данном этапе функционирования пакет импульсов характеризуется параметрами, приведенными в табл. 6. Оцифровке подлежат сразу все 48 импульсов, по которым осуществляется когерентное накопление. При этом используется критерий обнаружения: 1 из З. Автосопровождение ОН ведется путем дискретного обращения к нему с частотой, равной 10 Гц, в течение 1,6 - 5,6 с в зависимости от УСЛОВИЙ наблюдения ОН (шумовых ошибок измерения координат) на одной Частоте повторения импульсов. Окончание зондирований АС производится в случае выполнения одного из трех критериев: 1) выход ОН из зоны наблюдения (критерий срыва АС - см. рис. 16):

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

где αас ,εас – азимутальное и угломестное направления зондирований АС; Дизм – измеренная дальность; 2) количество пропусков ОН (отсутствие обнаружений ОН в экстраполированных точках) на траектории достигло 10 (критерий срыва АС - см. рис. 15); З) превышение времени, определяемого ЦВУ для конкретной сопровождаемой траектории по алгоритму выбора времени окончания сопровождения (критерий окончания АС - см. рис. 16). Многоканальность сопровождения ОН обеспечивается импульсным характером зондирований по каждому ОН и разделением во времени всех операций по обработке отраженных от них сигналов, выполняющихся с частотой обращения к ОН. . После автосопровождения ОН производится сглаживание дискретных значений параметров его траекторий методом наименьших квадратов, определяется класс стреляющего средства по баллистическим признакам, затем находятся прямоугольные координаты ОП или точки падения снаряда. Многоканальная РЛС определяет местоположение ОП стреляющей системы и точки падения ОН (мины, снаряда, ракеты) путем радиолокационного сопровождения летящего ОН по трем координатам на начальном участке траектории полета и ее экстраполяции к точке вылета и падения. Сущность экстраполяции заключается в том, что по наблюдаемому с помощью РЛС участку траектории определяется ненаблюдаемый участок путем продолжения по принятому алгоритму засеченного отрезка траектории до уровня земли. При решении задачи, которую осуществляет ЦВУ изделия по разведке ОП минометов, артиллерии и ракет, производится экстраполяция восходящей ветви траектории к ее началу. В случае контроля стрельбы экстраполируется нисходящая ветвь траектории до точки падения мины или снаряда. В основу экстраполяции траектории заложен приближенный способ решения задачи, т.е. реальная траектория баллистических ОН заменяется параболой с учетом баллистической функции Е. Экстраполяция прямоугольных координат производится по уравнениям:

где Еi – баллистическая функция, Еi = с П(hi) G(V) ; с – баллистический коэффициент (выбирается постоянным для всех стреляющих сисГолик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

тем при разведке); П(hi) – функция плотности воздуха; G(V) - функция сопротивления воздуха; Vхi, Vyi, Vhi – составляющие скорости снаряда на i-м шаге экстраполяции; G –- ускорение свободного падения; Δt - шаг экстраполяции. Экстраполяция по системе уравнений (22) производится с середины участка сопровождения, определяемого при сглаживании, до уровня hi = hоп (hоп – предполагаемая высота ОП). По вычисленным координатам ОП хoп уоп ЦВУ с помощью хранящейся в его памяти цифровой карты местности (ЦКМ) определяет истинную высоту ОП и производит определение координат ОП с учетом уточненной высоты. Затем по баллистическим параметрам ОН осуществляется распознавание его класса, а для артиллерийских снарядов и распознавание калибра (по рассчитанной массе ОН). Кроме того, на основе анализа направления движения, крутизны траектории, ускорения и радиальной скорости ОН принимается решение о его принадлежности к классу противорадиолокационных самонаводящихся систем с последующей выдачей сообщения на РМО. Далее при повторной засечке координат разведанной ОП определяются координаты центра этой ОП и ее расположение по фронту и глубине. Причем, принадлежность засечек одной ОП идентифицируется с помощью карты целей (в памяти ЦВУ), в которой хранятся данные об обнаруженных ОН. При ведении интенсивной стрельбы с одной ОП для увеличения пропускной способности изделия оператор имеет возможность блокировать повторное сопровождение ОН. В этом случае в течение времени, задаваемого оператором (паузы), вновь обнаруженные ОН с параметрами, совпадающими с параметрами ОН и хранящимися в карте целей, не передаются на автосопровождение. При контроле стрельбы по исходным данным, вводимым оператором, и информации, полученной от обслуживаемых подразделений, ЦВУ для обслуживаемой батареи производит расчет координат трех зон обнаружения и автозахвата ОН, центры которых соответствуют 0,33, 0,6 и 0,8 дальности стрельбы (выбор зоны осуществляется оператором). Алгоритмы функционирования при обнаружении и автозахвате аналогичны режиму Р. После сопровождения ОН в течение 3,2 с ЦВУ производит экстраполяцию его траектории к точке вылета для идентификации принадлежности снаряда соответствующей батарее. В случае ложного обнаружения и автозахвата траектория снимается с сопровождения. Автосопровождение ОН прекращается при достижении им угла укрытия. Затем производится сглаживание координат снаряда на участке — 5,5 с и экстраполяция траектории к точке его падения. Полученные указанным выше способом данные разведки и контроля cтрельбы передаются в обслуживаемые МРЛК подразделения. При переводе МРЛК в режим функционального контроля возможно проведение автоматизированного и полуавтоматического контроля технического состояния РЛА. При проведении автоматизированного контроля в режиме "Функциональный контроль" ЦВУ решает следующие задачи: расчет направляющих косинусов, соответствующих требуемому угловому положению луча Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

ФAP; управление синхронизатором; управление СПОИ; управление приёмной системой в части задания режимов работы дискретной регулировки усиления и выравнивания амплитудно-фазовых характеристик каналов приемной системы; выдача информации о результатах контроля на индикатор. Для обеспечения полуавтоматического контроля ЦВУ решает следующие задачи: тестовый контроль ЦВУ (самоконтроль); тестовый контроль ВФ и каналов управления ФАР; автоматический контроль приемной системы, СПОИ, синхронизатора, индикаторов СОУ; контроль передающего устройства; контроль пультов РМО и PMК; контроль СВИП; выдача информации о результатах контроля на индикатор.

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лобанов М.М. У истоков отечественной радиолокации. – М.: Сов. радио, 1975. –244 с. 2. Лобанов М.М. Мы военные инженеры. – М.: Воениздат. 1977. – 2ЗЗ с. З. Шишов Ю.А., Ворошилов В.А. Многоканальная радиолокация с временным разделением каналов. - М.: Радио и связь. 1987. –144 с. 4. Царьков Н. М. Многоканальные радиолокационные измерители. – М.: Сов. радио , 1980. –192 с. 5. Обработка сигналов в многоканальных РЛС / Под ред. А.П. Лукошкина. – М.: Радио и связь, 1983. –238 с. 6. Шишов Ю.А., Ворошилов В.А. Функционирование радиолокационных станций с фазированными антенными решетками // 3арубежная радиоэлектроника. 1982. № 5. с. 32-50. 7. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. – М.: Сов. радио, 1956. 8. Толковый словарь по вычислительным системам / Под ред. В.Иллингуорта и др.: Пер. с англ. /Под ред. Е.К Масловского. М.: Машиностроение 1990. –-560 с. 9. Кузьмин С.3. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Сов. радио, 1974. –432 с. 10. Ветлинский В.Н., Ульянов Г.Н. Многоцелевые РЛС. – М.: Воениздат, 1975. –103 с.

.

11. Pfister G. Тhe Series 320 Radar: Three-dimensional Air Surveillans for the 80 's – IEЕЕ.– 1980. v. AЕS -16, N 5, рр. 628-638. 12. ГОСТ 23282-78. Решетки антенные. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1978. – 8 с. 1З. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. / Под ред. Д.И.Воскресенского. – М.: Радио и связь, 1994. – 592 с. 14. Самойленко В.И., Шишов Ю.А. Управление фазированными антенными решетками. – М.: Радио и связь, 1983. – 240 с. 15. Шишов Ю.А., Голик А.М. и др. Фазовращатели радиолокационных антенных решеток // 3арубежная радиоэлектроника. 1990. № 6. 16. Голик А.М. и др. Приемопередающие модули активных ФАР // Зарубежная радиоэлектроника. 1993. № 5. 17. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и Связь, 1984. – 312 с. 18. Шишов Ю.А. Фазированные антенные решетки. - Л.:МО, 1989. – 42 с. 19. Паспорт на изделие "Полонез", бШ2.244.137 ТУ. 1993. 20. Теоретические основы радиолокации /Под ред. В.Е.Дулевича. - М.: Сов. радио, 1979. 21. Вальд А. Последовательный анализ: Пер. с англ./ Под ред. Севастьянова. – М.: Физматгиз, 1960. – 328 с. 22. Дружинин В. Б., Конторов Д.С. Конфликтная радиолокация. – М.: Радио и связь, 1982. – 124 с. 23. Бакулев П.А. Методы и устройства селекции движущихся целей. - М.: Радио и связь, 1986. –268 с. Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

24. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. - М.: Мир, 1986. – 448 с. 25. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. - М.: Радио и связь, 1984. - 152 С. 26. Изделие 1Л259. Техническое описание. Часть 1. БД.640.015 ТО. 1992. 27. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник. - М.: Радио и связь. 1985. –312 с. 28. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. – М.: Сов. paдио. 1976. 29. Изделие 1Л259. Формуляр БД.640.0I5 Ф. 1992.

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997

Оглавление Введение 1. Основные положения теории многоканальной радиолокации Термины и определения. Классификация Особенности конструкции антенных систем МРЛС с временным разделением каналов Принципы функционирования МРЛС с временным разделением каналов 2. Многоканальный радиолокационный комплекс «Зоопарк-1» Назначение, перечень решаемых задач и состав аппаратуры Устройство и принцип действия радиолокационной аппаратуры Режимы работы РЛК и их характеристика. Обобщенный алгоритм функционирования комплекса Список литературы

Голик А.М. Многоканальные радиолокационные станции разведки огневых позиций. МО. 1997