Основы радиолокации

К специфическим достоинствам самого метода измерения следует отнести: простоту устройства станции; нечувствительность к медленным уходам частоты генератора.

Наиболее существенные недостатки метода: высокие требования к кратковременной стабильности частоты генератора (за время распространения радиоволн до цели и обратно); влияние любой паразитной модуляции колебаний генератора на работоспособность устройства; возникновение помех работе станции при наличии нескольких целей (на выходе детектора будут образовываться комбинации доплеровских частот и их гармоник ).

 

Вопрос 4.

 

Возможности решения  поставленной задачи с помощью РЛС  характеризуются тактическими данными аппаратуры. К тактическим данным РЛС обычно относят:

- размеры области пространства, в пределах которой осуществляется наблюдение целей, – зону обзора;

- время, требующееся  для осмотра заданной области,  или период обзора Т_обз;

- измеряемые координаты;

- точность измерения  координат и скорости целей;

- разрешающую способность;

- надёжность;

- помехозащищённость.

Зона обзора ограничивается максимальной (D_макс) и минимальной (D_мин) дальностью действия и секторами обзора в горизонтальной (Ф_аз) и вертикальной (Ф_ум) плоскостях (рис. 4.1).

Рисунок 4.1. Зона обзора РЛС.

 

При оценке точности измерений, осуществляемых с помощью РЛС, принимают во внимание лишь случайные составляющие ошибок измерений; предполагается, что систематические составляющие ошибок могут быть определены и учтены. В подавляющем большинстве случаев, представляющих практический интерес, случайные ошибки радиолокационных измерений распределены по нормальному закону, и для характеристики точности работы РЛС указывают среднеквадратическое значение или дисперсию ошибки измерения. Среднеквадратические значения ошибок измерения будем обозначать: дальности – , угловой координаты – , скорости – .

Разрешающая способность  РЛС характеризует возможность  раздельного наблюдения целей, которые  отличаются либо значением одной  из координат, либо скоростью движения. Разрешающая способность по дальности определяется минимальным расстоянием между двумя целями, имеющими одинаковые угловые координаты и скорости, при котором эти цели наблюдаются раздельно. Если расстояние между целями станет меньше , то РЛС будет воспринимать их как одну цель.

Разрешающая способность по угловой координате определяется минимальным углом между направлениями на две цели, характеризующиеся одинаковыми дальностями и скоростями движения, при котором возможно раздельное наблюдение целей.

Разрешающая способность по скорости определяется минимальным различием скоростей двух целей, наблюдаемых раздельно, при условии равенства их дальностей и угловых координат.

Под надёжностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Имеет четыре составляющие: работоспособность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Обычно работоспособность характеризуют вероятностью безотказной работы станции в течение заданного промежутка времени или средним временем безотказной работы.

Помехозащищённостью называется способность радиолокационного устройства сохранять свои основные тактические показатели при воздействии помех того или иного вида. Для оценки помехозащищённости не выработано числовых показателей. Можно только сказать, что из двух РЛС та будет обладать более высокой помехозащищённостью, у которой при прочих равных условиях воздействие помехи вызовет меньшее ухудшение тактических данных (дальности действия, точности и разрешающей способности).

К тактическим данным относят иногда и те условия, в  которых должна работать станция (характеристики целей, условия погоды, место размещения и т.д.).

Тактические данные РЛС  определяются её техническими характеристиками. К техническим характеристикам относятся:

- принцип построения  РЛС (метод получения радиолокационных  сигналов, вид излучаемых колебаний,  способ обработки сигналов в  приёмнике);

- несущая частота излучаемых  колебаний f или длина волны λ;

- закон модуляции излучаемых  колебаний;

- средняя Р_ср и пиковая Р_и мощности излучения;

- форма и ширина  диаграммы направленности антенны  θ_аз, θ_ум;

- чувствительность приёмного  устройства по мощности (Р_{пр мин}) или энергии (Е_{пр мин});

- тип выходного устройства.

 

Вопрос 5.

 

Все виды самолётной радиолокационной аппаратуры условно можно разделить на две большие группы. В первую входят РЛС класса «воздух - воздух». Основной их задачей являются обнаружение и измерение координат и параметров движения воздушных целей. К таким РЛС относятся, например, радиолокационные станции перехвата и прицеливания (обзорно-прицельные РЛС), устанавливаемые на истребителях, или РЛС дальнего радиолокационного обнаружения воздушных целей.

Во вторую группу входят РЛС класса «воздух - поверхность». Основной задачей таких РЛС является получение информации о поверхности земли или о наземных целях. К таким РЛС относят РЛС обзора поверхности земли, которые обеспечивают получение радиолокационного изображения поверхности земли и наземных целей, или РЛС обеспечения безопасного полёта самолёта на малых и сверхмалых высотах. В эту же группу входят РЛС радиолокационной разведки наземных целей.

Некоторые типы РЛС относятся  к так называемым многофункциональным  РЛС, которые решают как задачи систем «воздух - воздух», так и «воздух - поверхность».

 

1. Бортовой комплекс перехвата воздушных целей.

 

На рисунке 5.1 приведена упрощённая структурная схема возможного радиоэлектронного комплекса управления вооружением истребителя-перехватчика.

Рисунок 5.1

 

В комплексе основным информационным блоком является бортовая РЛС, обеспечивающая решение главных задач на этапе бортового наведения, прицеливания и пуска ракет. Бортовая ЭВМ решает задачи сближения с целью (самонаведение) по одному из методов наведения (метод погони, пропорциональной навигации). На индикаторах отображается воздушная обстановка и выдаются команды управления.

Бортовая РЛС обеспечивает выполнение следующих операций:

- обнаружение и опознавание  целей;

- захват цели на  автоматическое сопровождение;

- бортовое наведение;

- прицеливание (атака цели).

Рисунок 5.2

 

Основные тактические  параметры:

 

- дальность обнаружения  целей;

- сектор поиска по  азимуту и углу места;

- разрешающая способность;

- помехозащищённость.

 

Используемые принципы построения:

 

- некогерентная импульсная  РЛС;

- когерентно-импульсная РЛС с СДЦ;

- импульсно-доплеровские  РЛС.

 

Некогерентная импульсная РЛС комплекса перехвата.

Структурная схема РЛС комплекса перехвата включает все основные элементы, определяющие особенность такой РЛС для обеспечения обнаружения и сопровождения воздушных целей. Упрощенная структурная схема приведена на рисунке 5.3. В РЛС имеются устройства, относящиеся к радиолокационному каналу, в который входят синтезатор, передатчик, антенный переключатель, антенна, приёмник и индикатор поиска целей. Для управления антенной при обзоре пространства применяется специальная схема управления поиском. Для выделения сигнала, отраженного от цели, выбранной для атаки, и для точного определения координат применяются устройства селекции по дальности и скорости, дальномерное и угломерное устройства сопровождения цели. В РЛС с относительно малой дальностью обнаружения цели до 30—40 км обычно применяют простые импульсные сигналы с малой длительностью 0,5—2,0 мкс, которая выбирается в соответствии с требуемой разрешающей способностью по дальности. Для обеспечения большей дальности могут применяться сложные сигналы в виде импульсов с ЛЧМ.

Рисунок 5.3.

Селектор целей по дальности и дальномерное устройство в РЛС решают задачу выделения  импульса цели, точное измерение расстояния до цели и скорости сближения с целью. Угломерное устройство предназначено для точного измерения угловых координат. Система стабилизации антенны по крену и тангажу на рис. 5.3 входит в устройство управления антенной.

Для решения задачи бортового наведения и прицеливания важнейшим узлом РЛС является вычислительное устройство (бортовая ЭВМ), на которое поступает вся необходимая для выработки сигналов управления информация. Существенным не достатком некогерентных РЛС является невозможность выделения сигналов, отраженных от целей, на фоне мешающих отражений от поверхности земли и пассивных помех.

 

Когерентно-импульсные РЛС с СДЦ и импульсно-доплеровские РЛС.

Применение РЛС с  СДЦ и импульсно-доплеровских РЛС в самолетных комплексах перехвата обусловлено главным образом необходимостью обнаружения низколетящих целей на фоне отражений от поверхности земли.

 

2. РЛС авиационных комплексов радиолокационного дозора и наблюдения.

 

Увеличение скорости полета современных самолетов, использование  малых и предельно малых высот, введение методов существенного уменьшения ЭПО целей привели к тому, что наземные РЛС обнаружения и наведения уже не могут эффективно обеспечивать обнаружение воздушных целей на достаточном расстоянии от защищаемых объектов и организацию их перехвата. Из-за кривизны земной поверхности обнаружить воздушные цели, летящие на малых высотах, наземными РЛС удается на дальности не более 30 – 40 км. Применение противником крылатых ракет авиационного базирования, которые могут быть запущены с больших расстояний, приводит к тому, что обнаружить и перехватить как самолеты-носители крылатых ракет, так и сами крылатые ракеты становится достаточно трудной задачей. Один из способов решения проблемы обнаружения целей заключается в том, что РЛС дальнего обнаружения должна быть поднята на сравнительно большую высоту над поверхностью земли. Реализация указанной идеи привела к созданию авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения (РЛДН). Из рис. 5.4 следует, что РЛС на самолете авиационного комплекса РЛДН обеспечивает наблюдение воздушных целей на значительно большем расстоянии, чем наземные РЛС. Особенно важным является преимущество РЛДН при обнаружении целей при полете на малых и предельно малых высотах.

 

Рисунок 5.4.

 

Кроме задачи обнаружения  целей на авиационные комплексы  РЛДН может быть возложена задача и наведения своих истребителей перехвата на воздушные цели. Возможности РЛДН целесообразно использовать и при управлении боевыми действиями ударных самолетов и вертолетов в оперативно-тактической глубине обороны противника. В качестве воздушных командных пунктов авиационный комплекс РЛДН может быть использован для наведения своих ударных самолетов и вертолетов на важные наземные – подвижные и неподвижные – цели, для наведения вертолетных групп десантирования или спасания экипажей, для предупреждения своих войск и ударных самолетов о действиях истребительной авиации противника. Важной задачей комплексов РЛДН может быть обнаружение надводных морских целей и наведение на них своих ударных самолетов. Могут быть разработаны и другие возможные варианты применения комплексов РЛДН, исходя из их основного преимущества перед наземными системами: большая зона наблюдения целей, обусловленная расположением РЛС на большой высоте над поверхностью земли.

Для успешного решения  авиационным комплексом РЛДН описанных  выше задач необходимо, чтобы РЛС  обеспечивала выполнение следующих операций: обнаружение целей на фоне мешающих отражений от поверхности земли, автоматическое сопровождение одновременно многих целей при сохранении обзора пространства, измерение высоты целей и наблюдение поверхности земли с высоким разрешением (при наведении ударных самолетов).

 

3. РЛС авиационных ударных комплексов.

 

РЛС обеспечивают выделение наземных движущихся целей. РЛС авиационных ударных комплексов позволяют решать следующие задачи:

- самолетовождение при отсутствии оптической видимости, используя только радиолокационное изображение поверхности земли и наземных объектов (ориентиров);

- предупреждение о метеорологической обстановке по маршруту полета;

- обеспечение полета самолетов на малой высоте путем измерения радиолокационными методами ряда параметров рельефа поверхности земли;

- обнаружение целей и опознавание их по характерным признакам;

- выполнение прицеливания по наземной или надводной цели, определяя координаты и параметры движения цели и самолета.

Как при решении задач  самолетовождения, так и при прицеливании выполняются две основные операции: определение положения ориентиров и целей на поверхности земли и управление самолетом так, чтобы вывести его в нужную точку. Такой точкой в случае навигации является промежуточный или конечный пункт маршрута полета, а при прицеливании – точка пуска ракеты, сброса бомб или груза (при использовании РЛС на самолетах военно-транспортной авиации). РЛС комплексов военно-транспортных самолетов во многом схожи с РЛС ударных комплексов.

Главной задачей РЛС  ударных комплексов является получение радиолокационного изображения поверхности земли и различных объектов на ней. Поэтому данные РЛС называются РЛС обзора поверхности земли, а также панорамными РЛС. Радиолокационное изображение в определенной степени подобно карте местности и может быть использовано для большинства указанных выше задач. При самолетовождении радиолокационное изображение используется непосредственно или для коррекции полета, выполняемого по данным других навигационных систем.

 

4. РЛС обзора поверхности земли (моря) и наблюдение малоразмерных целей.

 

Получение радиолокационного  изображения поверхности, или, как  иногда говорят, выполнение радиолокационного  картографирования поверхности  является основной операцией в различных  РЛС класса «воздух-поверхность», к которым относятся и РЛС ударных самолётов.