Тред №307805

С определением дальности до цели более-менее разобрались. Примемся за угловые координаты. Точность их определения равна половине ширины главного луча диаграммы направленности антенны. Кстати, напоминаю, дальность обнаружения зависит от корня квадратного из КУ антенны (в отличие от корня четвертой из энергетического потенциала). Очень важный элемент РЛС, рассмотрим его поподробнее. Как ни странно, в части зависимости характеристик антенны и ее геометрических размеров дело обстоит точно так же, как в зависимости сигналов и спектров. Если излучающий элемент имеет геометрические размеры много меньше длины волны, то он не обладает направленными свойствами. То есть имеет бесконечно широкую диаграмму направленности в области реальных углов (от нуля до 360градусов). Если геометрические размеры антенны соизмерима или много больше длины волны, то можно представить ее как совокупность маленьких ненаправленных антенн, каждая из которых имеет свою амплитуду и фазу возбуждения. Тогда результирующая ДНА будет представлять собой сумму сигналов от всех элементарных антенн в каждом направлении. Наиболее просто это себе представить в виде векторного суммирования, где амплитуда вектора есть амплитуда возбуждения, а координатный угол – начальная фаза плюс разность хода волны, вызванная отклонением текущего направления от нормали к поверхности антенны. Если устремить величину элементарной антенны к нулю, то сумма преобразуется в интеграл, как две капли похожий на обратное преобразование Фурье. Именно то преобразование, которое связывает спектр сигнала и его форму во временной области. Амплитуды и фазы возбуждения точек антенны в зависимости от их координат на поверхности антенны называется амплитудно-фазовым распределением (АФР). С точки зрения преобразования Фурье, АФР это полный комплексный спектр (амплитудный и фазовый), координаты точек это частота. Тогда значение ДНА это сигнал, угол это время. Но в аналогии ДНА – сигнал есть одна маленькая математическая тонкость. В формуле преобразования ДНА в АФР фигурирует не сам угол, а его гармоническая функция. Это приводит к тому, что в качестве бесконечного времени фигурирует ограниченный по значению 0..360градусов угол. Что неплохо согласуется с реальной действительностью. Если в самом преобразовании ввести понятия эквивалентного угла, имеющего бесконечный интервал значений, и области видимости, ограниченной диапазоном 0..360градусов, то соответствие становится полным.  Теперь, вооруженные этим знанием, можем легко сделать нужные нам выводы.
- ДНА имеет принципиально лепестковый характер. При фазовом распределении, не имеющем резких скачков по раскрыву антенны, у ДНА имеется явно выраженный основной лепесток. Именно он называется основным лучом. Он является единственно полезным. Все остальные лепестки называются боковыми и являются вредными.
- Форма ДНА зависит от АФР, в том числе и боковые лепестки. Их уровень снижается при спадающем к краям антенны амплитудном распределении. Максимальная величина основного лепестка получается при линейном фазовом распределении, то есть всегда найдется направление, в котором волна от всех точек раскрыва суммируется в фазе.
- Ширина ДНА зависит от относительных (к длине волны) размеров антенны. Чем больше относительный размер антенны, тем уже ширина ДНА (ширина главного лепестка).
- Так как в преобразовании АФР в ДНА фигурирует разность хода (отношение расстояния к длине волны, выраженная в радианах), то форма ДНА зависит от длины волны, а значит характеристики антенны принципиально являются частотно-зависимыми. Влияние частоты на форму ДНА минимально в случае нулевой разности хода. Это соответствует положению луча  перпендикулярному к поверхности раскрыва антенны.
Рассказывать о технических реализациях антенн можно бесконечно долго. Но стоит выделить непрерывные антенны, у которых АФР является непрерывной функцией (например, зеркальные, рупорные, вибраторные антенны и их всевозможные комбинации) и дискретные, у которых АФР является дискретной функцией. Дискретные антенны еще называются антенными решетками. Решетки имеют массу недостатков, но одно достоинство искупает всё. Этим достоинством является простота реализации и управления формой АФР, а значит и формой ДНА. Так как решетки фактически состоят из отдельных излучающих элементов, то, изменяя амплитуду и фазу возбуждения каждого элемента, можно формировать нужную форму ДНА.
Но вернемся к задаче определения угловых координат цели. Нужно направить основной луч ДНА в направлении на цель и зафиксировать значение углового положения луча. Это и есть угловые координаты цели. Однако априори не известно, где находится цель. Для ее обнаружения необходимо просмотреть главным лучом некоторый заданный объем пространства. Этот процесс называется сканированием. Его можно осуществлять механическим поворотом всей антенны. Но медленно, так как вся антенна, как правило, имеет значительные габариты и массу, а значит и большие моменты инерции. Можно создавать наклонное линейное фазовое распределение, например смещением из фокуса (вбок) облучателя зеркальной антенны. Тоже процесс механический, но моменты инерции значительно меньше, можно обеспечить приличную скорость сканирования. Но невозможно обеспечить гибкий обзор пространства в произвольном порядке. А можно управлять фазой каждого элемента решетки посредством электронно-управляемого фазовращателя.  Так пришли к идее ФАР (фазированной антенной решетки). Обязательным признаком, позволяющим отнести решетку к ФАР, является наличие в каждом (или большинстве) элементов решетки фазовращателя, управляющего устройства, позволяющего с той или иной точностью устанавливать фазу хотя бы в пределах 0..360градусов. Этого вполне хватает для управления лучом ДНА при использовании не сверхширокополосных зондирующих сигналов. Если это условие выполняется, такая ФАР называется пассивной (ПФАР). Можно в элемент ФАР добавить устройство управления амплитудой элемента, тогда получим следующий этап развития антенных решеток – полуактивная на прием (ПАФАР) и активная на прием-передачу (АФАР).
ПФАР позволяет:
- Осуществлять быстрое (время переключения от долей до десятка микросекунд) электронное сканирование по произвольному алгоритму. Что позволяет совместить в одной РЛС функции обнаружения, сопровождения, управления оружием и тд.
- Управлять шириной ДНА посредством изменения фазового распределения с линейного на сферический.
- В определенных рамках управлять формой ДНА. Например формировать разностную, косекансную и некоторые другие формы ДНА.
- Формировать многолучевую ДНА на передачу, прием или прием-передачу. Для этого используются либо диаграммообразующие матрицы или частотную многоканальность.
- Формировать нули ДНА в направлении на помехопостановщики, так называемая фазовая адаптация.
ПАФАР:
- Все то же, что и ПФАР.
- Имеет лучшую чувствительность (меньшую мощность собственных шумов приемника), особенно в многолучевом режиме.
- Более широкие возможности управления формой ДНА.
- Более широкие возможности формирование нулей ДНА в направлении на помехопостановщики, так называемая амплитудно-фазовая адаптация.
- Имеется возможность несколько увеличить КУ антенны на передачу. Для этого на передачу формируется равномерное амплитудное распределение, обладающее максимальным КУ, а на прием -– спадающее к краям, обеспечивающее минимальный уровень боковых лепестков.
АФАР:
- Все то же, что и ПАФАР.
- Потенциально большую достижимую мощность на передачу.
Кроме очень большого влияния на дальность обнаружения, параметры антенны очень сильно влияют на помехоустойчивость. Особенно уровень боковых лепестков (УБЛ). Оно и понятно, чем хуже УБЛ, тем меньше нужна мощность помехопостановщика, чтобы обеспечить сигнал на выходе приемника, превышающий порог обнаружения, а значит и ложную цель или множество их. То есть, невозможно определить хотя бы угловые координаты помехопостановщика, которые в территориально разнесенной группировке РЛС могут быть использованы для определения его полных пространственных координат методом триангуляции. Низкий УБЛ обеспечивается в первую очередь конструкцией антенны, реализующей спадающее к краям амплитудное распределение и линейное фазовое с требуемой точность. Но есть еще два метода. Один из них – широко используемый метод компенсации помехового сигнала с помощью дополнительных антенн, метод автокомпенсации помех (АКП), ранее называемый подавление боковых лепестков (ПБЛ). Суть его заключается в том, что с дополнительных антенн помеховый сигнал поступает в систему автоматического регулирования (следящую систему), с помощью которой достигается минимум помехового сигнала в основном канале приемника, к которому подключена основная антенна. Чем больше каналов АКП и чем больше перекрытие ДНА этих каналов боковых лепестков основной антенны, тем выше эффективность работы АКП. Из этого следует, что АКП легко реализуема для антенн с малым УБЛ, иначе размеры антенн АКП должны быть соизмеримы с размерами основной антенны. Другой метод используется только в ФАР. Это фазовая или амплитудно-фазовая адаптация. Суть метода – в некоторых пределах испортить АФР антенны таким образом, чтобы нули ДНА оказались направлены в направлении на помехопостановщики, а основной луч (КУ антенны и ширина ДНА), в результате этих манипуляций, пострадал незначительно.

Если речь зашла о помехоустойчивости, то нужно выделять два фактора -– скрытность работы РЛС (стойкость ее к радиотехнической разведке) и собственно помехоустойчивость. При сохранении заданной дальности, скрытность обеспечивается низкой импульсной мощность передатчика и высокой чувствительность приемника, а помехоустойчивость наоборот, высокой средней мощность передатчика и низкой чувствительностью приемника. И все это при высоком КУ и низком УБЛ антенны. К передатчику требования не самые противоречивые. Выше шел разговор про широкобазовые сигналы, у них как раз можно реализовать низкую импульсную мощность при высокой средней и заданной точности по дальности. А вот требования к приемнику оказываются весьма неоднозначными. Поэтому сверхвысокие чувствительности приемника не прижились в областях, связанных с боевым применением РЛС. Кроме реализации этих требований, существует масса других методов. Выше уже упоминали о требовании низкого УБЛ и методы его снижения. Но это не все. Быстрая (между периодами зондирования) перестройка частоты позволяет противостоять заградительной шумовой помехе. Перед началом зондирования производится анализ помеховой обстановки – определение уровня внешних помеховых сигналов на разных рабочих частотах. Для работы используется частота, имеющая наименьший уровень помех. Количество рабочих частот в идеале должно обеспечивать диапазон перестройки, не позволяющей создать в нем помеху с опасной для станции спектральной плотностью. Перестройка частоты, наряду с изменением параметров внутриимпульсной модуляции, позволяет бороться и с ответно-импульсной помехой, полностью имитирующей зондирующий сигнал. В этом случае дистанция по дальности до помехопостановщика остается свободной от его действия. А ложные цели на дистанции за помехопостановщиком легко селектируются в случае наличия территориально разнесенной группировки РЛС, так как они будут иметь одинаковые с помехопостановщиком угловые координаты для каждой станции группировки, а значит разные пространственные, определенные с помощью триангуляции. Еще один метод повышения помехоустойчивости -– накопление отраженного сигнала. С одной стороны, увеличение количества попыток обнаружения, даже с очень маленькой вероятностью обнаружения в одной попытке, приводит к увеличению суммарной вероятности обнаружения. С другой стороны, при накоплении случайный сигнал помехи суммируется по другим законам, чем детерминированный отраженный. Например, при когерентном (с учетом фазы) накоплении складываются амплитуды сигнала и мощности помехи. Таким образом, результирующее отношение сигнал/помеха повышается в количество периодов накопления, а их может быть достаточно много, на станциях предпоследнего поколения до 128 и выше. При использовании некогерентного накопления отношение сигнал/помеха увеличивается несколько слабее, в корень квадратный из количества периодов накопления, но используется достаточно широко из-за простоты реализации.
Для борьбы с пассивными помехами целиком ложится на СДЦ (селекция движущихся целей). Это фильтр, позволяющий подавлять сигнал от целей, имеющих нулевую или достаточно низкую скорость относительно поверхности земли. Принцип работы основан на эффекте Доплера -– смещение спектра сигнала выше или ниже по частоте в зависимости от величины и знака радиальной составляющей скорости. Сигнал от целей с низкой скоростью, а это местные предметы, метеообразования и облака искусственных пассивных помех отфильтровываются в СДЦ. Методов реализации устройства очень много, это и аналоговые фильтры прямого действия, и схемы аналогового черезпериодного вычитания, и классические цифровые фильтры, и фильтры на преобразованиях Фурье. Вообще на помехоустойчивость работают практически все системы РЛС. Например, в приемнике – АРУ (автоматическая регулировка усиления), ВАРУ (временная регулировка усиления в зависимости от дальности), ШАРУ (шумовая регулировка усиления, стабилизирующая уровень собственных шумов), ШОУ (широкополосный фильтр – ограничитель – узкополосный фильтр, позволяющий уменьшить влияние короткой импульсной помехи). Некоторые функции повышения помехоустойчивости реализуются на этапе формирования вторичной радиолокационной информации. Это всевозможное стробирование и бланкирование. Например, цифровое устройство межобзорного бланкирования (ЦУМБ) позволяет избавиться от обработки большого количества отметок от местных предметов, особенно при малых углах места и малой дальности. Грубо говоря, такое устройство определяет координаты таких местных предметов и формирует бланки, не пропускающие сигнал от них на вход обнаружителя. В этих бланках могут формироваться стробы, отменяющие действие бланков в случае захода цели в зону действия бланка. И таких устройств и алгоритмов во вторичной обработке существует множество. Некоторые функции помехозащиты выполняются вовне станции, на КП соответствующей группировки. Например, упомянутая выше триангуляция. Для этого в самой РЛС в обязательном порядке осуществляется максимально точное определение угловых координат помехопостановщика, особенно при невозможности вскрытия забитого им направления. Эта информация отдается на КП для дальнейшей обработки в интересах всей группировки. Поэтому на помехоустойчивость работает не только техническое совершенство самой станции, но и грамотный выбор средств группировки, их рабочих частот, расположение на местности, возможности обмена информацией и тд.