Markradar för luftförsvar av NATO-länder. Flerpositionsradarmetod och anordning för dess genomförande Mätning av egenskaper hos radarsystemet med flera positioner

VETENSKAP OCH MILITÄR SÄKERHET № 1/2007, s. 28-33

UDC 621.396.96

DEM. ANOSHKIN,

Avdelningschef, Forskningsinstitutet

Republiken Vitrysslands väpnade styrkor,

Kandidat för tekniska vetenskaper, seniorforskare

Principerna för konstruktion presenteras och förmågan hos lovande luftförsvarsradarsystem med flera positioner utvärderas, vilket kommer att göra det möjligt för USA:s väpnade styrkor och dess allierade att lösa kvalitativt nya uppgifter med hemlig observation och kontroll av luftrummet.

Den ständiga ökningen av kraven på volymen och kvaliteten på radarinformation om luft- och störningsmiljön, vilket säkerställer hög säkerhet för informationstillgångar från effekterna av fiendens elektroniska krigföring, tvingar utländska militärspecialister att inte bara leta efter nya tekniska lösningar för att skapa olika komponenter i radarstationer (radar), som är de viktigaste informationssensorerna i luftförsvarssystem, flygledning, etc., men också för att utveckla nya icke-traditionella riktningar inom detta område för utveckling och skapande av militär utrustning.

Ett av dessa lovande områden är radar med flera positioner. Forskning och utveckling som utförs av USA och ett antal Nato-länder (Storbritannien, Frankrike, Tyskland) inom detta område syftar till att öka informationsinnehållet, bullerimmuniteten och överlevnadsförmågan hos radaranläggningar och system för olika ändamål genom användning av bistatiska och driftsätt med flera lägen i deras drift. Dessutom ger detta tillförlitlig observation av smygande luftmål (CC), inklusive kryssningsmissiler och flygplan tillverkade med Stealth-tekniken, som arbetar under förhållanden med elektroniskt och brandförtryck från fienden, såväl som reflexer från den underliggande ytan och lokalt. föremål. Ett multipositionsradarsystem (MPRS) bör förstås som en uppsättning sändnings- och mottagningspunkter som säkerställer skapandet av ett radarfält med de nödvändiga parametrarna. Grunden för MPRS (som dess individuella celler) är uppbyggd av bistatiska radarer som består av en sändare - mottagare, åtskilda i rymden. När sändarna är avstängda kan ett sådant system, om det finns lämpliga kommunikationslinjer mellan mottagningspunkter, fungera i ett passivt läge och bestämma koordinaterna för objekt som sänder ut elektromagnetiska vågor.

För att säkerställa ökad sekretess för driften av sådana system under stridsförhållanden, övervägs olika principer för deras konstruktion: mark-, luft-, rymd- och blandade basalternativ med hjälp av ljudstrålning från standardradar, aktiva störsändare från fienden, såväl som radioteknik system (fig. 1), okonventionella för radar (tv- och radiosändningsstationer, olika system och kommunikationsmedel etc.). Det mest intensiva arbetet i denna riktning utförs i USA.

Möjligheten att ha ett radarfältsystem som sammanfaller med täckningsfältet som bildas av belysningszonerna för TV- och radiosändningsstationer (RTPS), mobiltelefonbasstationer etc., beror på att höjden på deras antenntorn kan nå 50 ... 250 m , och den rundstrålande belysningszonen som bildas av dem pressas mot jordens yta. Den enklaste omräkningen enligt formeln för siktlinje visar att flygplan som flyger på extremt låga höjder faller in i belysningsfältet för sådana sändare, med start från ett avstånd på 50 - 80 km.

Till skillnad från kombinerade (monostatiska) radarer, beror måldetekteringszonen för MPRS, förutom energipotentialen och villkoren för radarobservation, till stor del på geometrin hos deras konstruktion, antalet och den relativa positionen för sändnings- och mottagningspunkter. Begreppet "maximalt detektionsområde" är här ett värde som inte entydigt kan bestämmas av energipotentialen, vilket är fallet för samlokaliserade radarer. Det maximala detektionsområdet för EC för en bistatisk radar som en elementär cell i MPRS bestäms av formen på Cassini-ovalen (linjer med konstanta signal-brus-förhållanden), som motsvarar en familj av isodala kurvor eller linjer av konstanta totala intervall (ellipser) som bestämmer målets position på ovalen (fig. 2) i enligt uttrycket

Radarekvationen för att bestämma det maximala avståndet för en bistatisk radar är

var rl, r2 - avståndet från sändaren till målet och från målet till mottagaren;

Pt - sändareffekt, W;

G t, GT - förstärkningen av sändnings- och mottagningsantennerna;

Pmin är den ultimata känsligheten för den mottagande enheten;

k - Boltzmanns konstant;

v1, v2 är utbredningsförlustkoefficienterna för radiovågor på vägen från sändaren till målet och från målet till mottagaren.

Området för detekteringszonen för MPRS, som består av en sändande och flera mottagningspunkter (eller vice versa), kan avsevärt överstiga området för detekteringszonen för motsvarande kombinerade radar.

Det bör noteras att värdet på det effektiva spridningsområdet (RCS) i en bistatisk radar för samma mål skiljer sig från dess RCS uppmätt i en enpositionsradar. När den närmar sig baslinjen ("sändare - mottagare" linje) L effekten av en kraftig ökning av RCS observeras (fig. 3), och maximivärdet för den senare observeras när målet är på baslinjen och bestäms av formeln

var A - objektets tvärsnittsarea vinkelrätt mot utbredningsriktningen för radiovågor, m;

λ - våglängd, m.

Användningen av denna effekt gör det möjligt att mer effektivt upptäcka subtila mål, inklusive de som är gjorda med Stealth-tekniken. Ett radarsystem med flera positioner kan implementeras på basis av olika geometrialternativ för dess konstruktion med användning av både mobila och stationära mottagningspunkter.

Konceptet MPRS har utvecklats i USA sedan början av 1950-talet i syfte att deras användning för att lösa olika problem, främst kontroll av luftrummet. Arbetet som utfördes var huvudsakligen teoretiskt, och i enskilda fall experimentell karaktär. Intresset för radarsystem med flera positioner dök upp igen i slutet av 1990-talet med uppkomsten av högpresterande datorer och metoder för att bearbeta komplexa signaler (radar, störning, signaler från radio-tv-sändningsstationer, radiosignaler från mobila kommunikationsstationer, etc.), kapabla att bearbeta stora mängder radarinformation för att uppnå acceptabla noggrannhetsegenskaper hos sådana system. Dessutom gör uppkomsten av rymdradionavigationssystemet GPS (Global Position System) det möjligt att producera noggrann topografisk referens och stel tidssynkronisering av MPRS-elementen, vilket är ett nödvändigt villkor för korrelationsbehandling av signaler i sådana system. Radaregenskaperna för signaler som sänds ut av TV (TV) och frekvensmodulerade (FM) sändande stationer med cellulära GSM-radiotelefonstationer visas i Tabell 1.

Det huvudsakliga kännetecknet för radiosignaler med tanke på deras användning i radarsystem är deras osäkerhetsfunktion (tids-frekvensmissanpassningsfunktion eller den så kallade "kroppen av osäkerhet"), som bestämmer upplösningen i termer av fördröjningstid (räckvidd). ) och Dopplerfrekvens (radiell hastighet). I allmänhet beskrivs det med följande uttryck

I fig. 4 - 5 visar funktionerna för osäkerheten hos TV-bildsignaler och ljudspår, VHF FM-radiosignaler och digitala bredbandsljudsändningssignaler.

Såsom följer av analysen av ovanstående beroenden är tv-bildsignalens tvetydighetsfunktion multitopp till sin natur, på grund av dess ram- och linjeperiodicitet. Den kontinuerliga karaktären hos TV-signalen tillåter frekvensval av ekosignaler med hög noggrannhet, men förekomsten av ramperiodicitet i den leder till uppkomsten av störande komponenter i dess felmatchningsfunktion, efter 50 Hz. En förändring i den genomsnittliga ljusstyrkan för en sänd TV-bild leder till en förändring av den genomsnittliga strålningseffekten och en förändring i nivån på huvud- och sidtopparna för dess tids-frekvens-felanpassningsfunktion. En viktig fördel med TV-ljudsignalen och frekvensmodulerade VHF-sändningssignaler är enkeltoppskaraktären hos deras tvetydighetskroppar, vilket underlättar upplösningen av ekosignaler både i fördröjningstid och i dopplerfrekvens. Emellertid har deras icke-stationaritet över spektrumbredden en stark effekt på formen och bredden av den centrala toppen av osäkerhetsfunktionerna.

Sådana signaler i traditionell mening är inte avsedda för att lösa radarproblem, eftersom de inte ger den erforderliga upplösningen och noggrannheten för att bestämma målens koordinater. Emellertid gör den gemensamma bearbetningen i realtid av signaler som emitteras av olika typer av medel, reflekterade från CC och samtidigt mottagna vid flera mottagningspunkter, det möjligt att tillhandahålla de erforderliga noggrannhetsegenskaperna för systemet som helhet. För detta är det tänkt att använda nya adaptiva algoritmer för digital bearbetning av radarinformation och användning av högpresterande datorfaciliteter av en ny generation.

En egenskap hos MPRS med externa sändare för målbelysning är närvaron av kraftfulla direkta (penetrerande) sändarsignaler, vars nivå kan vara 40 - 90 dB högre än nivån på signaler som reflekteras från mål. För att minska den störande effekten av penetrerande signaler från sändare och reflektioner från den underliggande ytan och lokala objekt för att utöka detektionsområdet, är det nödvändigt att tillämpa speciella åtgärder: rumslig avvisning av störande signaler, autokompensationsmetoder med frekvensselektiv återkoppling vid höga och mellanliggande frekvenser, undertryckning vid videofrekvens, etc.

Trots det faktum att arbete i denna riktning har utförts under en ganska lång period, först nyligen, efter uppkomsten av relativt billiga ultrahöghastighets digitala processorer som tillåter bearbetning av stora mängder information, har det för första gången dykt upp en verklig möjlighet att skapa experimentella prover som uppfyller moderna taktiska och tekniska krav.

Under de senaste femton åren har specialister från det amerikanska företaget Lockheed Martin utvecklat ett lovande radarsystem med tre koordinater för att upptäcka och spåra luftmål baserat på flerpositionella designprinciper, som fick namnet Silent Sentry.

Den har i grunden nya möjligheter för hemlig övervakning av luftsituationen. Systemet inkluderar inte sina egna sändningsanordningar, vilket gör det möjligt att arbeta i ett passivt läge och tillåter inte fienden att bestämma platsen för dess element med hjälp av elektronisk spaning. Den hemliga användningen av Silent Sentry MPRS underlättas också av frånvaron av roterande element och antenner med mekanisk avsökning av antennens riktningsmönster i dess mottagningspunkter. Kontinuerliga signaler med amplitud- och frekvensmodulering som sänds ut av TV- och radiosändande ultrakortvågssändarstationer, samt signaler från annan radioutrustning som finns i systemets täckningsområde, inklusive luftvärns- och kontrollradar, används som huvudkällor som tillhandahålla bildning av sonderingssignaler och målbelysning, flygtrafik, radiofyrar, navigering, kommunikation etc. Principer stridsanvändning Silent Sentry-system visas i fig. 6.

Enligt utvecklarna kommer systemet att tillåta att samtidigt åtfölja ett stort antal datorcenter, vars antal endast kommer att begränsas av funktionerna hoster. Samtidigt kommer kapaciteten hos Silent Sentry-systemet (i jämförelse med traditionella radaranläggningar, där denna indikator till stor del beror på parametrarna för antennsystemet för radar- och signalbehandlingsenheter) inte att begränsas av antennparametrarna system och mottagande enheter. Jämfört med konventionella radar som ger ett detekteringsräckvidd för lågtflygande mål på upp till 40-50 km, kommer Silent Sentry-systemet att tillåta dem att upptäckas och spåras på avstånd på upp till 220 km på grund av den högre effektnivån på signaler som sänds ut av TV- och radiosändare, stationer (tiotals kilowatt i kontinuerligt läge), och genom att placera sina antennenheter på speciella torn (upp till 300 m eller mer) och naturliga höjder (kullar och berg) för att säkerställa maximala möjliga zoner tillförlitlig mottagning av TV- och radiosändningar. Deras strålningsmönster pressas mot jordytan, vilket också bidrar till att öka systemets förmåga att upptäcka lågtflygande mål.

Det första experimentella provet av systemets mobila mottagningsmodul, som inkluderar fyra behållare med samma typ av beräkningsenheter (0,5X0,5X0,5 m vardera) och ett antennsystem (9X2,5 m), skapades i slutet av 1998. När det gäller serieproduktion kommer kostnaden för en mottagande modul i systemet att vara, beroende på sammansättningen av de använda medlen, från 3 till 5 miljoner dollar.

En stationär version av mottagningsmodulen i Silent Sentry-systemet har också skapats, vars egenskaper anges i tabellen. 2. Den använder en antennenhet med en fasad arrayantenn (PAA) av ökad storlek jämfört med den mobila versionen, samt datorfaciliteter som ger dubbelt så hög prestanda som den mobila versionen. Antennsystemet är monterat på byggnadens sidoyta, vars platta PAR är riktad mot den internationella flygplatsen. J. Washington i Baltimore (på ett avstånd av cirka 50 km från överföringspunkten).

En separat mottagningsmodul av den stationära typen av Silent Sentry-systemet inkluderar:

antennsystem med fasad array (linjär eller platt) av målkanalen, som tillhandahåller mottagning av signaler som reflekteras från mål;

antenner för "referens"kanaler, som tillhandahåller mottagning av direkta (referens)signaler från målbelysningssändare;

en mottagare med ett högt dynamiskt omfång och system för att undertrycka störande signaler från målbelysningssändare;

analog-till-digital-omvandlare av radarsignaler;

en högpresterande digital processor för bearbetning av radarinformation producerad av företaget "Silicon Graphics", som tillhandahåller datautmatning i realtid för minst 200 flygmål;

anordningar för visning av luftsituationer;

en processor för att analysera bakgrundsmålsituationen, som optimerar valet vid varje specifikt operationsögonblick av vissa typer av sonderande strålningssignaler och sändare av belysning av mål belägna i systemets täckningsområde för att erhålla det maximala signal-brusförhållandet vid utsignalen fråndningen;

medel för registrering, registrering och lagring av information;

tränings- och simuleringsutrustning;

medel för autonom strömförsörjning.

Den mottagande fasade arrayen inkluderar flera subgitter utvecklade på basis av befintliga typer kommersiella antennsystem av olika räckvidd och ändamål. Dessutom ingår konventionella TV-mottagande antennanordningar som experimentella prover. En mottagningsduk med fasad array kan tillhandahålla ett visningsområde i azimutsektorn upp till 105 grader, och i höjdsektorn upp till 50 grader, och den mest effektiva nivån för mottagning av signaler som reflekteras från mål tillhandahålls i azimutsektorn upp till till 60 grader. För att säkerställa överlappningen av det cirkulära visningsområdet i azimut, är det möjligt att använda flera PAR-dukar.

Den yttre vyn av antennsystemen, den mottagande enheten och enhetens skärm för att visa situationen för de stationära och mobila versionerna av mottagningsmodulen i Silent Sentry-systemet visas i figur 7. Systemet testades under verkliga förhållanden i Mars 1999 (Fort Stewart, Georgia). Samtidigt tillhandahölls observation (detektion, spårning, bestämning av rumsliga koordinater, hastighet och acceleration) i ett passivt läge för olika aerodynamiska och ballistiska mål.

Huvuduppgiften för det fortsatta arbetet med skapandet av Silent Sentry-systemet är för närvarande förknippad med att förbättra dess kapacitet, i synnerhet att introducera det i måligenkänningsläget. Detta problem är delvis löst i de redan skapade proverna, men inte i realtid. Dessutom håller man på att utarbeta en version av systemet, där man planerar att använda radar ombord från luftburna tidig varnings- och kontrollflygplan som målbelysningssändare.

I Storbritannien har arbete inom området för flerpositionsradarsystem för detta ändamål utförts sedan slutet av 1980-talet. Olika experimentella prover av bistatiska radarsystem utvecklades och distribuerades, vars mottagningsmoduler var utplacerade i området kring London Heathrow flygplats (fig. 8). Som sändare för målbelysning användes standardmedel för radio-tv-sändningsstationer och flygledningsradar. Dessutom utvecklades experimentella prover av Dopplers framåtspridningsradar med användning av effekten av att öka EPR för mål när de närmar sig baslinjen för ett bistatiskt system med TV-belysning. Forskning inom området för att skapa en MPRS med radio- och tv-sändningsstationer som källor för exponering för VC:er utfördes vid ett forskningsinstitut vid det norska försvarsdepartementet, vilket rapporterades vid en session med ledande norska institut och utvecklingsföretag om lovande projekt för skapandet och utvecklingen av ny radio-elektronisk militär utrustning och teknik i juni 2000 G.

Basstationer för en mobil cellulär decimeters våglängdsområde. Arbetet i denna riktning för att skapa sina egna versioner av passiva radarsystem utförs av specialister från det tyska företaget Siemens, de brittiska företagen Roke Manor Research och BAE Systems och den franska rymdorganisationen ONERA.

Det är planerat att bestämma läget för CC genom att beräkna fasskillnaden för signaler som sänds ut av flera basstationer, vars koordinater är kända med hög noggrannhet. I det här fallet är det största tekniska problemet att säkerställa synkronisering av sådana mätningar inom några nanosekunder. Det är tänkt att lösas genom att tillämpa tekniken för mycket stabila tidsstandarder (atomklockor installerade ombord på rymdfarkoster), utvecklade under skapandet av Navstars rymdradionavigeringssystem.

Sådana system kommer att ha en hög nivå av överlevnadsförmåga, eftersom det under deras drift inte finns några tecken på att använda basstationer för telefonmobilkommunikation som radarsändare. Om fienden på något sätt kan fastställa detta faktum, kommer han att tvingas förstöra alla sändare i telefonnätverket, vilket verkar osannolikt med tanke på den nuvarande omfattningen av deras utplacering. Det är praktiskt taget omöjligt att identifiera och förstöra mottagningsanordningarna för sådana radarsystem med hjälp av tekniska medel, eftersom de under deras drift använder signalerna från ett standardmobiltelefonnätverk. Användningen av störsändare, enligt utvecklarnas åsikt, kommer också att vara ineffektiv på grund av det faktum att i driften av de övervägda varianterna av MPRS är ett läge möjligt där REB-enheterna själva kommer att vara ytterligare källor belysning av luftmål.

I oktober 2003 demonstrerade Roke Manor Research, under en militärövning vid Salisbury Plain, för ledningen för det brittiska försvarsministeriet en version av Celldars passiva radarsystem (förkortning för Cellular phone radar). Kostnaden för en demonstrationsprototyp, bestående av två konventionella parabolantenner, två mobiltelefoner (fungerar som "celler") och en PC med en analog-till-digital-omvandlare, uppgick till lite mer än $ 3 tusen. Utländska experter tror att militäravdelningen i något land med en utvecklad infrastruktur mobiltelefoni, kapabla att skapa en liknande
nya radarsystem. I detta fall kan telefonnätets sändare användas utan operatörernas vetskap. System som Celldar kommer att kunna utöka kapaciteten hos system som akustiska sensorer.

Skapandet och införandet av radarsystem med flera positioner som Silent Sentry eller Celldar kommer således att göra det möjligt för USA:s väpnade styrkor och deras allierade att lösa kvalitativt nya uppgifter för hemlig observation och kontroll av luftrummet i zoner med möjliga väpnade konflikter i vissa regioner av värld. Dessutom kan de vara med och lösa problem med flygledning, bekämpa narkotikahandel m.m.

Som erfarenheterna från de senaste 15 årens krig visar har traditionella luftförsvarssystem låg bullerimmunitet och överlevnadsförmåga, främst på grund av inverkan av högprecisionsvapen. Därför bör nackdelarna med aktiv radarutrustning neutraliseras så mycket som möjligt med ytterligare medel - passiva medel för spaning av mål på låg och extremt låg höjd. Utvecklingen av flerpositionsradarsystem som använder extern strålning från olika radioteknisk utrustning genomfördes ganska aktivt i Sovjetunionen, särskilt i senaste åren dess existens. För närvarande, i ett antal OSS-länder, fortsätter teoretisk och experimentell forskning om skapandet av MPRS. Det bör noteras att liknande arbete inom detta radarområde utförs av inhemska specialister. I synnerhet skapades en experimentell bistatisk radar "Field" och testades framgångsrikt, där radio-TV-sändningsstationer används som sändare av målbelysning.

LITTERATUR

1. Janes försvarsutrustning ( Digitalt bibliotek vapen från världens länder), 2006 - 2007.

3. H. D. Griffiths. Bistatisk och multistatisk radar. - University College London, avd. Elektronik och elektroteknik. Torrington Place, London WC1E 7JE, Storbritannien.

4. Jonathan Bamak, Dr. Gregory Baker, Ann Marie Cunningham, Lorraine Martin. Silent Sentry ™ Passiv övervakning // Aviation Week & Space Technology. - 7 juni 1999. - P.12.

5. Sällsynt åtkomst: http://www.roke.co/. se / sensorer / stealth / celldar.asp.

6. Karshakevich D. Fenomenet "Field" radar // Army. - 2005 - Nr 1. - S. 32 - 33.

För att kommentera måste du registrera dig på sidan

kortdistans navigationsradiosystem (RSBN) - räckvidd upp till 400-700 km, beroende på flygplanets flyghöjd.

c) landningssystem - ger information om flygplanets avvikelse från en given bana vid flygningens slutskede.

2. Grad av autonomi

a) Autonoma system och enheter mäts utan hjälp av en radiolänk som förbinder utrustningen ombord på ett visst objekt med elektroniska enheter utanför det. Information extraheras från den reflekterade signalen.

b) Icke-autonoma anordningar och system omfattar både ombordutrustning installerad vid anläggningen och utrustning för speciella radiostationer som är associerade med den vid markpunkter, artificiella jordsatelliter (AES), etc.

3. Vy över det uppmätta elementet

a) goniometriska enheter - bestäm vinkeln i det horisontella (azimut) eller vertikala (höjd) planet, eller i koordinatsystemet som är associerat med objektet. De är indelade i radiofyrar och radioriktningssökning:

b) radiofyrar inkluderar en radiofyr som bildar ett elektromagnetiskt fält, vars parametrar beror på vinkelkoordinaterna för mottagningspunkten;

c) radioriktningssökning (radioriktningssökare) låter dig hitta vinkelkoordinaterna för strålningskällan för elektromagnetiska vågor från resultaten av mätning av radiovågornas ankomstriktning.

b) radioavståndsmätare (radioavståndsmätare) - utformade för att mäta avståndet från ett objekt till ett annat.

Flerpositionsradarstationer (MPRS)

I det allmänna fallet kombinerar MRS oberoende, bistatiska och passiva radarer placerade vid olika punkter i rymden (positioner).

I oberoende radar (navigationsradar) är alla delar av utrustningen placerade på en punkt, och basen för ett sådant system är noll.

Bas är avståndet mellan radarpositioner.

Бjk - namnet på positionerna.

Om Бjk = const, så kallas sådana MPRS för MPRS med fasta baser. Alla andra system bildar en grupp med mobila baser.

Med radardiversitet i rymden kan varje position utrustas med mottagningsutrustning (passiv radar), mottagnings- och sändningsutrustning (passiv-aktiv MPRS) eller navigationsradarutrustning (aktiv MPRS).

Generaliserad struktur för MPRS

Huvudkomponenterna i MPRS:

1. Utrustning åtskilda positioner P

2. POI - informationsbehandlingspunkt, där signaler och information som kommer från åtskilda positioner kombineras och bearbetas gemensamt.

3. Kanaler för informationsöverföring.

4. Synkroniseringskanaler.

Fördelar med MPRLS

1. Möjlighet att bilda komplexa rumsliga synområden.

2. Bättre energianvändning i systemet.

3. Större noggrannhet vid mätning av måls position i rymden.

4. Förmågan att mäta hela vektorn av målhastigheten.

5. Ökad brusimmunitet i förhållande till aktiv och passiv störning.

Nackdelar med MPRS:

1) Ökning i komplexitet och kostnad för systemet.

2) Behovet av att synkronisera arbetet med positioner.

3) Komplexiteten i informationsbehandlingen på grund av den stora volymen.

Beroende på de uppgifter som löses under bearbetningsprocessen, skiljer MPRS mellan primära, sekundära och tertiära typer av bearbetning.

Primär bearbetning består i att detektera en signal från ett mål och mäta dess koordinater med lämplig kvalitet och fel.

Sekundär bearbetning tillhandahåller bestämning av parametrarna för varje måls bana baserat på signaler från en eller ett antal positioner hos MRLS, inklusive funktionen att identifiera målmärken.

Vid tertiär bearbetning parametrarna för banan för mål som tas emot av olika mottagande enheter i MPRS kombineras, inklusive operationen

Innehavare av patentet RU 2332684:

Uppfinningen avser lokaliseringsteknologi, i synnerhet metoder för att konstruera flerpositionsradarsystem. Kärnan i uppfinningen: en metod för flerpositionsradar, som består i utsändning av radarsignaler, synkroniserad mottagning av reflekterade signaler av utrustningen av åtskilda positioner, kombination och gemensam bearbetning av signaler och information för att upptäcka mål, mäta deras koordinater, bestämma parametrarna för banor och sedan identifiera positioner utföra synkroniserad emission och mottagning av signaler med hjälp av kraftledningar. Anordningen för flerpositionsradar innehåller en informationsbehandlingspunkt som är kopplad med kommunikationskanaler och synkroniseringskanaler med åtskild utrustning, medan den åtskilda utrustningen är ansluten till kraftledningar. Det uppnådda tekniska resultatet av uppfinningen är realiseringen av de huvudsakliga fördelarna med flerpositionssystem. 2 n.p. flyg, 1 dwg

Uppfinningen avser lokaliseringsteknologi, i synnerhet metoder för att konstruera flerpositionsradarsystem.

Kända metoder för högfrekvent kommunikation över kraftledningar (kraftledningar) [till exempel Mikutsky G. V., Skitaltsev B.C. Högfrekvent kommunikation över kraftledningar. En lärobok för studenter vid energi- och krafttekniska skolor. 2:a uppl., Rev. och lägg till. M .: Energiya, 1978], baserat på emission och mottagning av högfrekventa (HF) signaler i kraftledningar genom HF-anslutningsutrustningen.

Dessa kommunikationsmetoder är inriktade på att lösa problem med informationsöverföring och bearbetning, och inte för radar.

Kända lokaliseringsmetoder för att bestämma platser för skada på kraftledningar [till exempel Shalyt G.M. Bestämning av skadeplatser i elektriska nätverk. - M .: Energoizdat, 1982], inklusive med användning av komplexa signaler [Kulikov A.L., Kulikov D.A. Patent nr 2269789 "Metod för att bestämma platsen för skada på kraftöverförings- och kommunikationsledningar och en anordning för dess implementering", 10.02.2006, Bul. nr 4, G01R 31/11. MCP].

Dessa lokaliseringsmetoder syftar dock till att upptäcka skador i kraftledningar, och inte för radaruppgifter.

Kända metoder för att bestämma det kortaste avståndet till en högspänningsledning från flygplanet [till exempel VM Yablonsky, LA Terekhova. Patent nr 2260198 "Metod för att bestämma det kortaste avståndet till en högspänningsledning från ett flygplan", 09/10/2005, G01S 13/93, G08G 5/04].

Dessa metoder är dock baserade på enpositionsmottagning av signaler som emitteras av kraftledningar, som regel, vid industriell frekvens.

Kända metoder för flerpositionsradar [till exempel B.C. Chernyak. Flerpositionsradar. - M .: Radio and communication, 1993], såväl som åtskilda radarstationer och system [till exempel Averyanov V.Ya. Avstånd från radarstationer och system. Mn., "Science and Technology", 1978], som har betydande fördelar jämfört med traditionella enpositionsradarsystem.

Dessa metoder och system är dock inte utformade för att generera sonderings- och processsignaler som reflekteras av mål i kraftledningar.

Den närmaste tekniska lösningen till den föreslagna uppfinningen är en metod för flerpositionsradar, implementerad i ett flerpositionsradarsystem [Bakulev P.A. Radarsystem. Lärobok för universitet. - M .: Radiotekhnika, 2004, s.21], inklusive utrustning för åtskilda positioner, informationsöverföringskanaler, synkroniseringskanaler och en informationsbehandlingspunkt.

Metoden för flerpositionsradar består i att sända ut radarsignaler, synkroniserad mottagning av reflekterade signaler av utrustningen av åtskilda positioner, kombinera och gemensam bearbetning av signaler och information om åtskilda positioner vid informationsbehandlingspunkten för att detektera mål, mäta deras koordinater, bestämning av parametrar för banor och efterföljande identifiering.

Denna metod för flerpositionsradar låter dig inse de viktigaste fördelarna med flerpositionssystem jämfört med enpositionsradar [Bakulev P.A. Radarsystem. Lärobok för universitet. - M .: Radiotekhnika, 2004, s.21]:

Förmågan att bilda komplexa rumsliga synområden;

Bättre energianvändning i ett radarsystem;

Större noggrannhet vid mätning av platsen för mål i rymden;

Ökad immunitet mot aktiv och passiv störning, samt öka tillförlitligheten av den taktiska uppgiften.

Kärnan i uppfinningen är att öka ovanstående fördelar genom användning av strålning och mottagning av högfrekventa signaler från kraftledningar.

Detta problem löses med metoden för flerpositionsradar, som består i utsändning av radarsignaler, synkroniserad mottagning av reflekterade signaler av utrustning av åtskilda positioner, kombination och gemensam bearbetning av signaler och information för att upptäcka mål, mäta deras koordinater, bestämning av parametrarna för banor och efterföljande identifiering, där, enligt uppfinningen, utrustningen med åtskilda positioner utför synkroniserad emission och mottagning av signaler med hjälp av kraftledningar.

Förutsättningarna för att öka de tidigare nämnda fördelarna i den föreslagna metoden för flerpositionsradar är följande.

1. Kraftledningar är långa och kan kombineras till olika antennsystem med hjälp av HF-anslutningsutrustning.

Eftersom den potentiella noggrannheten för att mäta vinkelkoordinaterna för mål (root-mean-square fel för att mäta vinkelkoordinater) [Shirman Y.D., Manzhos V.N. Teori och teknik för att bearbeta radarinformation mot bakgrund av störningar. - M .: Radio and communication, 1981, s. 214-216.] Beror på signal-brusförhållandet, samt förhållandet mellan antennöppningens längd och våglängden, sedan användningen av förlängda kraftledningar kommer att tillåta mätning av vinkelkoordinaterna för mål med högre noggrannhet.

2. Den komplexa konfigurationen av kraftöverföringsledningar, såväl som breda möjligheter för deras redundans, ökar avsevärt tillförlitligheten hos ett sådant radarsystem med flera positioner. Dessutom bör det beaktas att för en kraftöverföringsledning som regel är HF-anslutningsutrustningen placerad på alla tre faserna (A, B, C), därför kan var och en av faserna användas för att lösa multi- positionsradarproblem.

Samtidigt bör det noteras egenskaperna hos den föreslagna metoden för flerpositionsradar.

1. Eftersom utbredningen av HF-signaler i kraftledningar har ett antal funktioner [Hayashi S. Vågor i kraftledningar. - M .: Gosenergoizdat, 1960.], är studien och gemensam bearbetning av de mottagna signalerna från målen av utrustningen för de separerade positionerna och informationsbehandlingspunkten specifika. Specificiteten är främst förknippad med spridningsegenskaperna hos kraftöverföringsledningar som ett medium för sändning av högfrekventa signaler, skillnaden mellan fas- och grupphastigheterna för deras utbredning.

2. Till en kraftöverföringsledning (eller flera kraftöverföringsledningar, förenade av HF-anslutningar), genom HF-anslutningsutrustningen, kan sändnings- och mottagningsutrustningen för flera åtskilda positioner anslutas. Således kommer den synkroniserade gemensamma emissionen av HF-signaler till en kraftöverföringsledning att göra det möjligt att implementera komplexa, snabbt föränderliga distributioner av det elektromagnetiska fältet över stora rumsliga områden. Sådana ytterligare möjligheter leder emellertid till svårigheter vid bildandet av kontroll av rumsliga betraktningsområden.

3. Den komplexa konfigurationen av kraftledningar, närvaron av kraftledningar av olika klasser av spänningar och deras ömsesidiga inflytande leder till bearbetningsegenskaper som avsevärt skiljer den från traditionella metoder för flerpositionsradar och signalbehandling i fasade antennsystem [Elektroniska system: konstruktionsgrunder och teori. Katalog / Ed. Ya.D. Shirman. - M .: CJSC "MAKVIS", 1998].

Dessutom påpekar vi att enheter som implementerar den föreslagna metoden för flerpositionsradar inte bara kan användas för att lösa radarproblem (detektering, mätning av koordinater och parametrar för mål, etc.), utan också för att diagnostisera platsen för skadan till kraftledningar.

Den föreslagna metoden kan implementeras av en anordning som innehåller en informationsbehandlingspunkt, ansluten med kommunikationskanaler och synkroniseringskanaler med åtskild utrustning, som är ansluten till kraftledningar genom högfrekvent anslutningsutrustning.

Observera att för synkronisering, istället för motsvarande kanaler i den föreslagna enheten kan användas satellitnavigeringssystem (till exempel GPS).

Ritningen visar ett blockschema över en anordning som implementerar den föreslagna metoden.

Enheten innehåller en informationsbehandlingspunkt 1, kommunikationskanaler 2, synkroniseringskanaler 3, åtskild utrustning 4, högfrekvent anslutningsutrustning 5, kraftledningar 6.

Informationsbehandlingspunkten 1 är via kommunikationskanaler 2 och synkroniseringskanaler 3 ansluten till utrustningen för de åtskilda positionerna 4, som är ansluten till kraftledningarna 6 via hö5.

Låt oss överväga enhetens funktion med hjälp av exemplet på placeringen av luftmål. I detta fall kan enheten för flerpositionsradar fungera i aktivt, passivt och aktivt-passivt läge.

Det vanligaste är det aktiva-passiva läget, när utstrålningen av radarsignaler i rymden sker av utrustningen från en eller flera åtskilda positioner 4, och mottagning av reflekterade signaler från luftmål - av all tillgänglig utrustning 4.

Beroende på användningen av 4-fasinformation som finns i signaler som reflekteras från luftmål vid åtskilda positioner, implementeras en variant av spatialt koherent, med kortvarig rumslig koherens och rumsligt inkoherent bearbetning [Bakulev P.A. Radarsystem. Lärobok för universitet. - M .: Radiotekhnika, 2004, s.21-22]. Men till skillnad från de listade kända behandlingsalternativen tar den föreslagna enheten hänsyn till egenskaperna hos signalutbredning längs kraftledningar 6. Dessa inkluderar främst:

Beroende av utbredningshastigheten för högfrekventa signaler på designparametrarna för kraftöverföringsledningen 6 (trådmärke, upphängningshöjd, etc.);

Spridningsanordningar för kraftledningar 6 (olika egenskaper för utbredningen av högfrekventa signaler längs kraftledningar vid olika frekvenser);

Väderberoendet av egenskaperna hos transmissionsledningen 6, i första hand reaktansen, såväl som beroendet av den senare av jordens specifika motstånd;

Förekomsten av specifika aktiva och passiva störningar orsakade, till exempel, av drift av högfrekventa kommunikationssystem, reläskydd, koronaurladdningar, såväl som påverkan av angränsande kraftledningar 6, etc.;

Flera andra faktorer.

Det är dock möjligt att minska inverkan av dessa faktorer. I detta fall korrigeras informationen som erhålls som ett resultat av bearbetning av signalerna som tas emot från kraftöverföringsledningen 6 genom att jämföra den med informationen och signalerna som tas emot av utrustningen för de åtskilda positionerna 4 från andra radaranläggningar. Det motsatta fenomenet är också möjligt när information och signaler som tas emot från kraftöverföringsledningen 6 kompletterar eller korrigerar information och signaler som tas emot från annan radarutrustning med åtskilda positioner 4.

Vid informationsbehandlingspunkten 1 kombineras koherenta signaler, videosignaler, detekterade märken av luftmål, resultaten av en enda mätning av parametrar, såväl som kombinationen av banor.

Med koherent kombinering matas högfrekventa signaler från utrustningen för de åtskilda positionerna 4 till informationsbehandlingspunkten 1, där alla operationer för detektering, identifiering och bestämning av parametrarna för luftmålets rörelse och dess placering utförs. Kompensation av faktorerna orsakade av de specifika förhållandena för utbredning av högfrekventa signaler längs kraftöverföringsledningen 6 utförs vid informationsbehandlingspunkten 1. I detta fall kännetecknas utrustningen för de åtskilda positionerna 4 av enkelhet, och informationsbehandling punkt 1 blir mer komplicerad.

När luftmålens banor kombineras, sänds signaler från utrustningen i åtskilda positioner 4 till informationsbehandlingspunkten 1 efter sekundär bearbetning och avvisande av falska mål. Kompensation av faktorerna orsakade av de specifika förhållandena för utbredning av högfrekventa signaler längs kraftöverföringsledningen 6 utförs av utrustningen för de åtskilda positionerna 4. Därför utförs de flesta beräkningsoperationerna av utrustningen för de åtskilda positionerna 4. , vilket är mer komplext. Utrustningen för informationsbehandlingspunkten 1 är förenklad och informationsöverföringskanalerna 2 arbetar under lättare förhållanden.

Således gör användningen av kraftledningar 6 med högfrekvent anslutningsutrustning 5 i anordningen (se ritning) det möjligt att realisera ytterligare information och energikapacitet för flerpositionsradar.

1. Metoden för flerpositionsradar, som består i utsändning av radarsignaler, synkroniserad mottagning av reflekterade signaler av utrustningen av åtskilda positioner, kombination och gemensam bearbetning av de mottagna signalerna och informationen vid de mottagna åtskilda positionerna från andra radaranläggningar vid informationsbehandlingspunkten avsedd för att detektera mål, mäta deras koordinater, bestämma parametrarna för banorna och efterföljande identifiering, kännetecknad av att dessutom utrustningen för åtskilda positioner, anslutna med hjälp av högfrekvensanslutning utrustning till kraftledningar (kraftledningar), utföra synkroniserad emission och mottagning av signaler med hjälp av kraftledningar, sedan, vid bearbetning av den mottagna informationen, korrigeras den mottagna informationen som ett resultat av bearbetning av signalerna som tas emot från kraftöverföringsledningen, genom att jämföra den med signalerna som reflekteras från målen som tas emot av utrustningen för de separerade positionerna och med informationen som tas emot av utrustningen o placerade på avstånd från andra radaranläggningar.

Flerpositionsradarsystem (MPRS) (Fig. 2.4) kombinerar i allmänhet enkelpositions- och OPRLS2-), bistatiska och passiva (PRLS1 - PRLS4) radarer placerade vid olika punkter i rymden (positioner). Avståndet mellan radarpositionerna kallas basen I fig. 2.5 visar strukturen för en MPRL som har en gemensam sändare och tre åtskilda mottagningspositioner. Denna MPRL kallas semi-aktiv. BiRLS är ett specialfall av ett semi-aktivt system.

Ris. 2.4. Möjlig struktur för MPRLS

Flerpositionsradarer har flera baser, som anges där indexen och k motsvarar positionernas nummer eller namn. Det bör noteras att, beroende på det taktiska syftet med MPRS och placeringen av dess element, kan basen av systemet ändra position och storlek när systemet flyttas eller när MPRS-utrustningen placeras på mobila objekt, inklusive atmosfäriska flygplan . Blandad basering av MRS används ofta, till exempel sändningsutrustningen på flygplanet och mottagningsutrustningen på marken och vice versa. Om den relativa positionen för positionerna vid flyttning eller rebasering inte ändras, d.v.s. då kallas sådana MPRLS MPRLS med fasta baser. Alla andra system utgör en grupp MPRS med mobila baser.

Ris. 2.5. Strukturen för MPRS, bestående av BiRLS

I moderna MRSL används de som vissa typer radar, och deras kombination, kan de också tillämpa olika metoder för att bestämma platsen för mål i rymden. Dessa egenskaper leder till större brusimmunitet för systemet som helhet. Med radardiversitet i rymden kan varje position rymma mottagningsutrustning (passiv MPRS), mottagnings- och sändningsutrustning (passiv-aktiv MPRS) eller OPRS-utrustning (aktiv MPRS).

I den generaliserade strukturen hos MPRS (fig. 2.6) kan systemets huvudkomponenter särskiljas: utrustningen för de åtskilda positionerna (P), informationsöverföringskanalerna (1), synkroniseringskanalerna (2) och informationsbehandlingspunkten för POI, där signaler och information som kommer från de åtskilda positionerna kombineras och bearbetas gemensamt, vilket gör det möjligt att realisera ett antal fördelar med MPRS jämfört med en enpositionsradar.

Ris. 2.6. Generaliserad struktur för MPRS

De viktigaste av dessa fördelar: förmågan att bilda komplexa rumsliga visningsområden; bättre användning av energi i systemet; hög noggrannhet vid mätning av platsen för mål i rymden; förmågan att mäta hela vektorn för målhastigheten; en ökning av brusimmunitet i förhållande till aktiv och passiv störning, samt en ökning av tillförlitligheten för en taktisk uppgift.

Dessa fördelar kommer dock på bekostnad av ökad systemkomplexitet och kostnad. Det blir nödvändigt att synkronisera arbetet med positioner (inklusive när du tittar på utrymme) och att organisera dataöverföringslinjer. Komplexiteten i informationsbehandlingen ökar också på grund av dess stora volym. Men trots de angivna bristerna används MPRS i stor utsträckning vid utövandet av radar. Beroende på vilken uppgift som löses i processen för informationsbearbetning i MRSL, särskiljs primära, sekundära och tertiära typer av bearbetning.

Primär bearbetning består i att detektera en målsignal och mäta dess koordinater med lämplig kvalitet eller fel. Sekundär bearbetning involverar bestämning av parametrarna för varje måls bana baserat på signaler från en eller ett antal positioner hos MPRS, inklusive operationerna att identifiera målmärken. I tertiär bearbetning kombineras parametrarna för banorna för mål erhållna av olika mottagare av MPRS med identifieringen av banorna.

Typer av radar med flera positioner. Beroende på användningen av fasinformation som finns i signalerna som reflekteras från målet, vid åtskilda positioner i rymden, särskiljs MRLS spatiellt koherent, med kortsiktig rumslig koherens och spatiellt inkoherent.

Rumslig koherens förstås som förmågan att upprätthålla en tät koppling av faserna för högfrekventa signaler vid åtskilda positioner. Graden av rumslig koherens beror på längden

signalvågor, storleken på baserna för MRS och målets dimensioner, såväl som från inhomogeniteterna hos parametrarna för utbredningsvägarna för radiovågor.

Om målet kan anses vara punkt, så har vågens fasfront formen av en sfär, och de signaler som tas emot vid de separerade positionerna är stelt faskopplade och koherenta. För utsträckta mål bildas fasfronten i processen för interferens av elektromagnetiska vågor från lokala reflektionscentra ("blanka" punkter) av målet. Stora mållängder resulterar i fasfrontfluktuationer som kan störa den rumsliga koherensen (korrelationen) för signaler som tas emot på åtskilda platser.

Med ett homogent utbredningsmedium och en liten baslinje är signalerna vid ingången till de mottagande enheterna identiska och koherenta. När basen ökar, börjar signalerna att skilja sig huvudsakligen på grund av flerlobskaraktären hos målets backscatter-mönster (DOR). Vid en viss storlek på basen, var är avståndet till målet; den största målstorleken, mottar de mottagande positionerna signaler som reflekteras från målet längs olika DOR-lober. Dessa signaler är oberoende och okorrelerade.

Rumsligt koherenta radar extraherar all information som finns i radiovågsfältets rumsliga struktur, ner till fasförhållanden. I dessa radarer är fasingreppen i kanalerna för att ta emot och bearbeta signaler från olika rumsliga positioner desamma i tidsintervall som är mycket längre än signalens varaktighet (verkligen koherenta system). Därför är positionsutrustningen synkroniserad i tiden, såväl som i frekvensen och fasen för högfrekventa svängningar. De åtskilda positionerna bildar en specifikt positionerad fasad array (PAA).

System med kortvarig rumslig koherens har konstanta fasförhållanden i utrustningens/positionernas vägar inom varaktigheten av den använda signalen (pseudokoherenta system). I detta fall är det möjligt att extrahera information om Doppler-frekvenserna från fasändringen inom signalvaraktigheten, men det är omöjligt att utföra fasriktningssökning, eftersom de signaler som tas emot vid positionerna är inkoherenta samtidigt. Positionshårdvaran är synkroniserad i tid och frekvens, men inte i fas.

Rumsligt inkoherenta radarstationer bearbetar signaler efter detektering, men innan de kombineras vid MPRS:s informationsbehandlingspunkt. Det kräver inte synkronisering av utrustningspositioner i frekvens och fas. Det bör noteras att rumslig inkoherens inte motsäger den tidsmässiga koherensen av signaler som kommer in i utrustningen för varje position. Därför är det vid varje position möjligt att mäta den radiella hastighetskomponenten från dopplerfrekvensförskjutningen.

Typer av informationsintegration i MPRLS. Vid informationsbehandlingspunkten är det möjligt att kombinera koherenta signaler (koherent kombinering), videosignaler, detekterade märken och enstaka mätningar (resultat av en enda mätning av signalparametrar eller element, såväl som att kombinera banor.

Koherent association är den högsta nivån av informationsintegration. Radiofrekvenssignaler från positionerna för MRS skickas till det centrala informationsbehandlingscentret, där alla operationer för detektering, identifiering och bestämning av parametrarna för målets rörelse och dess plats utförs. Systemet i vilket den koherenta kombinationen av signaler utförs har de största kapaciteterna, eftersom det kan använda den rumsliga koherensen av signaler, i vilka det inte finns några slumpmässiga förändringar i fasskillnaden för signaler som tas emot vid positionerna för MPRS. Ett sådant system kännetecknas av den största enkelheten i utrustningen för mottagningspositionerna, men PIP blir mer komplicerat och bredbandssignalöverföringslinjer med hög bandbredd krävs.

Att kombinera banor är den lägsta nivån av att kombinera information. Från positionerna kommer signalerna efter sekundär bearbetning och avvisande av falska målmärken, därför utförs de flesta beräkningsoperationer vid positionerna för MPRS, vars utrustning är den mest komplexa. Datacenterhårdvaran är förenklad och kommunikationslinjerna fungerar under de lättaste möjliga förhållandena.

Alltså, ju högre nivå av informationsintegration, dvs. ju mindre information som går förlorad vid de mottagande positionerna före gemensam bearbetning, desto högre energi- och informationsförmåga hos MPRS, men desto mer komplex är utrustningen för den centrala bearbetningspunkten och desto högre krav på bandbredden för informationsöverföringslinjer.

Utbildningsministeriet i Republiken Vitryssland

Läroanstalt

"Minsk State Higher Radio Engineering College"

Sammanfattning om ämnet:

"Typer av radarsystem"

Handledare
/ A.V. Yakovlev /

Studerande
/O.I. Stelmakh /

Inledning ………………………………………………………………………………………… .3

1 Allmän information om radarsystem ………………………………………… .... 4

1.1 Grundläggande begrepp och definitioner ………………………………………………… .4

1.2 Klassificering av radarenheter och system ………………………… 5

1.3 Typer av radar och radarsystem ………………………… ..6

1.4 Flerpositionsradarsystem ………………………… ... 8

Slutsats ………………………………………………………………………………… 13

Lista över använd litteratur ………………………………………………… .14

Introduktion

Det första arbetet med skapandet radarsystem började i vårt land i mitten av 30-talet. För första gången uttrycktes idén om radar av en forskare vid Leningrad Electrophysical Institute (LEFI) P.K. Oshchepkov redan 1932. Senare föreslog han också idén om pulserad strålning. Den 16 januari 1934 hölls ett möte på Leningrad Physics and Technology Institute (LPTI), som leddes av akademiker A.F. villkor. Flera grupper av uppfinnare och vetenskapsmän tog upp arbetet. Redan sommaren 1934 kom en grupp entusiaster, bland vilka B.K.Shembel, V.V. Tsimbalin och P.K. Oshchepkov presenterade en pilotanläggning för regeringsmedlemmarna. Projektet fick erforderlig finansiering och blev 1938
en mock-up av en pulsradar testades, som hade en räckvidd på upp till 50 km vid en målhöjd av 1,5 km. Skaparna av layouten Yu, B, Kobzarev, P, A, Pogorelko och N, Ya, Chernetsov 1941 tilldelades USSR State Prize för utveckling av radarteknik. Ytterligare utveckling syftade främst till att öka räckvidden och förbättra noggrannheten vid bestämning av koordinaterna. Stationen RUS-2, som antogs sommaren 1940 för beväpning av luftförsvarsstyrkorna, hade inga analoger i världen när det gäller dess tekniska specifikationer, hon gjorde ett bra jobb under den stora
Fosterländska kriget under försvaret av Moskva från fiendens flyganfall. Efter kriget stod radartekniken inför nya användningsområden inom många sektorer av den nationella ekonomin. Flyg och navigering är nu otänkbart utan radar. Radarstationer utforskar solsystemets planeter och vår jords yta, bestämmer parametrarna för satelliternas banor och upptäcker ansamlingar av åskmoln. Radartekniken har förändrats till oigenkännlighet under de senaste decennierna.

1. Allmän information om radarsystem

1.1 Grundläggandebegrepp och definitioner

Radar är detektering och igenkänning av objekt med hjälp av radiovågor, såväl som bestämning av deras plats och parametrar för rörelse i rymden. Radarobjekt (RL) kallas radarmål eller helt enkelt mål. Radar använder vanligtvis signaler som reflekteras från ett mål eller signaler som sänds ut av själva målet och de radioenheter som är installerade på det.

Radiotekniska system och enheter som löser radarproblem kallas radarsystem (radar) och enheter (RLU), radarstationer och mer sällan radar eller radar.

Radarsystem tillhör klassen av radiotekniska system för att extrahera information om objekt från den mottagna radiosignalen. Således söker radarn efter och detekterar en radiosignal med efterföljande mätning av dess parametrar som innehåller användbar information. I radarn löses uppgifterna att upptäcka och bestämma målets placering som regel utan hjälp av föremålets utrustning.

För att bestämma RL:s placering i radarn krävs att man mäter koordinaterna för objektet (målet). I vissa situationer är det också nödvändigt att känna till komponenterna i objektets (målets) hastighetsvektor. Geometriska eller mekaniska storheter som kännetecknar ett objekts eller måls position och rörelse kallas lokaliseringselement (IV).

Radarsystem används vanligtvis som informationssensorer i mer komplexa strukturer - komplex.

Komplex är en samling funktionellt relaterade sensorer, system och enheter utformade för att lösa en specifik taktisk uppgift, till exempel inom flygledning, flygstöd och flygplanslandning. Komplexet kan innehålla:

1. Informationssensorer (ID), både elektroniska och icke-radiotekniska (till exempel tröghet).

2. Datorsystem (processor) baserat på en eller flera elektroniska datormaskiner(Dator) eller på basis av specialiserade datorer tilldelade separata sensorer, där ID-informationen bearbetas och omvandlas till signaler för externa system, till exempel ett objektkontrollsystem;

3. Kommunikations- och informationsutbytessystem, bestående av kabel, fiberoptik och andra kommunikationsanordningar mellan komplexets delar;

4. System för visning av information (indikation) och kontroll av komplexet, som förbinder den mänskliga operatören och komplexet;

5. Styrsystem utformat för att utesluta möjligheten att använda ett felaktigt komplex.

Användningen av radarn som en av delarna av komplexet kräver system tillvägagångssätt till valet av dess egenskaper, vilket gör det möjligt att i vissa fall minska dem, till exempel när det gäller noggrannhet och tillförlitlighet, och följaktligen att minska radarns komplexitet och kostnad.

1.2 Klassificering av radarenheter och system

De viktigaste klassificeringsegenskaperna för radarenheter och system är syftet, typen av den mottagna signalen, typen av det uppmätta elementet W och ibland graden av autonomi.

Efter beteckning delas radar in i övervakning och spårning.

Övervakningsradar används för att detektera och mäta koordinaterna för alla mål i ett givet område av rymden eller jordytan, samt för flygledning (ATC) av luftvärn (anti-missil) försvar (luftförsvar och missilförsvar), spaning, inhämtning av meteorologisk information m.m. (fig. 1.9).

Spårningsradarer utför funktionen av noggrann och kontinuerlig bestämning av koordinaterna för ett eller flera mål. Informationen som radarn tar emot används till exempel för att rikta vapen mot ett mål eller till

Skilja mellan autonoma och icke-autonoma system och enheter. Autonoma arbetar självständigt utan hjälp av andra elektroniska enheter och använder inte radiolinjer som förbinder utrustningen ombord på ett visst objekt med system och enheter utanför det. I sådana radiosystem implementeras principen om enpositionsradar, d.v.s. information om W-elementen extraheras från signalen som reflekteras från jordens yta eller mål.

Icke-autonoma omfattar både den ombordutrustning som är installerad vid anläggningen, och utrustningen av speciella radioapparater som är förknippade med den genom en radiolänk, placerad vid markpunkter eller vid andra anläggningar, d.v.s. principen om flerpositionsradar implementeras.

De huvudsakliga egenskaperna hos signalen är typen av den emitterade (sond) signalen (kontinuerlig eller pulsad), typen av modulering, kraftens dynamiska omfång, spektrumets bredd, etc.

Beroende på typen av det uppmätta elementet W finns det goniometriska, avståndsmätande och differentiella avståndsanordningar, såväl som hastighetsmätningsanordningar.

Radars vinkelmätningsanordningar bestämmer vinkeln mellan referensriktningen och riktningen till OL i det horisontella (W = α) eller vertikala (W = β) planet (mät bäringen) i motsvarande koordinatsystem. Dessa enheter (radioriktningssökare) inkluderar medel som gör att du kan hitta vinkelkoordinaterna för strålningskällan för elektromagnetiska vågor genom att mäta radiovågornas ankomstriktning.

Avståndsmätare (radioavståndsmätare) är utformade för att mäta avståndet till ett objekt (W = R). Vanligtvis mäter radioavståndsmätare fördröjningen av den reflekterade OL-signalen i förhållande till dess egen utstrålade (sond) signal. Avståndsmätare är en del av de flesta radar, de används också oberoende, till exempel för att hitta flyghöjden för ett flygplan (radiohöjdmätare). Avståndsmätare kan implementera förfrågningssvarsprincipen när avståndet mäts med hjälp av en reläsignal.

Differentiella avståndsmätare låter dig hitta elementet W = /? D = /? | - /? 2, var /? Jag och /? 2 - avståndet till objektet från två emitterande (återutsändande) enheter i ett radarsystem med flera positioner, bestämt genom att jämföra de informativa parametrarna för signalerna.

1.3 Typer av radar och radarsystem

Typer av radar. I radarsystem används aktiv, aktiv med aktiv respons och passiv radar.

Aktiv radar (Fig. 1.1, a) förutsätter att det detekterade objektet som ligger vid punkt O inte är en källa för radiosignaler. I en sådan radar genererar sändaren (Pd) en ljudsignal, antennen bestrålar målet under undersökningen av rymden. Mottagaren (PRM) förstärker och omvandlar den reflekterade signalen som tas emot från målet och skickar den till utgångsenheten (VU), avgörande uppgift detektera och mäta koordinaterna för ett objekt.

Aktiv radar med ett aktivt svar (Fig. 1.1, 6) implementerar begäran-svar-principen och skiljer sig genom att det detekterade objektet är utrustat med en responder. Interrogatorns sändare (Prd1) genererar en frågesignal och frågeledarens antenn bestrålar objektet som är utrustat med transpondern under undersökningen av rymden. Den senare tar emot en begäransignal (Prm2) och sänder en svarssignal till Prd2. Efter att ha tagit emot och detekterat denna signal, hittar frågeledaren, med hjälp av utgångsenheten (VU), koordinaterna för objektet som är utrustat med transpondern. I sådana system är kodad begäran och svar möjlig, vilket ökar brusimmuniteten för informationsöverföringsledningen. Dessutom kan frågeledaren-svarslinjen sändas Ytterligare information... Eftersom objektet är aktivt (det finns en Prd2-sändare) ökar radarns räckvidd jämfört med räckvidden för ett konventionellt aktivt radarsystem, men radarn blir mer komplicerad (ibland kallas den här typen av radar för sekundär radar).

Passiv radar löser problemet med att detektera ett aktivt objekt som sänder ut radiovågor (Fig. 1.1, c). Med passiv måldetektering är två situationer möjliga: när det finns en radiosändare på det detekterade föremålet, vars signaler fångas upp av en passiv radar, och när naturlig strålning från ett passivt föremål tas emot i radio- eller infrarödvåglängdsområdet, vilket inträffar när objektets temperatur är över absolut noll och när temperaturen kontrasterar mot omgivande objekt ... Denna typ av radar är enkel och mycket immun mot störningar.

Typer av radarsystem. Genom arten av placeringen av delar av utrustningen i rymden kan man skilja mellan enpositions-, tvåpositions- (bistatisk) och flerpositionsradar. De två sista typerna av radar skiljer sig åt genom att deras utrustning är åtskild i rymden och dessa radarer kan fungera både oberoende och gemensamt (spaced radar). På grund av den rumsliga separationen av element i sådana system uppnås större informationsinnehåll och brusimmunitet, men själva systemet blir mer komplext.

Single-position radar system (OPRS) skiljer sig åt genom att all utrustning är placerad i en position. I det följande kommer vi att beteckna sådana radarsystem. OPRS implementerar en aktiv eller passiv typ av radar (se Fig. 1.1, a - c). Med aktiv radar med aktivt svar är förhörarens utrustning placerad i en punkt i rymden och transpondern - i en annan. Beroende på syftet med radarn och vilken typ av signaler som används strukturella diagram ORLS kan specificeras och skiljer sig samtidigt väsentligt från varandra. Låt oss som ett exempel betrakta driften av en pulsad aktiv radar för att detektera luftmål för flygtrafikledning (ATC), vars struktur visas i fig. 1.2. Visningskontrollanordningen (antennkontroll) används för att se rymd (vanligtvis en cirkulär) antennstråle, smal i horisontalplanet och bred i vertikalplanet.

I den aktuella OPRLS används ett pulsat strålningsläge, därför, i slutet av nästa klingande radiopuls, växlar den enda antennen från sändaren till mottagaren och används för mottagning tills nästa klingande radiopuls börjar genereras , varefter antennen återansluts till sändaren osv.

Denna operation utförs av en sändnings-mottagningsomkopplare (RFP). Triggerpulserna som ställer in repetitionsperioden för sonderingssignalerna och synkroniserar driften av alla ORLS-delsystem genereras av synkroniseraren (Synx). Signalen från mottagaren (PRM) efter analog-till-digital-omvandlaren ADC går till inf- signalprocessorn, där den primära informationsbearbetningen utförs, som består i att detektera signalen och mäta koordinaterna för målet. Målmärken och banspår bildas under den sekundära behandlingen av information i dataprocessorn.

De genererade signalerna, tillsammans med information om antennens vinkelposition, sänds för vidare bearbetning till ledningsposten, samt för övervakning av cirkulär vyindikator (IKO). På självständigt arbete IKO-radarn fungerar som huvudelementet för att observera luftsituationen. En sådan radar bearbetar vanligtvis information i digital form. För detta tillhandahålls en anordning för omvandling av en signal till en digital kod (ADC).

Bistatiska radarsystem (BiRLS) är radar där de sändande och mottagande delarna är placerade på olika punkter i rymden (se fig. 1.1, d). Sådana biradarer är baserade på den aktiva typen av radar.

1.4 Flerpositionsradarsystem

Flerpositionsradarsystem (MGTRLS) (Figur 1.4) kombinerar generellt enpositionsradar (OPRLS1 och OPRLS2), bistatiska (BiRLS 1 - BiRLSb) och passiva (PRLS1 - PRLS4) radar som finns på olika punkter i rymden (positioner). Avståndet mellan radarpositionerna kallas basen (B). Figur 2.5 visar strukturen för en MPRS som har en gemensam sändande och tre åtskilda mottagningspositioner. Denna MPRL kallas semi-aktiv. BiRLS är ett specialfall av ett semi-aktivt system.

Flerpositionsradarer har flera baser, som betecknas Bjk, där indexen j och k motsvarar positionernas nummer eller namn. Det bör noteras att, beroende på det taktiska syftet med MPRS och placeringen av dess element, kan basen av systemet ändra position och storlek när systemet flyttas eller när MPRS-utrustningen placeras på mobila objekt, inklusive atmosfäriska flygplan . Blandad basering av MRS används ofta, till exempel sändningsutrustningen på flygplanet och mottagningsutrustningen på marken och vice versa. Om den relativa positionen för positioner inte ändras vid förflyttning eller omlokalisering, kallas sådana MRSL:er för MRS med fasta baser. Alla andra system utgör en grupp MPRS med mobila baser.

I moderna MRSL:er används både individuella typer av radar och deras kombination, de kan också använda olika metoder för att bestämma platsen för mål i rymden. Dessa egenskaper leder till större brusimmunitet för systemet som helhet. När radarn är åtskild i rymden, kan varje position rymma den mottagande utrustningen (passiv MPRS), den mottagande och sändande utrustningen (passiv-aktiv MPRS) eller utrustningen för OPRS (aktiv MPRS).

I den generaliserade strukturen för MRSL (fig. 1.6) kan huvudkomponenterna i systemet särskiljas: utrustningen för de åtskilda positionerna (P), informationsöverföringskanaler (1), synkroniseringskanaler (2) och informationen bearbetningspunkt för POI, där signaler och information som kommer från de åtskilda positionerna kombineras och bearbetas gemensamt, vilket gör det möjligt att realisera ett antal fördelar med MPRS jämfört med en enpositionsradar.

De viktigaste av dessa fördelar är:

1. Möjlighet att bilda komplexa rumsliga visningsområden;

2. Bättre mprls användning av energi i systemet;

3. Större noggrannhet vid mätning av platsen för mål i rymden;

4. Förmåga att mäta hela vektorn av målhastigheten;

5. Ökning av brusimmunitet i förhållande till aktiv och passiv störning, samt en ökning av tillförlitligheten av den taktiska uppgiften.

Typer av radar med flera positioner. Beroende på användningen av fasinformation som finns i signalerna som reflekteras från målet, vid åtskilda positioner i rymden, särskiljs MRS:er spatiellt koherenta, med kortsiktig rumslig koherens och spatiellt inkoherent.

Rumslig koherens förstås som förmågan att upprätthålla en tät koppling av faserna för högfrekventa signaler vid åtskilda positioner. Graden av rumslig koherens beror på längden

signalvågor, storleken på baserna för MRS och målets dimensioner, såväl som från inhomogeniteterna hos parametrarna för utbredningsvägarna för radiovågor.

Om målet kan betraktas som punkt, så har vågens fasfront formen av en sfär, och signalerna som tas emot vid de separerade positionerna är stelt faskopplade och koherenta. För utsträckta mål bildas fasfronten i processen för interferens av elektromagnetiska vågor från lokala reflektionscentra ("blanka" punkter) av målet. Stora mållängder resulterar i fasfrontfluktuationer som kan störa den rumsliga koherensen (korrelationen) för signaler som tas emot på åtskilda platser.

Med ett homogent fortplantningsmedium och en liten baslinje (S> 0) är signalerna vid ingången till de mottagande enheterna identiska och koherenta. När basen ökar börjar signalerna att skilja sig huvudsakligen på grund av flerlobskaraktären hos målets backscatter-mönster (DOR). Vid en viss storlek på basen B / = /? X / - // c, där R är avståndet till målet; /c - den största målstorleken, mottagningspositionerna tar emot signaler som reflekteras från målet längs olika DOR-lober. Dessa signaler är oberoende och okorrelerade.

Rumsligt koherenta radar extraherar all information som finns i radiovågsfältets rumsliga struktur, ner till fasförhållanden. I dessa radarer är fasingreppen i kanalerna för att ta emot och bearbeta signaler från olika rumsliga positioner desamma i tidsintervall som är mycket längre än signalens varaktighet (verkligen koherenta system). Därför är positionsutrustningen synkroniserad i tid, såväl som i frekvensen och fasen för högfrekventa svängningar. De åtskilda positionerna bildar en specifikt positionerad fasad array (PAA).

System med kortvarig rumslig koherens har konstanta fasförhållanden i positionsutrustningens vägar inom varaktigheten av den använda signalen (pseudokoherenta system). I detta fall är det möjligt att extrahera information om Doppler-frekvenserna från fasändringen inom signalvaraktigheten, men det är omöjligt att utföra fasriktningssökning, eftersom de signaler som tas emot vid positionerna är inkoherenta samtidigt. Positionshårdvaran är synkroniserad i tid och frekvens, men inte i fas.

Typer av informationsintegration i MPRLS. Vid informationsbehandlingspunkten är det möjligt att kombinera koherenta signaler (koherent kombinering), videosignaler, detekterade märken och enstaka mätningar (resultat av en enda mätning av signalparametrar eller W-element), såväl som att kombinera banor.

Koherent association är den högsta nivån av informationsintegration. Radiofrekvenssignaler från positionerna för MRS skickas till det centrala informationsbehandlingscentret, där alla operationer för detektering, identifiering och bestämning av parametrarna för målets rörelse och dess placering utförs. Systemet i vilket den koherenta kombinationen av signaler utförs har de största kapaciteterna, eftersom det kan använda den rumsliga koherensen av signaler, i vilka det inte finns några slumpmässiga förändringar i fasskillnaden för de signaler som tas emot vid positionerna för MPRS. Ett sådant system kännetecknas av den största enkelheten i utrustningen för mottagningspositionerna, men PIP blir mer komplicerat och bredbandssignalöverföringslinjer med hög bandbredd krävs.

Slutsats

Inom området radarsystem (radar), som inom alla andra teknikområden, pågår en kontinuerlig uppdateringsprocess, som ersätter föråldrade medel med nya modifieringar. Uppgifterna de löser expanderar och blir mer komplicerade, deras effektivitets- och kvalitetsindikatorer växer, de gamla förbättras och nya konstruktioner skapas, RES:s kopplingar till andra system utökas.

I utvecklingen av elektroniska system kan vissa stadier eller generationer indikeras. Till exempel, i historien om utvecklingen av radioelektroniksystem, upptogs en betydande period av scenen för att designa radioelektroniksystem med hjälp av elektroniska rör. Det ersattes av ett steg i utvecklingen av radioelektroniksystem som använder halvledarelement, följt av ett nytt steg i konstruktionen av radioelektroniksystem baserade på integrerade kretsar (integrerade mikrokretsar och mikroprocessorer).

Utvecklingen av mikroelektronik och datorteknik har gett stora möjligheter för användning av digitala metoder för att bearbeta och omvandla information i radioelektronik. Tillämpningen av idéer och metoder för digital signalbehandling öppnar för fundamentalt nya möjligheter inom olika områden av radioelektronik, och framför allt inom såsom radiokommunikation, radar, radiostyrning.

Prestationerna av sådana grenar av fysiken som fasta tillståndets fysik och optik används särskilt ofta inom radioelektronik. Framsteg inom koherent optik, holografi och andra fysikområden har bidragit till skapandet och utvecklingen av optiska metoder för bearbetning och omvandling av information. De har hittat sin tillämpning, till exempel inom radar (RLA), mikrovågsteknik och andra områden.

I detta arbete utfördes beräkningen av radarns huvudparametrar, nödvändiga för detektering av ett mål med givna egenskaper. Frågan om de två motstridiga parterna, deras sätt att fastna och skydd mot störningar övervägdes. De utförda beräkningarna visar att i närvaro av tillräckligt fullständig information om medlen på den motsatta sidan är både effektiv användning av störningar och deras effektiva undertryckande möjlig.

Bibliografi

1. Loginov M.A., Rogovoy I.I., Chechelnitsky M.I. Fundamentals of Pulse Radio Engineering and Radar / Ed. I.G. Horbenko. - M .: VIMO USSR, 1968.552 sid.

2. Bakulev P.A. Radarsystem. Lärobok för universitet. - M .: Radiotekhnika, 2004.320 sid.

3. Radio-elektronisk utrustning / Ed. Sidorina V.M. - Moskva: VI, 1990.288 s.