Групповое занятие

занятие
по дисциплине «ВОЕННО -ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА»

Тема №1.ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАДИОЛОКАЦИИ.

Занятие

№10. Способы защиты от активных шумовых помех
  

 
 

и принципы построения помехозащитной аппаратуры.

 2.Бердышев В.П. Основы построения радиолокационных станций стр .74-78.

защищённости РЛС от шумовых помех.
4).Технические методы защиты от АП. Раскрыть

суть защиты методом силовой борьбы?
5)Защита от АШП с помощью метода частотной селекции?
6).Метод поляризационной селекции.Как с помощью данного метода осуществляется защита от АП ?

на технические и организационные.
Технические способы реализуются в конструкции РЛС

на стадии ее разработки и изготовления.
Они обеспечивают увеличение энергии сигнала или уменьшение уровня помех.
Уменьшение уровня шумовых помех достигается увеличением динамического диапазона приемника с помощью системы шумовой автоматической регулировки усиления (ШАРУ), обеспечивающей фиксацию вероятности ложных тревог и другими техническими способами.

снижением качества в условиях помех. В качестве численных критериев, позволяющих

оценить помехоустойчивость РЛС от АП и сравнить отдельные РЛС друг с другом используются следующие:
1.Коэффициент подавления помех – определяется как отношением мощности помехи (дБ) на входе системы защиты к мощности помехи на ее выходе:
Кп =10 lg (Pпвх / Pпвых ),

цели с заданной ЭПР σ в помехах при включенной аппаратуре

защиты Дпвкл к дальности обнаружения без помехД:сж п вкл Ксж= Д пвкл /Д.
Коэффициент сжатия ЗО может принимать значения от 0 (система не обеспечивает защиту) до 1 (идеальный, практически не достижимый случай).
3.Сектор эффективного подавления – это сектор в направлении на источник помехи, в пределах которого обнаружение целей невозможно; измеряется в градусах (угловых) и определяется в основном шириной главного лепестка ДНА (рис. 5.2).
4.Диапазон перестройки частоты РЛС РЛС Δf – характеризует возможности РЛС по защите от прицельной по частоте помехи, количество фиксированных рабочих частот в диапазоне перестройки.

быть получены из анализа уравнения противорадиолокации:
,
β,

–мощность излучения

на выходе антенна i-го ПАП;

энергетического спектра шумовой помехи i-го ПАП;

– --коэффициент усиления антенны i-го ПАП;

– значение нормированной диаграммы направленности антенны i-го ПАП в направлении на РЛС

;

,

,

– сферические координаты i-го ПАП;

–



коэффициент качества помехи, учитывающий отличие ее временной структуры от структуры теплового (гауссова) шума

;
– коэффициент поляризационного несовершенства помехи, учитывающий различие поляризации сигнала и помехи

FЛ (β-βi)·FЛ (ε-εi) – нормированная диаграмма направленности антенны РЛС в направлении i-го ПАП;
β, ε – угловые координаты максимума диаграмма направленности антенны РЛС.

– ширина

-

;

;

помех достигается:
- увеличением энергетического потенциала РЛС («силовая» борьба с помехой);
-

пространственной селекцией эхо-сигналов от целей на фоне помех;
- использованием поляризационного и временного «несовершенства» отдельных видов помех;
- расширением динамического диапазона приемных устройств.

;
.

.
1.1 Метод "силовой" борьбы.
Метод направлен на повышение

отношения сигнал/помеха на выходе приемного устройства (а следовательно, на увеличение дальности обнаружения цели в шумовых помехах) за счет увеличения энергии зондирующего сигнала Эи=Ри τи Mп и повышения ее концентрации в пространстве (увеличение коэффициента усиления антенны на излучение Gп). Он не преследует цели ослабления помехи на входе приемного устройства или в трактах обработки.

связано с увеличением габаритов и массы передатчика, необходимостью принятия мер

по повышению электрической прочности антенно-волноводного тракта РЛС.
При увеличении длительности зондирующих импульсов τи необходимо переходить к широкополосным сигналам, так как в противном случае увеличение τи приводит к ухудшению разрешающей способности РЛС по дальности и, как следствие, к снижению помехозащищенности в условиях пассивных помех. При этом ухудшается также точность измерения дальности.

обеспечения высокого темпа обзора пространства. Поэтому высокая эффективность этого метода

может быть достигнута лишь в специализированных РЛС РТВ, предназначенных специально для ведения "силовой" борьбы и анализа состава прикрытых помехами целей. Эти РЛС не ведут обзор пространства вкруговую, а работают по целеуказанию от обзорных РЛС, поэтому могут иметь узкий луч и зондировать заданное направление длительное время.
Увеличение Мп за счет увеличения частоты повторения зондирующих сигналов может привести к возникновению неоднозначности измерения дальности до целей.

от шумовых помех является отказ от равномерного обзора пространства и

переход к адаптивному обзору, при котором распределение энергии по направлениям (время зондирования отдельных направлений ) определяется исходя из воздушной обстановки в зоне обнаружения РЛС. В тех направлениях (секторах), откуда воздействуют помехи и где находятся цели, луч антенны перемещается с малой скоростью или вообще останавливается на некоторое время, чтобы получить необходимое число импульсов в пачке. Свободные от помех и целей направления, с целью сохранения высокого темпа обзора, просматриваются с повышенной скоростью. Среднее время задержки луча в направлениях, где находится цель, при адаптивном обзоре значительно больше среднего времени задержки луча в направлениях, где цели отсутствуют. Таким образом, производится автоматическое перераспределение времени, а следовательно, и энергии излучаемых сигналов между различными секторами зоны обзора.

где находится цель, по сравнению с равномерным обзором уменьшается при

увеличении числа элементов дальности, одновременно просматриваемых в каждом положении антенного луча. Однако даже при сравнительно большом количестве таких элементов (несколько сотен) выигрыш может быть весьма существенным (в 5...10 раз). Благодаря высокой эффективности адаптивные методы обзора весьма перспективны, особенно в РЛС с фазированными антенными решетками, в которых может быть обеспечено безынерционное сканирование антенного луча по сложной программе.

будет иметь место лишь в том случае, когда при обработке

производится накопление импульсов в пачке. Накопление может быть когерентным или некогерентным. При когерентном накоплении импульсы пачки складываются в фазе, в результате чего амплитуда сигнала на выходе накопителя возрастет в Мп раз (при одинаковой амплитуде всех импульсов пачки), а

мощность- в Мn раз. Pс вых = Mп Pс вх.

Шумовые выбросы складываются со случайными амплитудами и фазами, в результате чего мощность помехи на выходе накопителя возрастает в Мп раз Pп вых=Mп.Pп вх и отношение сигнал/помеха по мощности возрастет в Мп раз. Известны два типа устройств когерентного накопления пачки: фильтровые и корреляционно-фильтровые.

2

2

фазе сигналов и шумовых выбросов разрушена и сигналы и помеховые

выбросы представляют собой импульсы одинаковой полярности. Увеличение отношения сигнал/помеха при некогерентном накоплении происходит вследствие того, что импульсы пачки появляются более или менее регулярно и имеют более или менее постоянную амплитуду, в то время как амплитуда шумовых выбросов имеет случайный характер. При некогерентном накоплении имеют место потери в отношении сигнал/шум по сравнению с когерентным накоплением. При небольшом числе импульсов в пачке (до 10) эти потери невелики, а с увеличением Мп потери растут и коэффициент потерь становится примерно равным L=

, т.е.отношение сигнал/шум по мощности возрастает не в Мn раз, как при когерентном накоплении, а только в

раз.

когерентностью. Накопление производится в каждом кольце дальности в М параллельных

доплеровских фильтрах. В РЛС с эквивалентной когерентностью применяется некогерентное накопление пачки на экране ИКО с послесвечением или с помощью рециркуляторов, схем логической обработки пачки и т.д.

защиты РЛС от активных помех всех видов. Оно достигается за

счет сужения главного лепестка и уменьшения уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны, в результате чего обеспечивается сужение сектора эффективного подавления и уменьшение коэффициента сжатия зоны обнаружения РЛС.
Наряду с принятием всех мер снижения фона боковых лепестков в настоящее время в РЛС осуществляется избирательное адаптивное подавление бокового приема в направлении на каждый постановщик помехи путем компенсации помехи, принятой по боковым лепесткам, помехой, принятой с того же направления вспомогательной антенной. ДН вспомогательной антенны перекрывает боковые лепестки основной антенны (рис.2).

антенной, коррелированны, но отличаются друг от друга по интенсивности (рис.

2) и имеют сдвиг по фазе

, обусловленный разностью хода

Где :

- расстояние между фазовыми центрами основной и вспомогательной антенн;

– направление максимума основной антенны;

– азимут помехоносителя.

обеспечивает подавление помехи на 10-25 дБ и тем самым уменьшает

коэффициент сжатия зоны обнаружения в 1,7-4 раза.
Одноканальный (с одним вспомогательным каналом) автокомпенсатор способен подавлять помеху, действующую лишь с одного направления. При одновременном действии в зоне обнаружения РЛС нескольких помехоносителей, действующих с разных направлений, необходим многоканальный автокомпенсатор, число вспомогательных каналов которого должно быть не меньше числа разрешаемых помехоносителей, действующих одновременно в пределах сектора интенсивных боковых лепестков.

диаграмма квадратурного автокомпенсатора. Символами Х, ∫, ∑, Ф обозначены соответственно

перемножитель сигналов, интегратор, сумматор и фазовращатель. Управление процессами самонастройки в квадратурном автокомпенсаторе осуществляется на видео частоте. Поэтому перемножители в цепях обратной связи выполнены на базе фазовых детекторов, интеграторы – на базе RC – фильтров с постоянной времени, существенно превышающей длительность эхо-сигнала. Фазовые детекторы в единстве с соответствующими RC – фильтрами выполняют функцию коррелятора. Перемножители в цепях основного и дополнительного каналов выполнены на базе усилителей с управляемым коэффициентом усиления.

друг относительно друга на некоторую фазу Δφ (рис. 4 б).

Синфазный и квадратурный (ортогональный) подканалы автокомпенсатора, посредством управления амплитудой и фазой составляющих

и

, формируют помеху дополнительного канала, равную по амплитуде, но противоположную по фазе помехе основного канала, обеспечивая ее когерентную компенсацию в сумматоре автокомпенсатора.

дополнительного канала осуществляется на промежуточной частоте. Поэтому конструктивно гетеродинный автокомпенсатор

оказывается несколько проще квадратурного (отсутствует квадратурный подканал). Перемножители сигналов здесь выполнены на базе смесителей, а интегратор – на базе узкополосного кварцевого фильтра.
В первоначальный момент времени, в силу узкополосности и, следовательно, инерционности интегратора, управляющее напряжение на втором входе смесителя дополнительного канала отсутствует и помеховый сигнал основного канала с выхода сумматора поступает на второй вход смесителя корреляционной обратной связи, на первый вход которого поступает сигнал помехи дополнительного канала.

структурой, через узкополосный интегратор поступает на управляемый вход смесителя дополнительного

канала, обеспечивая равенство фазы и амплитуды помехи дополнительного канала фазе и амплитуде помехи основного канала и, следовательно, ее когерентную компенсацию в сумматоре. Корреляционная обратная связь обеспечивает непрерывную минимизацию дисперсии помехи на выходе сумматора.

ФАР с управляемыми усилителями на выходе антенной решетки. Такие антенны,

получившие название адаптивных ФАР, позволяют автоматически формировать диаграммы направленности с числом провалов, соответствующим числу разрешаемых по углу помехоносителей.

распределением мощности по спектру в широком диапазоне частот, с хаотической

поляризацией и временной структурой типа внутреннего шума приемника. Отступление от любого из этих условий является «несовершенством» помехи, которое можно использовать для защиты от нее РЛС. Одним из видов «несовершенных» помех является прицельная по частоте помеха, мощность которой сосредоточена в сравнительно узкой полосе частот -

(в 2-5 раз превышающей ширину полосы пропускания приемника РЛС). Такая концентрация мощности выгодна противнику, так как позволяет при ограниченной средней мощности передатчика помех повысить спектральную плотность помехи

. Способом защиты РЛС от прицельной помехи является перестройка частоты, особенно непрерывная (от импульса к импульсу).

«совершенной», но энергетически менее выгодной заградительной помехе, либо же достаточно

часто выключать передатчик прицельной помехи, чтобы произвести разведку новой частоты РЛС, что позволит во время пауз обнаруживать помехоноситель. Практически у заградительной помехи также имеет место «несовершенство», заключающееся в том, что ее спектральная плотность не является одинаковой по всей ширине спектра. В этом случае перестройка РЛС позволяет отыскать участки в спектре помехи с малой спектральной плотностью. Переходу к заградительной или скользящей по частоте помехе противника вынуждает также использование разных частот в угломестных каналах РЛС (РЛК) и применение многочастотных зондирующих сигналов.

несовершенство. В настоящее время применяются помехи с равномерной эллиптической (круговой)

или наклонной под 45° к горизонту линейной поляризацией. Такие помехи воздействуют на РЛС с любой поляризацией зондирующего сигнала. Несовершенство помех с такими видами поляризации состоит в том, что горизонтальная и вертикальная составляющие их вектора поляризации коррелированны между собой, т.е. жестко связаны по амплитуде и фазе, следовательно, могут быть взаимно скомпенсированы с помощью поляризационного автокомпенсатора (рис. 7), если в РЛС предусмотреть их раздельный прием.

РЛС на прием сигнала с поляризацией, ортогональной поляризации помехи. В

общем случае для эллиптически поляризованной волны ортогональной является также эллиптически поляризованная волна, но со сдвинутым на 90 положением осей поляризационного эллипса и противоположным направлением вращения вектора электрического поля. В частном случае линейно поляризованные волны ортогональны, если их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Для постановки активных шумовых помех применяются в основном круговая и эллиптическая поляризации, чтобы обеспечить воздействие на линейно поляризованную антенную с любой ориентацией плоскости поляризации

служит антенной основного канала автокомпенсатора, использующего поляризационное несовершенство помехи. Антенна

вспомогательного канала имеет излучатели, идентичные основному, но ориентированные ортогонально. Автокомпенсатор с использованием поляризационных различий полезного сигнала и помехи позволяет подавить помеху, воздействующую по главному лепестку диаграммы направленности приемной антенны и, следовательно, обнаруживать сам помехоноситель. Комплексный коэффициент передачи Ќ, как и в случаях с квадратурным и гетеродинным автокомпенсаторами, обеспечивает равенство фазы и амплитуды помехи дополнительного канала фазе и амплитуде помехи основного канала и, следовательно, когерентную компенсацию последней.

раздельного приема ортогональных составляющих электромагнитной волны рефлектор зеркальной антенны выполняется

либо сплошным, либо в виде сетки с размерами ячеек, значительно меньшими длины волны, а облучатель состоит из двух ортогонально ориентированных в пространстве вибраторов.
В РЛС метрового диапазона как правило применяются вибраторные антенны со взаимно перпендикулярным расположением пар вибраторов

в приемнике еще не происходит ограничение, носит название динамического диапазона

приемника. Обычно динамический диапазон определяется так:

где:

– среднеквадратическое значение собственных шумов на входе приемника (в пределах его полосы пропускания).

Динамический диапазон приемно-индикаторных трактов РЛС, если не приняты меры по его расширению, оказывается небольшим (8-14) дБ, причем для отдельных элементов тракта он имеет следующие значения: УВЧ - 60-70 дБ, УПЧ – 20-30 дБ, видеоусилитель – 10-20 дБ, ИКО – 8-14 дБ, т.е. наименьший динамический диапазон имеют выходные элементы тракта.

с логарифмическими амплитудными характеристиками (ЛАХ);
б) применением в приемниках шумовой автоматической

регулировки усиления (ШАРУ);
в) применением ограничения сигналов в широкополосном тракте приемника (до оптимального фильтра).
Для получения ЛАХ приемника параллельно колебательным контурам каскадов УПЧ включает нелинейные резисторы, сопротивление которых зависит от амплитуды колебаний в контуре. При соответствующем подборе характеристик нелинейных резисторов в каскадах УПЧ можно получить логарифмическую амплитудную характеристику приемника (рис. 8а), что обеспечивает расширение его динамического диапазона.

среднего уровня шума на выходе УПЧ приемника (ШАРУ) (рис. 8б).

Схема ШАРУ представляет собой статическую систему автоматического регулирования коэффициента усиления УПЧ. Продетектированный выходной шум УПЧ сглаживается узкополосным фильтром, благодаря чему на выходе фильтра выделяется напряжение, пропорциональное среднему уровню шума.

Это напряжение усиливается в УПТ

и подается на первые 2...3 каскада УПЧ для регулирования их коэффициента усиления. Чем больше уровень помехи на входе УПЧ, тем больше величина регулирующего напряжения на выходе схемы ШАРУ и тем меньше коэффициент усиления УПЧ.

УПЧ с ЛАХ расширяется до 50-60 дБ. Нужно иметь ввиду,

что применение схемы ШАРУ и УПЧ с ЛАХ не приводит к улучшению отношение сигнал помеха, а только стабилизируют шумовую помеху на выходе УПЧ на уровне, значительно меньшим уровня ограничения в последующих элементах приемно-индикаторного тракта, и тем самым способствуют обнаружение сигнала в том случае, когда отношение сигнал/помеха больше единицы.

диапазона согласованного фильтра и последующих элементов приемника иногда применяют ограничение.

Примером реализации метода сжатия динамического диапазона помехи является схема с ограничителем перед согласованным фильтром в РЛС со сложномодулированным сигналом (рис. 9).

не происходило ограничения в последующих элементах приемника, где ограничение уже

недопустимо.
В схеме, изображенной на рис. 9, сигналы и выбросы помехи на входе оптимального фильтра также имеют одинаковую амплитуду, определяемую уровнем ограничения. Однако в оптимальном фильтре полезные сигналы сжимаются во времени и их амплитуда возрастает, сжатия же помеховых выбросов не происходит. В результате на выходе оптимального фильтра сигнал может быть выделен на фоне помехи.
Конечно, ограничение приводит к некоторому ухудшению отношения сигнал/шум, однако при этом достаточно простым способом стабилизируется уровень помехи на выходе и предотвращается полная потеря сигнала, которая могла бы иметь место из-за возможного ограничения в последующих цепях приемника.

ограничения в отношении бортовой аппаратуры приведут к уменьшению мощности ,

переход к заградительной помехе вызовет увеличение диапазона частот );
-повышение плотности группировок РТВ (это вызовет уменьшение коэффициентов совпадения помехи обусловленное ограничением возможностей противника по созданию прицельно направленных помех);
-первоочередное уничтожение ПАП (приведет к увеличению минимальной дальности );
-применение многопозиционной (разнесенной) радиолокации (увеличение ЭПР, особенно при наблюдении СВН, разработанных по программе «Stelt»).

ее зона обнаружения может настолько сжаться, что РЛС не в

состоянии выполнять свои задачи.
2. Повышение индивидуальной защищенности РЛС от АШП в настоящее время достигается: методом «силовой» борьбы; методом пространственной селекцией эхо-сигнала; методом расширения динамического диапазона приемного тракта РЛС; использованием несовершенства (поляризационного и временного) помехами.
3. В перспективе для защиты РЛС РТВ от АШП ожидается использование новых видов сигналов и нетрадиционных режимов обзора пространства.

Выводы:

уравнения противорадиолокации
2. Селекция сигналов:
- по длительности импульсов ;
-

закону внутриимпульсной модуляции сигналов.
3.Селекция сигналов:
по частоте следования импульсов ;
по амплитуде.
4.Методы защиты от уводящих помех.