4. Энергетическая оценка помехозащищенности.

Энергетическая оценка помехозащищенности систем непосредственной радиосвязи (СНР)

ПРД – передатчик; ПРМ – приемник; ПП – передатчик помех

Рисунок 16.55 – Модель ЭМО системы непосредственной связи

Наметим некоторую электромагнитную обстановку, т.е. примем модель для исследования. Элементарная радиолиния СНР состоит из передающего и приемного концов (ПРД и ПРМ), разнесенных на расстояние R. На произвольном расстоянииD располагается система радиопротиводействия, важнейшей частью которой является передатчик помех ПП (рис.16.14).

Приведем основные характеристики средств:

1. Передатчика СНР: Р_и– мощность излучения,G_и– КНД излучающей антенны,y(φ, υ) – диаграмма направленности излучающей антенны, нормированная, снятая по мощности, φ_с– направление на приемную часть радиолинии;

2. Приемника СНР: Р₀– минимальная мощность принимаемого сигнала,G_прм– КНД приемной антенны,у(ψ, ε) – диаграмма направленности приемной антенны, ψ_с, ψ_п– направления прихода сигнала и помехи;

3. Передатчика помех: Р_пп– мощность помехи,G_пп– КНД передающей антенны,y(θ, ν) – диаграмма направленности передающей антенны, θ_п– направление на приемник.

Мощность сигнала на входе приемника СНР в идеальных условиях распространения рассчитывается по формуле:

.(16.110)

Аналогичное выражение запишем для мощности помехи на входе приемника СНР:

.(16.111)

Учитывая поляризационные и частотные возможности помехозащиты, а также необходимое превышение уровня помехи над сигналом на входе детектора ПРМ, запишем условие подавления СНР:

.(16.112)

Подставляя (16.19) и (16.20) в (16.21), а также принимая допущенияy(φ_с, υ_с) = l,у(ψ_с, ε_с) = 1,y(θ_п, ν_п) = 1, получаем

.101\* MERGEFORMAT (.)

Выполним некоторые дополнительные преобразования. Отношение G_и/G_пп=k_н– коэффициент пространственной селекции (по направлению). Если считать, чтоР_ииР_пп– максимальные мощности;q_снр,q_пп– скважности соответственно сигнала и помехи,Рснр_ср,Рпп_ср– средние мощности излучения, то получим:

,

где k_в– коэффициент временной селекции,Ц– цена помехи.

Введем обозначения: k_з=k_полk_чk_подk_нk_в– коэффициент, показывающий, во сколько раз надо увеличить дополнительно мощность помехи, чтобы преодолеть все виды селекции в РПУ СНР – коэффициент заградительности;– нормированная диаграмма направленности приемной антенны СНР, снятая по напряженности поля.

Условие подавления перепишется в виде

.(16.113)

Соотношение описывает область подавления: все точки пространства, удовлетворяющие (16.23), обладают тем свойством, что нахождение ПП в любой из них соответствует условию подавления (16.21). По форме область подавления повторяет диаграмму направленности приемной антенны по напряженности поля. Область подавления можно считать энергетической характеристикой помехозащищенности РТС. Ее размеры – количественные параметры помехозащищенности. Наибольшее значение из таких параметров может иметь максимальная дальность подавления, соответствующая максимуму диаграммы направленности приемной антенны.

Важны также угловые размеры главного лепестка и средний уровень боковых дальностейDбок. Отметим, что оценка помехозащищенности по области подавления учитывает показатели помехоустойчивости и скрытности, отражающиеся главным образом на численном значенииk_з.

Действительно, при заданных возможностях селекции (при данной помехоустойчивости) значение k_збудет тем больше, чем хуже результаты наведения помехи (чем больше ошибки разведприемника в определении параметров сигнала), т.е. чем выше скрытность, тем меньше область подавления. Аналогично при заданной скрытности область подавления зависит от показателей помехоустойчивости чем выше уровень селекции, тем меньше знаменатели коэффициентов селекции, тем большеk_з, а следовательно, тем меньше область подавления.

Так, улучшение скрытности и помехоустойчивости непосредственно ведет к улучшению помехозащищенности, которая, как видно из (16.23), не сводится к помехоустойчивости и скрытности, а учитывает условия использования средств, т.е. зависит отR, φ_п, ε_п– пространственных характеристик обстановки. Поэтому помехозащищенность является самостоятельным показателем РТС, характеризующим возможности участия последней в радиоэлектронной борьбе.

Энергетическая оценка помехозащищенности радиолокационных систем

Радиолокационные средства существенно отличаются от СНР именно в энергетическом отношении. Модель радиообстановки для одной плоскости представлена на рис. 16.15. Радиолокационная система производит обнаружение цели, отстоящей от нее на дальностиR. Передатчик помех отстоит от РЛС на произвольном расстоянииD. Обеспечивается измерение параметров сигнала РЛС, наведение помехи и ее излучение.

ц – цель; ПП – передатчик помех

Рисунок 16.56 – Модель ЭМО РЛС

Приведем основные характеристики элементов модели:

1. РЛС: Р_и– мощность передатчика,G_РЛС– КНД антенны,y(φ, υ) – диаграмма направленности антенны РЛС, нормированная, снятая по мощности, φ_с, φ_п– направления соответственно на цель и ПП;

2. Цели: σ_ц– эффективная площадь рассеяния цели;

3. Передатчика помех: Р_пп– мощность,G_пп– КНД передающей антенны,y(θ, ν) – нормированная диаграмма направленности по мощности излучающей антенны, θ_п– направление на РЛС.

Для свободного пространства можно записать мощность сигнала на входе приемника РЛС, использующей одну и ту же антенну для передачи и приема:

.(16.114)

Аналогичное выражение запишем для мощности помехи:

.(16.115)

Сопоставляя (16.24) и (16.25) запишем условие подавления приемника РЛС:

.(16.116)

Произведем упрощения. y(φ_с, υ_с) = l,y(θ_п, ν_п) = 1, считая, что длина волны λ одинакова для сигнала и помехи. Соотношение (5.26) будет отображать связь между энергетическими и пространственными характеристиками РЛС и ПП. Воспользовавшись обозначениями, приведенными ранее, приведем условие подавления к выражению для области подавления РЛС

.(16.117)

Формальное сопоставление (16.27) и (16.23) показывает, что область подавления РЛС враз больше, чем в СНР, что позволяет сделать предварительный вывод об энергетической нескрытности РЛС. Указанный множитель очень велик: под корнем содержится отношение площади сферы, описанной радиусомR, к эффективной площади рассеяния цели.

Помехозащищенность РЛС оценивается по параметрам области подавления. Нетрудно заметить, что линейные размеры области подавления могут быть большими величинами. В условиях приземной радиолокации надо считаться с влиянием кривизны Земли.

Рисунок 16.57 – Область подавления РЛС

Роль боковых лепестков при энергетической оценке помехозащищенности РЛС по сравнению с СНР существенно выше.

В частном случае самозащиты цели с помощью активных помех, т.е. при R = D, y(φ_п, υ_п) = 1, соотношение (16.26) преобразуем к виду:

.(16.118)

Из (16.27)следует, что для этого случая оценкой помехозащищенности может быть минимальная дальность подавления.

Соотношение (16.27) кажется парадоксальным: чем ближе ПП к РЛС, тем труднее подавление. Однако дело здесь в том, что условие подавления определено отношением уровня помехи и сигнала в приемнике РЛС, а эти уровни имеют различные законы изменения в зависимости от дальности. На рис.16.17 графически изображены обе части условия подавления (16.26) для рассматриваемого случая установки ПП на цели для самозащиты. Точка пересечения кривых имеет абсциссуR_min(слева область неподавления), подавление имеет место дляR≥R_min.

Рисунок 16.58

Низкая помехозащищенность РЛС по энергетической оценке не позволяет утверждать, что РЛС не могут быть помехозащищенными. Для РЛС меры повышения временной скрытности более доступны, чем для СНР. Существенны также и некоторые меры энергетического плана.

Основные направления в проектировании средств радиопротиводействия РЛС

Анализ коэффициентов селекции

РЛС имеют слабую энергетическую защищенность, но хорошую возможность по обеспечению временной защиты. На ее покрытие в станциях радиопротиводействия часто расходуется избыточная мощность, что ведет к возникновению энергетических затруднений. Практически системы радиопротиводействия и подавляемые РЛС одинаковы по габаритам, потребляемой мощности, стоимости.

Средние значения коэффициентов селекции

kпол	kн	kч	kпод	kв	kз
2	1000	1000-10 000	25	1000	5·10^10

Итак, несмотря на кажущуюся энергетическую беззащитность РЛС, необходимо разумно расходовать энергию передатчика помех, т.е. без наведения не обойтись. Можно выделить какой-то параметр, по которому преимущественно наводится помеха. Из анализа значений коэффициентов селекции ясно, что наибольший эффект дает наведение по частоте, времени или направлению, поэтому возможны три основных направления в развитии систем радиопротиводействия РЛС. В связи с этим различают системы радиопротиводействия (станции помех) с наведением помех по несущей частоте, по направлению, по времени.

Пассивные постановщики помех

Линза Люнеберга– линза, в которой коэффициент преломления не является постоянным, а изменяется по некоторому закону в зависимости от расстояния от центра всферическихили от оси вцилиндрических линзах. Обычно закон изменения коэффициента преломления подбирается таким образом, чтобы при прохождении линзы параллельные лучи фокусировались в одной точке на поверхности линзы, а испущенные точечным источником на поверхности – формировали параллельный пучок.

Ход лучей в сечении линзы Люнеберга.

Градации голубого иллюстрируют зависимость коэффициента преломления

Рисунок 16.59 – Линза Люнеберга

.

Уголковый отражатель– устройство в виде прямоугольного тетраэдра со взаимно перпендикулярными отражающими плоскостями. Излучение, попавшее в уголковый отражатель, отражается в строго обратном направлении.

Принцип действия Рупор (уголковый отражатель, в виде тетраэдра) для тестирования радара

Рисунок 16.60 – Уголковый отражатель

.