Авиабаза =KRoN=
 

Основные разделы

АвиаТОП

ДРЛО

Радиолокационные системы авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения

Дж. Кларк, старший член ИИЭР

Радиолокационные системы (РЛС) авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения предназначены для дальнего обнаружения и сопровождения воздушных целей как на малых, так и на больших высотах. В статье рассматривается выбор основных параметров таких РЛС рабочей частоты, частоты повторения и длительности зондирующих импульсов, мощности излучения, а также ряд факторов, относящихся к антенне. Приводится обзор авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения Nimrod AEW, E-2C Hawkeye и Е-ЗА AWACS. находящихся на вооружении стран НАТО. В настоящее время, а также дается описание других подобных комплексов, включая установленный на вертолете Sea King. Высказываются соображения по развитию РЛС комплексов дальнего радиолокационного обнаружения в будущем.

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АРП - автоматическая регулировка порога АЦП - аналого-цифровой преобразователь БИХ - бесконечная импульсная характеристика (фильтр с БИХ) ВЧ - высокая частота ДРЛО - дальнее радиолокационное обнаружение ИКО - индикатор кругового обзора КИХ - конечная импульсная характеристика (фильтр с КИХ) КОГ - когерентный опорный генератор ОВЧ - очень высокие частоты (30-300 МГц) ПЧ - промежуточная частота РЭП - радиоэлектронное подавление СБ - сменный блок СДЦ - селекция движущихся целей СРЛО - система радиолокационного опознавания УВЧ - ультравысокие частоты (300-1000 МГц) УСДЦ - устройство селекции движущихся целей ЧПИ - частота повторения импульсов ЭПО - эффективная площадь отражения Т - время облучения цели при обзоре t - эффективная длительность импульса V - скорость

I. ВВЕДЕНИЕ

Для получения относительно больших дальностей обнаружения целей уже более столетия используются

воздушные посты наблюдения. Во время первой мировой войны широко применялось воздушное наблюдение не только с самолетов, но и с воздушных шаров и привязных аэростатов, по производству которых (технология разработана в Фарнборо) ведущее место в мире занимала Великобритания Во время второй мировой войны применение радиолокационных станций (РЛС) для противовоздушной обороны сочеталось с пониманием тех неоспоримых преимуществ, которые дает самолетная РЛС. Однако самолетные РЛС обнаружения имели в то время весьма ограниченные возможности наблюдения низколетящих целей, так как отраженные от них сигналы пгдавлялись мешающими отражениями (МО) от земной поверхности. Экспериментальная работа по созданию таких РЛС была начата в США в 1943 г. в рамках проекта Cadilac на основе РЛС сантиметрового диапазона с магнетронным передатчиком. За последние 10 лет постоянно велись работы по расширению возможностей самолетных РЛС обзора нижней полусферы (наблюдение "вниз"). В результате были созданы авиационные комплексы (АК) дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО), из которых около 250 находятся в эксплуатации.

В настоящее время в вооруженных силах новее месгно утвердилось мнение, что применение АК ДРЛО для целей ПВО и других может играть жизненно важную роль. Роль и задачи кс лнлексов ДРЛО, в которых РЛС является всего лишь одним (хотя и весьма важным) из элементов, определяют и требования к РЛС. Даже из название видно, что главная задача ДРЛО заключается в обнаружении ншколегящих целей, находящихся за пределами зон обнаружения наземных РЛС.

Важной задачей этих комплексов является также сопровождение целей и наведение на них самолетов- перехватчиков. АК ДРЛО могут решать вспомогательные задачи, например выполнение радиотехнической разведки, осуществление ретрансляции сигналов систем радиосвязи, обнаружение кораблей, определение направления на источники преднамеренных помех с целью нахождения их местоположеиния триангуляционным методом с помощью других систем ПВО или для обзора пространства на средних и больших высогах за пределах тех областей, которые находятся вне зоны действия наземной РЛС. В общем введение вспомогательных функций не должно сказываться на возможностях и характеристиках авиационного комплекса ДРЛО при выполнении им основной задачи. Необходимая для выполнения основной задачи цельность наблюдения целей может быть не менее дальности прямой радиовидимости при условии, что приемник обладает достаточной чувствительностью. Для обнаружения целей в нижней полусфере в настоящее время широко применяется импульсно-доплеровский метод.

В статье рассматриваются некоторые из факторов, влияющих на выбор основных параметров РЛС авиационных комплексов ДРЛО, а также дан обзор комплексов Е-2С Hawkeye, Е-3А AWACS, Nimrod AEW, Sea King и Cariball.

II. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЛС

Полное рассмотрение всех факторов, влияющих на разработку РЛС ДРЛО, представляло бы собой непосильную задачу Достаточно сказать, что исходными являются основные тактические требования к РЛС, включающие в себя такие показатели, как типы целей, взаимодействие с другими средствами ПВО, вид базирования, предполагаемые средства РЭП противника и эксплуатационная готовность. Эти показатели в свою очередь тесно связаны с выбором летательного аппарата (ЛА)-носителя РЛС, а также с поставкоп оборудования и с выделяемыми средствами. На следующем уровне находятся факторы, определяемые выбором тина гередатчика, формы зондирующего сигнала, антенны, принципа обработки сигналов в преемнике, мер борьбы со средствами радиоэлектронного подавления, устройств сопровождения целей и пульта оператора. Поэтому а данной статье приводится только краткий обзор тех факторов, которые влияют на выбор основных параметров РЛС.

А. Дальность обнаружения целей

Для разработчика РЛС дальность обнаружения цели является тактическим требованием, а для раз работчика системы ПВО - переменной величиной. Последнее обстоятельство требует оценить стоимость и эффективность двух вариантов: большого числа РЛС с малой дальностью обнаружения и небольшого числа РЛС с большой дальностью обнаружения целей. Дальность обнаружения, а следовательно, и размеры РЛС связаны с типом носителя РЛС, а имеющиеся типы подходящих самолетов из-за особенностей производства могут оказаться весьма ограниченными, так как пока что ни один самолет не разрабатываема специально для выполнения функций ДРЛО Обычно ддя этих целей приспосабливается один из существующих типов самолетов. Комллексы ДРЛО обычно применяются как средство раннего обнаружения целей для наведения самолетов-перехватчиков, защищающих такие важные и ценные объекты, как группировки кораблей и промышленные центры После обнаружения представляющей угрозу цели по тревоге поднимают истребители-перехватчики и наводят их для перехвата целей до того, как противник достигнет дальности пуска своих ракет типа "воздух - поверхность" по защищаемому объекту или дальности пуска ракет "воздух - воздух> непосредственно по носителю РЛС ДРЛО. Поэтому требуемая дальность обнаружения целей и место расположения системы ДРЛО можно рассчитать по известным значениям дальности пуска ракет "воздух - поверхность" самолетов противника, времени, необходимого для вылета перехватчиков, а также скорости перехватчиков и самолета противника В качестве примера в данной статье предполагается, что требуемая дальность обнаружения РЛС составляет 300 км.

В. Частота излучения РЛС

Ключевым вопросом при разработке любой РЛС является выбор несущей частоты. На выбор несущей частоты РЛС ДРЛО оказывают влияние следующие основные факторы: МО, условия распространения радиоволь, нужная точность отображения воздушной обстановки, уровни преднамеренных радиоэлектронных помех и выделенный диапазон частот. По ряду причин, например для уменьшения потерь энергии при распространении и снижения МО от поверхности моря, следовало бы отдать предпочтение сравнительно низким частотам (УВЧ-диапазон). Отсюда следует, что на низких частотах могла бы работать недорогая и обладающая малой массой РЛС, предназначенная для работы над морем, так как уменьшение потерь распространения позволяет снизить мощность передатчика, а малый уровень МО упрощает аппаратуру для обработки сигналов. С другой стороны, более короткие волны обладают рядом достоинств в отношении действия средств РЭП противника. К числу таких достоинств можно отнести узкую диаграмму направленности (ДН) с малый уровнем боковых лепестков и широкий дьппазон рабочих частот. Узкий луч ДН позволяет точно определить угловые положения постановщиков помех, ограничивает сектор, в пределах которого возможен прием помех по основному лепестку ДН, и может обеспечить наблюдение целей в перерывах между преднамеренными помехами. При этом также достигается хорошая точность определения траекторий движения целей на экране индикатора РЛС. Широкий диапазон рабочих частот РЛС может вынудить постановщика помех распределять мощность своего передатчика помех в широком диапазоне частот, что приведет к снижению приходящейся на один мегагерц полосы пропускания мощности помех, которые воздействуют на РЛС ДРЛО, Отношение диапазона рабочих частот к несущей частоте в РЛС ДРЛО ограничивается генератором передатчика, СВЧ-элементами, антенной, обтекателем антенны и компонентами приемника. Поэтому чем выше несущая, тем больше диапазон рабочих частот и соответственно увеличивается помехозащищенность по отношению к средствам РЭП.

С учетом сказанного для современных РЛС ДРЛО, которые должны работать в условиях РЭП, целесообразно использовать более высокие частоты. Если считать, что уменьшение спектральной плотности преднамеренных помех является доминирующим желательным фактором и что расстояние до постановщика помех и до цели одинаково, то рабочая частота не должна быть выше той, на которой мощность отраженного сигнала уменьшается в такой же степени, как и мощность преднамеренных помех при небольшом изменении частоты Эта рабочая частота равна частоте, на которой коэффициент потерь распространения сигнала до цели и обратно возрастает на 6 дБ на октаву. Зависимость коэффициента потерь распространения от несущей частоты показана на рис. 1, из которого следует, что крутизна 6 дБ/октава соответствует частоте примерно 6 ГГц. Следует подчеркнуть, что приведенная на рис. 1 кривая рассчитана для цели, находящейся на расстоянии 300 км от РЛС на той же высоте, что и РЛС, при типичных плохих погодных условиях (сильная облачноть и интенсивные осадки) в умеренной климатической зоне. Предполагается, что высота полета самолета с РЛС ДРЛО составляет 6000 м, а максимальная интенсивность дождя равна 4 мм/ч. Считается, что лучше проектировать РЛС, обеспечивающую требуемые характеристики и при плохих погодных условиях и имеющую соответственно повышенные показатели при ясной погоде, чем рассчитывать ее на хорошие погодные условия и получать худшие хирактеристики при неблагоприятных метеоусловиях.

На частоте 6 ГГц коэффициент потерь при прохождении сигнала "туда и обратно" в указанных плохих метеоусловиял составляет 6,3 дБ при дальноаи до цели 300 км. Такой уровень потспь не оправдывает выбора несущей частоты 6 ГГц. Кроме того, из-за высокой требуемой средней мощности необходимо охлаждать аппаратуру, что неудобно и, кромо того, удорожает самолетное оборудование. Имеются также потери, обусловленные узкой ДН антенны, при сканировании луча из-за большого времени задержки на распространение отраженных сигналов от удаленных целей. Неудивительно поэтому, что часто высказывались веские доводы в пользу выбора частоты 3 ГГц, на которой меньше потери и можно обеспечить наибольшие дальности обнаружения, но ценою некоторого ухудшения точности определения траекторий целей и разрешения источников преднамеренных помех, создаваемых противником.

С. Антенна

Целесообразно выбирать тип антенны после того, как установлены ограничения на ее форму и размеры, которые, в свою очередь, зависят от места расположения антенны на самолете-носителе РЛС. Антенна РЛС ДРЛО может располагаться под или над фюзеляжем либо в носовой или хвостовой части самолета. На самолетах, в частности на самолетах морской патрульной службы (например, на самолете Shackleton), широко используются подфюзеляжные антенны со стандартными обтекателями. Такое размещение налагает ограничения на размер антенны из-за наличия шасси и необходимости определенного расстояния между обтекателем антенны и земной поверхностью, когда самолет находится на аэродроме. Можно несколько увеличить апертуру антенны, применив убирающуюся в наземных условиях в фюзеляж антенную систему, однако это значительно усложняет конструкцию. При таком расположении антенны возникают также существенные трудности из-за влияния подвижных элементов двигателей или воздушных винтов (если они имеются), которые вызывают модуляцию сигналов, отраженных от неподвижных объектов, приводя к появлению боковых частот в спектре сигналов, попадающих в полосу пропускания устройств СДЦ или импульсно-доплеровских фильтров и снижающих чувствительность РЛС или приводящих к появлению ложных целей. Дополнительным недостатком подфюзеляжного расположения антенны можно также считать ограничение видимости высоколетящих целей с места расположения антенны.

Антенны, расположенные в носовой части фюзеляжа, свободны от этих недостатков, однако апертура таких антенн не может быть больше поперечного сечения фюзеляжа, составляющего 6x5 м у самых больших транспортных самолетов. Ограничивается и зона обзора такой антенны, и для получения зоны обзора по азимуту, равной 360°, необходима установка второй антенны. Зона обзора в 360° по азимуту является обычным требованием для РЛС ДРЛО и установка второй антенны в хвостовой части самолета представляет собой одно из возможных средств выполнить это требование. При сканировании ДН антенн (в процессе обзора), расположенных как в носовой, так и в хвостовой частях самолета, на работу РЛС не оказывают влияния конструктивные элементы самолета. Достоинством такого размещения является также простота конструкции и производства обтекателей антенн.

При установке антенны над фюзеляжем можно получить наибольшие размеры апертуры. В настоящее время полагают, что максимально возможные размеры апертуры ашенны такого типа не могут превышать 18x3 м. Увеличение размеров апертуры позволяет уменьшить мощность передатчика и сузить ширину основного луча ДН. Последнее особенно полезно для ограничения азимутального сектора, в пределах которого сказывается влияние активных помех противника, хотя сужение ДН и ограничивает скорость вращения ДН при обзоре по азимуту. Однако большая надфюзеляжная антенна вызывает ряд механических и электрических проблем. Апертура антенны должна располагаться на соответствующей высоте, чтобы крылья и носовая часть самолета не экранировали часть зоны обзора. Последнее обстоятельство связано с тем, что в крейсерском режиме самолет имеет небольшой положительный угол атаки. Возникает также и ряд сопутствующих проблем аэродинамического характера, так как обтекатель антенны и поддерживающая антенну конструкция значительно влияют на работу вертикальных, а быть может, и горизонтальных поверхностей хвостового оперения самолета. Вся антенная система является конструктивной частью самолета, что вызывает ряд механических проблем. Особенно сложным элементом рассматриваемой антенной системы является обтекатель, который должен иметь хорошие параметры на высокой частоте (ВЧ) и одновременно обладать достаточной прочностью, чтобы не повреждаться градом, птицами и грозовыми разрядами. Диаграмма направленности антенны будет искажаться из-за влияния фюзеляжа и особенно киля самолета, законцовок крыльев, воздушного винта (если он есть) и носовой части фюзеляжа. Эти искажения вызываются отражением и дифракцией электромагнитных колебаний и проявляются в увеличении уровня боковых лепестков.

Круговой обзор требует сканирования по азимуту в пределах 360° при скорости выдачи данных, соответствующей нескольким обнаружениям в минуту (период обзора 5-15с). При этом зона обзора по азимуту не должна иметь провалов, так как представляющие интерес цели могут появиться в любой момент и на любом азимуте. Поэтому рекомендуется равномерная скорость сканирования во всей чоне обзора по азимуту. При выборе антенны следует также учитывать уровень боковых лепестков ДН, стоимость и массу. Сказанное свидетельствует о нецелесообразности электронного сканирования по азимуту. Поэтому а рассматриваемых РЛС отдано предпочтение механическому сканированию антенны. Естественно, что это не обязательно для РЛС, которая должна выполнять и другие функции, например если РЛС выполняет сопровождение целей, обеспечивая высокую скорость получения данных для построения траекторий быстро движущихся целей, обнаруженных в режиме обзора. Может также оказаться, что электронное сканирование потребуется, если механические ограничения окажутся слишком уж жесткими. Электронная система управления сканированием ДН может устранить влияние рыскания самолета, или этот дестабилизирующий фактор может быть учтен при получении траектории и формировании изображения на экране индикаторов РЛС.

Электронное сканирование по углу места не является необходимым и для устойчивого наблюдения низколетящих целей вблизи горизонта. Однако кроме задачи наблюдения следует учитывать и задачу определения высоты целч. Возможные размеры вертикальной апертуры, указанные выше, подходят только для определения высоты целей путем измерения угла места отраженного от цели сигнала с помощью одного из известных методов. Эти методы основаны на формировании многолучевых диаграмм направленности в вертикальной плоскости, имеющих ряд лепестков в вертикальной плоскости или ДН для мононмпулисных измерений путем использования сканирующего в вертикальной плоскости луча ДН, В этих случаях могут применяться электронные способы формирования ДН антенны и управления ею. Текущие оценки высоты целей обычно подвергаются операции сглаживания в ЭВМ сопровождения целей.

Уровень боковых лепестков ДН является одним из решающих факторов, определяющих качество работы РЛС. Допустимый уровень боковых лепестков зависит от требуемой степени ослабления МО, частоты повторения импульсов и от требований к защите (помехозащищенности) по отношению к средствам РЭП противника. От уровня боковых лепестков ДН в основном зависит возможность обнаружения целей, имеющих радиальную скорость меньше путевой скорости носителя РЛС ДРЛО. Поэтому боковые лепестки должны быть значительно меньше, чем у изотропного излучателя Дополнительные сведения об этом, а также о влиянии ЧПИ приводятся в подразд. II.F. Когда уровень боковых лепестков ДН мал, то и при наличии преднамеренных активных помех, создаваемых противником, РЛС ДРЛО будет иметь хорошие характеристики обнаружения в азимутальных направлениях, отличных от направления на постановщика помех. По отношению к средствам РЭП боковые лепестки ДН антенны действуюг как пространственный фильтр и их уменьшение оказывается весьма эффективным средством повышения помехозащищенности РЛС.

Еще несколько лет назад считалось, что для РЛС выбор поляризации излучения имеет существенное значение из-за многолучевого распространения сигналов и различий в уровнях и статистических свойствах МО при разных видах поляризации Однако в современных РЛС гибко используется поляризация передаваемых и принимаемых сигналов, так что поляризация служит одним из средств повышения помехозащищенности в условиях РЭП.

Сказанное выше позволяет выбрать тип антенны. Ниже приводятся соображения, касающиеся преимуществ плоской антенной решетки перед антенной с параболическим зеркалом В плоской антенной решетке (АР) можно выбирать амплитуды и фазы сигналов, излучаемых любыми элементами АР, что позволяет наилучшим обрезом формироветь ДН. На рис. 2 показана антеннйя решетка РЛС ломплекса AWACS на самолете Е-3А. Следует обратить внимание на полное отсутствие каких-либо препятствий перед апертурой антенны, в то время как у зеркальных антенн могут быть расположенные перед апертурой мешающие узлы, например вспомогательное зеркало, опорные стойки крепления этого зеркала и облучателя и сам облучатель. Форма ДН зеркальных антенн определяется главным образом функцией распределения облучения зеркала облучателем антенны (отсюда и граничения в выборе распределения облучения по апертуре). На рис. 3 показана антенна РЛС S-диапазона AN/ APS-20. У современных зеркальных антенн могут быть уменьшены или даже вовсе устранены указанные эффекты препятствий перед апертурой При выборе антенны РЛС следует учитывать три важных обстоятельства: форма ДН антенны в целом ухудшается из-за влияния обтекателя и самолета, характеристики антенны допжны сохраняться постоянными в пределах всей полосы рабочих частот РЛС, необходимо предусмотреть антенну системы радиолокационного опознавания (целесообразно, чтобы ее пелснгационное направление совпадало с пеленгационным направлением РЛС). Следует еще иметь в виду, что хотя плоская антенная решетка имеет лучшие показатели, чем зеркальная антенна, последняя значительно дешевле.

D. Мощность излучения

Необхоадмую мощность излучения РЛС можно paccчитать по уравнению радиолокации, одним из ключевых параметров которого является размер апертуры антенны. Апертура антенны определяет также ширину ДН антенны. Ниже нами принято, что ширина ДН в азимутальной плоскости равна 1° При такой ширине ДН обеспечивается достаточное для обработки сигналов время облучения цели, а также хорошая разрешающая способность и точность по азимуту. На частоте 6 ГГц такая ширина ДН получается при горизонтальном размере апертуры 3 м. Выбрав вертикальный размер несколько меньше, получим эффективную площадь апертуры 5 м2. Коэффициент шума приемника принят равным 3 дБ, так как в РЛС ДРЛО нецелесообразно применять приемник с меньшим коэффициентом шума из-за высокой шумовой температуры антенны, обусловленной попаданием МО от земной поверхности в ДН антенны. Должны также учитываться обычные потери, куда входят потери распространения, потери в ВЧ-элементах РЛС и потери при обработке сигнала. Источники потерь, свойственные РЛС ДРЛО, указаны в табл. 1 Расчеты показывают, что средняя мощность излучения, необходимая для обнаружения цель с ЭПО 10 м2 на расстоянии 300 км, составляет 2 кВт. Таким образом, средняя мощность передатчика РЛС ДРЛО может составить несколько киловатт.

Таблица 1. Пример учета потерь в РЛС
Виды и источники потерьКоэффициент потерь, ДБ
Распространение (плохая погода, несущая частота 6 ГГц) 6,3
Обтекатель0.8
Влияние формы ДН1,6
Ослабление в волноводе1,2
Потери в передатчике1,3
Потери в приемнике1,9
Удельное заполнение МО1,6
Затенение и перекрытие импульсов0,2
Рассогласование по полосе в УПЧ0,4
Перекрытие лучом ДН цели при обзоре1,4
Система стабилизации частоты ложных тревог0,7
Обработка сигнала2,0
Обработка сигнала2,0
Итого20,0

В рассмотренном случае высота зоны действия РЛС на расстоянии 300 км равна примерно 5 км. Однако этого может оказаться недостаточно. Увеличить высоту зоны действия можно с помощью введения- Дополнительных ДН в угломестной плоскости. Излучаемая в пределах каждого из лучей мощность должна быть приблизительно равна мощности излучения по горизонтально расположенной ДН. Однако такая мера может потребовать увеличения в несколько раз средней мощности передатчика, скажем, до 8 кВт. Мощность самолетного генератора первичного электроснабжения, требуемая для питания передатчика, будет значительно больше из-за малого КПД высоковольтных источников питания, регуляторов и СВЧ-ламп. Если считать, что общий КПД=20% (достаточно высокое значение), то необходимая мощность первичного источника питания составит 40 кВт и потребуется отвод тепла системой охлаждения, соответствующий потере мощности 32 кВт. Такую мощность первичного источника можно легко получить на современных реактивных самолетах. Как следует из табл. 2. заимствованной из справочника [1], на современных самолетах имеются более высокие уровни мощности первичного электроснабжения.
Таблица 2. Общая мощность генераторов современных самолетов
Самолет Мощность генератора, кВА
707-320160
Е-2С180
А-300В270
L1011360
DC-10360
Nimrod360
Е-3А600
E-4B1200

Средние мощности 8 кВт при импульсном излучении со скважностью от 50 до 100 являются обычными для усилителей мощности современных передатчиков РЛС. При скважности 50 импульсная мощность излучения равна 400 кВт. Такая мощность вполне соответствует стандартным волноводам при умеренном избыточном давлении в них.

Е. Длительность импульса

Излучаемый РЛС импульс может иметь (или не иметь) внутриимпульсную фазовую модуляцию, но будет всегда постоянным по амплитуде. В данной статье речь будет идти только об эффективной длительности импульса t при обработке сигнала. Когда внутриимпульсная модуляция отсутствует, t равняется длительности излучаемого импульса. При внутриимпульсной модуляции t меньше этой длительности на коэффициент сжатия импульса.

Максимальное возможное число элементов разрешения по дальности равно T/t, где Т - время облучения точечной цели. Желательно иметь максимальное число элементов разрешения при обработке сигналов в зоне обзора, так как это способствует повышению устойчивости РЛС к средствам РЭП и ее защите от МО. Увеличение числа элементов разрешения может быть достигнуто только за счет уменьшения t, так как значение Т определяется шириной ДН и скоростью вращения ДН антенны. Следует напомнить, что при постоянной средней мощности значение t не влияет на ограниченную внутренним шумом дальность обнаружения целей. Максимальное значение эффективной длительности импульса t определяется требуемой разрешающей способностью по дальности, а минимальное - перемещением цели за время облучения в пределах ДН или (при цифровой обработке сигналов) возможностью выполнения аналого-цифрового преобразования. Если принять, что скорость движения цели такова, что за время Т цель перемещается на половину элемента разрешения по дальности, то минимальная длительность импульса составит 0,75 мкс для целей со скоростью до 2000 км/ч и T=100 мс. При других значениях V и Т соответственно изменяется и минимальная длительность импульса.

При практической разработке РЛС можно принять значение t, близкое к минимуму, т. е. от 0,1 до 2 мкс.

F. Частота повторения импульсов и обработка сигналов

Выбор ЧПИ тесно связан с режекцией МО при обработке сигналов. Более того, обычно в РЛС предусмотрено более одной ЧПИ в целях уменьшения влияния слепых скоростей или для разрешения неоднозначностей по дальности. Рассмотрим представленный на рис. 4 спектр МО от земной поверхности в зависимости от расстояния для когерентной РЛС Уровень МО показан амплитудными значениями ординат над плоскостью "дальность - доплеровская частота", максимальная дальность РЛС опять-таки считается равной 300 км, а максимум ДН антенны РЛС выставлен перпендикулярно вектору скорости самолета-носителя РЛС. Путевая скорость самолета принята равной 370 км/ч. Интересной особенностью спектра при нулевом значении доплеровской частоты является простирающийся от близкой к нулевой до максимальной дальности "гребень", образованный МО большой амплитуды. Этот "гребень" известен под названием "МО по главному лучу ДН"; он обусловлен отражениями от участка земной поверхности, попа дающего в главный лепесток ДН, где высока интен сивность облучения. На участке от нулевой дальности до дальности, соответствующей высоте полета самолета, МО отсутствуют, а затем уровень МО возрастает в соответствии с формой ДН антенны в угломестной плоскости до максимального значения на средних дальностях. Далее уровень МО уменьшается из-за увеличения расстояния до точек поверхности-практически до максимальной прямой радиовидимости и, наконец, становится по существу равным нулю (на рис. 4 не показано). Следующая особенность, на которую следует обратить внимание, заключается в наличии еще одного "гребня" МО на расстоянии, близком к высоте полета носителя РЛС, и занимающего область доплеровских частот от -4 до 4 кГц. Эта область МО обусловлена отражениями от участков поверхности, расположенных непосредственно под 1 РЛС, и поэтому соответствует малым дальностям и характеру отражения, близкому к зеркальному. Протяженность этой области по доплеровской частоте связана с путевой скоростью носителя РЛС. Для принятой рабочей частоты, равной 6 ГГц, доплеровский сдвиг составляет около 11 Гц на 1 км/ч. Третьей отличительной особенностью распределения спектра МО по плоскости "дальность - доплеровская частота"; является отсутствие МО в зоне, лежащей вне двух указанных "гребней". При других углах положения, оси ДН антенны относительно траектории самолета будет наблюдаться соответствующий сдвиг положения MO по главному лучу ДН.

К сожалению, в импульсно-доплеровской РЛС можно наблюдать только выборочную разновидность спектра, показанного на рис. 4. При максимальной дальности 300 км выбранная из условия однозначного определения дальности ЧПИ равна 500 Гц, что при рабочей частоте РЛС 6 ГГц соответствует частоте выборки в области доплеровских частот, т. е. 500 Гц, что в свою очередь соответствует скорости 46,3 км/ч. Изображенный на рис. 4 спектр будет повторяться через каждые 500 Гц по доплеровской частоте. Таким образом, благодаря импульсному характеру излучения РЛС, приемник РЛС должен обрабатывать "размноженный" вариант (свертку) спектра МО, изображенного на рис. 4. Два примера таких свернутых спектров МО в плоскости "дальность - доплеровская частота" показаны на рис. 5. На рис. 5а ЧПИ достаточно высока и уровень МО сильно зависит от боковых лепестков ДН антенны по углу места. На рис. 5b ЧПИ ниже и зависимость МО от уровня боковых лепестков по углу места слабее, но зато возрастает зависимость от боковых лепестков ДН антенны по азимуту. РЛС обнаруживает цели в областях, свободных от МО, т. е. в "углах" показанных на рис. 5 областей. Помехи, создаваемые находящимся под РЛС участком поверхности, называют иногда альтиметровыми, или высотными, МО.

Для практической РЛС ЧПИ оптимизируют, пользуясь распределениями МО, подобными приведенным на рис. 4 и 5, а также характеристиками ДН антенны, характеристиками МО и распределением ожидаемых скоростей целей. В тех случаях, когда уровень МО мал либо из-за отсутствия интенсивных мешающих отражателей, либо из-за очень малого уровня боковых лепестков ДН антенны, рекомендуется достаточно низкая ЧПИ, при которой легче обнаружить цели, скорость которых невелика. Низкая ЧПИ удобна, например, для обзора морского пространства, где целями могут быть вертолеты и быстроходные патрульные суда. При большом уровне МО рекомендуется более высокая ЧПИ, чтобы облегчить обнаружение на фоне МО быстро приближающихся целей, которые представляют наибольшую угрозу. В РЛС, которая будет работать над различного рода местностями, т. е. в условиях разных МО, рекомендуется и меняющаяся ЧПИ. Обеспечить меняющуюся ЧПИ можно при незначительном увеличении аппаратуры, получив почти оптимальные РЛС для любых условий работы.

Что касается названия, то РЛС, в которой в результате свертки областей МО появляется неоднозначность как по дальности, так и по скорости, как показано на рис. 5, относят к РЛС со средней ЧПИ (СЧП). Если неоднозначность по дальности для МО отсутствует, то говорят, что РЛС является системой с низкой ЧПИ (НЧП). Если нет неоднозначности по скорости, то РЛС является системой с высокой ЧПИ (ВЧП).

В импульсно-доплеровской РЛС в процессе обзора обычно используется ограниченное число разных ЧПИ, позволяющих разрешить неоднозначность по дальности и убрать слепые скорости, т. е. обнаружить цели, наблюдаемая неоднозначная доплеровская частота которых совпадает со спектральными составляющими МО на нулевой доплеровской частоте. Дополнительным достоинством работы на нескольких ЧПИ является устранение "слепых" дальностей, т. е. обнаружение целей, от которых отраженный сигнал приходит (при неоднозначности по дальности) во время излучения зондирующего импульса или приема альтиметровых МО.

Обработка сигналов в импульсно-доплеровской РЛС рассматриваемого типа осуществляется в несколько этапов. На первом этапе производится стробирование по дальности. В современной РЛС далее выполняется преобразование сигналов из аналоговой в цифровую форму. Второй этап предусматривает выполнение доплеровской фильтрации в каждом канале разрешения по дальности. Эта фильтрация может выполняться набором фильтров с КИХ или БИХ (как одинаковых, так и разных) или с применением быстрого преобразования Фурье (БПФ) с весовыми функциями, обеспечивающими малый уровень боковых лепестков на выходе. Метод БПФ широко используется в настоящее время.

Затем сигнал, соответствующий каждому интервалу радиолокационной обработки в области "дальность - доплеровская частота", подается на обнаружитель с автоматически изменяющимся порогом для поиска "целей", которые имеют амплитуду, превышающую уровень местного фона (шум + МО). На этом этапе используется обнаружитель со стабилизацией частоты ложных тревог, имеющий автоматическую регулировку порога (АРП). На заключительном этапе производится устранение неоднозначности по дальности (если она есть) с помощью системы обнаружения сигнала при нескольких ЧПИ. Излучение импульсов с последовательно меняющимися ЧПИ иногда называют излучением пачек импульсов (bursts) с различными ЧПИ

III. КОМПЛЕКС Е-2С Hawkeye

Для удовлетворения требований ВМС США к комплексу ДРЛО фирмой Grumman создан самолет, оснащенный радиолокационной системой дальнего обнаружения и раннего предупреждения фирмы General Electric. Этот самолет в настоящее время используется всеми оперативными ударными группами кораблей ВМС США, так как его размеры достаточно малы и допускают базирование самолета на авианосце. Несмотря на малые размеры этот комплекс ДРЛО обладает большими возможностями и его охотно покупают и другие страны, например Израиль, Япония и др.

Как видно из рис. 6, самолет Е-2С оснащен турбовинтовыми двигателями, что свидетельствует о том, что бортовая импульсно-доплеровская РЛС дальнего обнаружения может выполнять свои функции и в тех случаях, когда на самолете имеются воздушные винты диаметром 4 м.

Комплекс Е-2С Hawkeye можно назвать современным, хотя он представляет собой результат длительного развития системы (на протяжении последних 20 лет) и тщательной модернизации путем внедрения передовых научно-технических достижений, как только они становились надежными и экономичными. Первой серийной машиной типа Е-2 был самолет Е-2А, поставки которого в ВМС США начались в январе 1964 г. В течение 1970- 1971 г. была проведена модификация комплекса, направленная на повышение его надежности, а также произведена замена устаревшей ЭВМ для обработки данных на ЭВМ типа Litton L-304 GP. После модернизации самолет получил наименование Е-2В. Самолет типа Е-2С является результатом дальнейшего совершенствования. Первая эскадрилья этих самолетов (VAW-123) была передана ВМС США (на авианосец Saratoga) в 1974 г. Основная радиолокационная система комплекса Е-2 является примером периодической модернизации подсистем комплекса. Исходным типом РЛС была когерентная РЛС AN/APS-96, установленная на самолете Е-2А и работавшая в УВЧ-диапазоне. В РЛС применено сжатие импульсов, а также устройство СДЦ, что позволило получить хорошие характеристики обнаружения целей над морем. Для расширения возможности РЛС при работе над сушей были улучшены параметры фильтров подавления МО. Модернизированная таким образом РЛС получила наименование APS-111. На самолетах нового выпуска Е-2С (1972 г.) была установлена РЛС типа AN/APS-125, которая отличается от предыдущих большей стабильностью, бланкированием сигналов МО по главному лучу ДН и дополнительными средствами обеспечения помехозащищенности. Кроме того, аналоговое устройство СДЦ было заменено на цифровое, добавлены доплеровские фильтры и другие современные технические средства. РЛС типа AN/APS-125 стала основной для самолетов Е-2 конца 70-х годов.

В последнее время эта РЛС подвергается дальнейшей модернизации, особенно в части повышения ее помехозащищенности. В результате модернизации создана новая РЛС типа AN/APS-138 для самолето

Copyright © Balancer 1997 — 2022
Создано 20.05.2022
Связь с владельцами и администрацией сайта: anonisimov@gmail.com, rwasp1957@yandex.ru и admin@balancer.ru.