Глава 7. Принципы построения аппаратуры пеленгации постановщиков активных помех

7.1 Требования предъявляемые к аппаратуре пеленгации

Ни один из методов защиты, рассмотренный в предыдущей главе, не гарантирует отдельно взятую РЛС от подавления её ак­тивными помехами. Поэтому наряду с системами активной локации необходимо использовать системы пассивной локации, позволяю­щие получать информацию о ПАП за счет использования энергии помеховых сигналов. На базе назем­ных РЛС наиболее просто реализует­ся триангуляционный метод определе­ния координат ПАП [3]. Этот метод основан на измерении угловых направ­лений (пеленгов) па ПАП минимум в двух приемных пунктах, разнесенных на некоторое расстояние rб, называе­мое базой (рис. 7.1).

Рис. 7.1. К определению координат ПАП на плоскости триангуляционным методом.

Дальность до ПАП рассчитывается по измеренным азимутам β1 и β2 и известной базе rб по формуле

Где βб - азимут приемного пункта 2 с приемного пункта 1.

Средняя квадратическая ошибка измерения дальности до ПАП определяется соотношением

(7.1)

где r1 и r2 - дальность до ПАП соответственно из первой и второй точек приема;

σβ - средняя квадратическая ошибка измерения азимута ПАП, рад.

Расчеты по формуле (7.1) показывают, что для обеспечения приемлемых требований к точности измерения дальности до ПАП необходимо обеспечить высокую точность измерения пеленгов на ПАП из точек приёма.

Для измерения пеленгов па ПАП можно использовать РЛС с остронаправленными диаграммами направленности приемных ан­тенн. В силу большой интенсивности помеховых сигналов в точке стояния РЛС практически всегда происходит их прием по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. При этом возни­кают ложные пеленги, которые могут значительно усложнить за­дачу определения местоположения ПАП триангуляционным мето­дом. Поэтому одно из основных требований, предъявляемых к ап­паратуре пеленгации ПАП, состоит в исключении ложных пелен­гов, обусловленных приемом сигналов по боковым лепесткам ди­аграммы направленности антенны.

Другим, не менее важным требованием, как уже отмечалось, является обеспечение высокой точности измерения углового на­правления на ПАП.

7.2. Обобщенная структурная схема и варианты технической реализации аппаратуры пеленгации

При пеленгации ПАП полезный сигнал представляет собой шу­моподобный сигнал неизвестной структуры. Алгоритм оптимально­го обнаружения такого сигнала имеет вид

(7.2)

где у(t) — входной шумоподобный сигнал;

Nп — спектральная плотность мощности мешающих шу­мов;

λ0 — порог обнаружения;

Т — время наблюдения.

Рис. 7.2. Структурная схема энергетического приёмника

Устройство, реализующее алгоритм (7.2), называют энергети­ческим приёмником (рис. 7.2). В таком приемнике вычисляется энергия входного сигнала, производится ее нормировка к спек­тральной плотности мешающих шумов и сравнение результата нор­мировки с порогом.

При решении задачи пеленгации ПАП мешающим шумом явля­ются помеховые сигналы, принятые по боковым лепесткам диаг­раммы направленности приемной антенны РЛС. Поэтому в аппаратуре пеленгации должно быть, предусмотрено устройство, обе­спечивающее опенку мощности помех, принятых по боковым ле­песткам диаграммы направленности. В простейшем случае подоб­ную задачу может решить оператор РЛС по виду засвета экрана ИКО. Однако при наличии в зоне действия РЛС нескольких ПАП возможности оператора по оценке мощности мешающих помех резко снижаются и выделение пеленгов, соответствующих основ­ному лепестку диаграммы направленности антенны, становится затруднительным или вообще невозможным. С достаточно высокой степенью точности оценка мощности помех принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности приемной антенны РЛС, мо­жет быть получена с помощью дополнительного канала приема с антенной, диаграмма направленности которой огибает боковые лепестки приемной антенны РЛС (см. рис. 6.22а). Нормировка выходных сигналов основного канала приёма при этом может производиться с помощью схемы ШАРУ или логарифмических приёмников и схемы вычитания.

Рис. 7.3. Устройство пеленгации ПАП с логарифмическими приёмниками в

основном и дополнительном каналах приёма

На рис. 7.3 изображена схема аппаратуры пеленгации ПАП с логарифмическими приемниками в основном и дополнительном каналах приема. В качестве антенны А0 основного канала приёма используется остронаправленная приёмная антенна РЛС.

Сигнал на выходе ФНЧ основного канала приёма в фиксиро­ванный момент времени определяется соотношением

(7.3)

где - коэффициент усиления ВУС основного канала приёма;

Во — постоянный коэффициент, зависящий от уровня напряжения Uвхо на входе ЛУПЧ, соответствующего переходу от линейного участка характеристики к логарифмическому;

— коэффициент усиления приёмника до выхода предварительного УПЧ (ПУПЧ) основного канала;

Рп — мощность активной шумовой помехи па входе при­емника РЛС при условии, что коэффициент усиления антенны А0 равен единице;

— коэффициент усиления антенны на ПАП;

— угловое отклонение ПАП от направления основ­ного лепестка диаграммы направленности антенны А0.

По аналогии с (7.3) выходное напряжение узкополосного фильтра дополнительного канала приёма

(7.4)

При записи выражения (7.4) предполагалось, что ЛУПЧ в обо­их каналах приёма идентичны.

Напряжение на выходе схемы вычитания с учетом (7.3), (7.4)

Для того чтобы ΔU было монотонно связано с отношением мощ­ностей сигналов на входах основного и дополнительного каналов приема, необходимо обеспечить равенство

(7.5)

Это можно сделать с помощью регулировки коэффициента усиле­ния одного из ВУС (или обоих). При выполнении условия (7.5)

(7.6)

Из последнего соотношения видно, что в случае одного ПЛП выходное напряжение схемы вычитания практически не зависит от мощности помехи и определяется лишь отношением текущих коэффициентов усиления линейных частей приемных каналов и их антенн.

В направлении главного лепестка необходимо обеспечить , а в направлении боковых лепестков

. Это позволит достаточно просто с помощью усилителя-ограничителя подавить помеховые сигналы, принятые с направления боковых лепестков диаграммы направленности антенны А0. Для выполнения условия нужно, чтобы при нахождении ПАП вне основного лепест­ка диаграммы направленности выполнялось условие

(7.7)

— коэффициент усиления антенны А0 в направлении баковых лепестков.

Оценим возможность выполнения условия (7.7) за счет соот­ветствующего выбора коэффициента усиления антенны дополнительного канала приема. Уровень боковых лепестков в РЛС сан­тиметрового диапазона составляет — 20 ... — 23 дБ [5]. При коэф­фициенте усиления в максимуме основного лепестка, равном , такому уровню боковых лепестков соответствуют коэффициенты усилении антенны в направлении боковых лепестков: Gоб = 50... 100.

Задача создания всенаправленных или слабонаправленных ан­тенн с таким коэффициентом усиления представляет собой достаточно сложную техническую задачу. Её решение связано с необхо­димостью увеличения габаритов антенны дополнительного канала приёма или существенного увеличения количества дополнительных антенн. Поэтому этот путь обеспечения условия (7.7) не всегда пригоден. Проще выполнить условие (7.7) за счёт соответствующе­го выбора значения отношения КПУПЧ₀/КПУПЧ_д путём увеличения коэффициента усиления ПУПЧ дополнительного канала приема. Однако и в этом случае обычно приходится использовать несколько дополнительных антенн. Так как уровень боковых лепестков в значительной степени зависит от особенностей площадки, на ко­торой развернута РЛС, то регулировка КПУПЧ_д должна быть оперативной.

Увеличение значения произведения

(7.8)

с одной стороны, повышает точность измерения пеленга, так как ошибка измерения пеленга пропорциональна ширине диаграммы направленности Δβо на уровне, при котором выполняется условие

(7.9)

с другой стороны, приводит к снижению информационной способ­ности аппаратуры пеленгации [20]. Последнее объясняется тем, что с увеличением произведения (7.8) увеличивается порог принятия решения, и это может привести при наличии нескольких ПАП в зоне действия РЛС к не обнаружению сигналов ПАП, находящих­ся в главном лепестке диаграммы направленности, т. е. к потере пеленга на ПАП. С целью обеспечения достаточно высокой инфор­мационной способности значение произведения (7.8) следует вы­бирать на несколько децибел больше уровня первых боковых ле­пестков. Ширина диаграммы направленности антенны А0 на этом уровне примерно в два раза больше ширины па уровне половин­ной мощности.

Полоса пропускания узкополосного фильтра для обеспечения максимизации качества обнаружения сигналов пеленгуемого ПАП должна выбираться из условия

Где tнаб — время нахождения ПАП в главном лепестке диаг­раммы направленности приемной антенны РЛС на уров­не, при котором выполняется условие (7.9).

Например, при скорости вращения антенны 6 об/мин и ширине диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рав­ной , полоса пропускания узкополосного фильтра должна состав­лять

Пуф = 18 Гц. При некотором снижении качества обнаруже­ния сигналов пеленгуемого ПАП для упрощения технической реа­лизации узкополосных фильтров, схемы вычитания, усилителя-ог­раничителя полосу пропускания узкополосных фильтров можно выбирать из условия

Где Тп —период повторения зондирующих импульсов РЛС;

τбл — длительность бланкирующих импульсов.

Бланкирующие импульсы обеспечивают исключение влияния мощных отражений от местных предметов, метеообразований, дипольных отражателей на качество пеленгации ПАП. Их длитель­ность примерно равна 0,5Тп .

На рис. 7.4 представлена упрощенная структурная схема аппа­ратуры пеленгации ПАП, в которой для нормировки выходного сигнала основного канала приема используется схема ШАРУ.

Рис. 7.4. Устройство пеленгации ПАП с ШАРУ

Мощность помеховых сигналов на выходе дополнительного ка­нала приёма с учетом действия схемы ШАРУ.

(7.10)

где Кд — коэффициент усиления регулируемого усилителя до­полнительного канала приема;

— мощность помехи на входе регулируемого усилителя дополнительного канала приёма;

С — постоянный коэффициент.

Из соотношения (7.10) следует, что

В качестве регулирующего напряжения в основном канале приёма используется то же напряжение, что и в дополнительном канале приёма. Поэтому при идентичных регулируемых усилителях в обоих каналах

(7.11)

где - мощность помехи на входе регулируемого усилителя основного канала приёма.

Из сопоставления соотношений (7.11) и (7.6) видно, что их правые части монотонно связаны между собой. Таким образом, все, что было сказано при анализе соотношения (7.6), справедливо и для рассматриваемого варианта построения аппаратуры пе­ленгации ПАП.

Мощность выходного сигнала в данном случае оценивается пу­тём усреднения огибающей выходного сигнала основного канала приема с помощью узкополосного фильтра. Параметры этого фильтра аналогичны параметрам узкополосных фильтров в схеме, приведенной на рис. 7.3.

Для обеспечения высокой эффективности работы аппаратуры пеленгации ПАП при любом из рассмотренных вариантов ее по­строения динамический диапазон усилителей в приёмных каналах должен быть не менее 60 ... 80 дБ.

Если в РЛС имеется несколько дополнительных каналов при­ема с антеннами, диаграммы направленности которых перекрыва­ют различные области боковых лепестков анаграммы направлен­ности антенны основного капала приема, то решение о пеленге принимается в случае, когда имеет место превышение выходного напряжения основного капала над выходными напряжениями каждого из дополнительных каналов. Это обеспечивает более вы­сокую пропускную способность аппаратуры пеленгации.