Технические разделы

Разработка формирователя помеховых сигналов широкого применения

Задачей дипломного проекта является разработка формирователя помеховых сигналов широкого применения, обладающего свойствами, которые улучшают общие характеристики самолетной станции активных помех по сравнению с аналогами. В качестве одного из составляющих объекта разработки является устройство преобразования частоты СВЧ сигналов, входящее в состав блока формирователя помеховых сигналов широкого применения самолетной станции активных помех (САП). Важно понимать, что, как и любое другое устройство, преобразователь частоты нельзя рассматривать отдельно от взаимосвязанной структуры станции, в состав которой он входит. Поэтому чтобы выяснить роль разрабатываемого в дипломном проекте устройства, предварительно опишем назначение и основные принципы работы всей САП. В то же время отметим также и основные преимущества, которыми будет обладать станция при использовании разрабатываемого устройства.

В воздушном бою очень важно не дать себя обнаружить средствам поражения противника, а при обнаружении сбить с толку, заставить предпринимать неправильные действия в обстановке, где секунды могут решить исход боя. Работу многофункциональных радиолокационных комплексов управления оружием (РЛК УО) подразделяют на пять этапов:

· обнаружение;

· измерение;

· захват на сопровождение;

· сопровождение объекта в режиме непрерывной пеленгации (РНП), сопровождение на проходе (СНП);

· наведение на сопровождаемый объект ракеты;

На всех этапах работы РЛК УО, РЛС или ГСН можно рассматривать как устройства, извлекающие из отраженного сигнала информацию об объекте. Отличаются этапы областями априорной неопределенности, характеристиками законов распределения и набором измеряемых параметров отраженного сигнала. Различие характеристик вызвано существенным различием в задачах, решаемых РЛК УО на каждом этапе. Поэтому смена этапов обычно сопровождается изменением периода и длительности облучения объекта, параметров и вида зондирующего сигнала. Определяя по этим изменениям этап работы РЛК УО, выбирают и оптимальный вид помехи - маскирующая (шумовая) или имитирующая. Например, на этапе сопровождения целесообразно применять многократную уводящую сопряженную по дальности и скорости помеху. Отличие этой помехи от обычной уводящей состоит в том, что ее параметры (количество и первоначальная расстановка ложных отметок дальности и скорости, направление и скорость их перемещения) выбираются случайным образом из диапазона возможных параметров движения реальных целей. В результате воздействия такой помехи на измерители РЛК УО, вероятность увода стробов дальности и скорости от отраженного сигнала увеличивается. Адаптация к моменту начала увода, его скорости и направлению затруднена, распознавание отраженного сигнала по информационным параметрам на фоне ложных отметок невозможно.

Следовательно, использование алгоритмов выбора помех с учетом типа зондирующего сигнала и этапа работы РЛК УО существенно повышает эффективность подавления современных и перспективных РЛК УО, в том числе, оснащенных средствами помехозащиты (ПЗ).

Маскирующие помехи вызывают значительное уменьшение отношения сигнал/шум в приемном устройстве РЛС противника, что создаёт фон, на котором затрудняется или полностью исключается обнаружение полезных сигналов (отметок целей и измерение их параметров). С увеличением мощности помех их маскирующее действие возрастает. Качество маскирующих помех радиолокационным станциям, работающим в режиме обзора, удобно оценивать с помощью энтропии помехового сигнала. Целесообразность такого критерия качества данного вида помехового сигнала может быть показана следующим образом. Маскирующие помеховые сигналы должны исключать возможность обнаружения полезного сигнала с вероятностью, превышающей заданное значение, при некоторых ограниченных условиях. Непременным условием правильного функционирования известных к настоящему времени систем информационного обеспечения является априорное знание полезного сигнала. Степень этого значения может быть различной, но, тем не менее, некоторые сведения о полезных сигналах, о законах распределения частотных видов сигналов, принадлежащих к данному классу, должны быть известны всегда. В противном случае не представляется возможным обеспечить работоспособность информационной системы. Идеальные маскирующие помеховые сигналы должны создавать такие условия, при которых после приема полезного сигнала, априорная неопределенность в системе информационного обеспечения сохранялась. Указанное свойство маскирующих помех должно иметь место в течение длительного времени для различных радиоэлектронных средств данного класса. Приведенные обстоятельства исключают возможность применения для этих целей детерминированных сигналов, поскольку они легко распознаются противником, а поэтому не могут увеличить неопределенности в системе.

Более того, сравнительно простыми техническими приемами детерминированные помеховые сигналы могут быть устранены, т. е. они обладают низкими потенциальными возможностями маскировки (за исключением, быть может, таких случаев, когда их мощность чрезвычайна велика). Иными словами, маскирующие помеховые сигналы должны содержать элемент неопределенности. Чем больше неопределенность помехового сигнала при заданных ограничениях, тем меньше потенциальных возможностей у противника для его устранения и тем при большей неопределенности приходится принимать решение противнику.

Также эффективность систем радиоэлектронного противодействия зависит от качества активных имитирующих помех. Имитирующие помехи - это сигналы, излучаемые САП для внесения ложной информации в подавляемые средства. По структуре они близки к полезным сигналам и поэтому создают в оконечном устройстве РЛС сигналы или отметки ложных целей, подобные реальным. Эти помехи снижают пропускную способность системы, вводят в заблуждение операторов, приводят к потере части полезной информации, увеличивают вероятность ложной тревоги. Воздействуя на РЛС УО, они срывают автоматическое сопровождение целей по направлению, дальности, скорости и перенацеливают РЛС на ложные цели, имитируемые помехой, а также вызывают ошибки сопровождения целей. Одной из разновидностей имитирующих помех, используемых для подавления РЛС УО, являются уводящие помехи. Они вносят в подавляемые РЛС ложную информацию и нарушают работу систем автоматического сопровождения целей по дальности, скорости и направлению. Например помехи, уводящие по дальности, вызывают срыв слежения за целью в импульсных РЛС УО, которые имеют режим автоматического сопровождения цели по дальности (АСД). Дальность до цели определяется автодальномером путем измерения отрезка времени t, за которое излученный РЛС сигнал проходит расстояние до цели и обратно (D = ct/2). Поскольку расстояние до цели обычно не остается постоянным, время прихода отраженного сигнала также изменяется. Для того чтобы исключить прием мешающих сигналов и помех, приемник РЛС в режиме сопровождения цели отпирается селектирующим импульсом (стробом дальности) только на ожидаемое время прихода полезного сигнала τц, отраженного целью. В результате воздействия на вход временнóго дискриминатора строба дальности Uc и τц на его выходе образуется напряжение, пропорциональное времени прихода отраженного целью сигнала. Так происходит автоматическое изменение временного положения строба Uc при изменении положения входного сигнала τц и, следовательно, автоматическое сопровождение цели по дальности. При создании уводящих по дальности помех передатчиком, установленным на защищаемом объекте, в ответ на каждый сигнал РЛС будет излучаться серия ответных импульсов помех с изменяющейся задержкой во времени по отношению к принятому сигналу.

Этим можно увести строб дальности с отметки цели (отраженного сигнала) в том же направлении, в котором движется строб. При достаточно большой мощности помех строб дальности за счет инерции пройдет мимо сигнала цели без захвата его на сопровождение, система АСД потеряет цель и начнет слежение за помехой. Но, несмотря на потерю цели по дальности, РЛС будет измерять угловое положение цели, на которой установлена САП. Поэтому для срыва работы системы автоматического сопровождения по направлению (АСН) передатчик помех (после излучения серии импульсов, уводящих строб дальности от полезного сигнала) выключается. Система перейдет в режим поиска и начнет повторный цикл определения дальности, что также приведёт к потере информации об угловом положении цели. После повторного захвата цели системой АСН передатчик помех вновь начнет излучать помехи, уводящие по дальности, вызывая ошибки или перерывы в измерении РЛС дальности до цели.

Поскольку такие помехи создаются преимущественно тогда, когда информация о параметрах сигнала средств противника отсутствует на входе системы противодействия, выполнить эту задачу помогают устройства, запоминающие ВЧ - сигналы средств противника.

Современные системы радиоэлектронного противодействия (РЭП) используют несколько типов запоминающих частоту устройств [16]. Это - рециркуляторы радиоимпульсов, обеспечивающие запоминание непосредственно по ВЧ; потенциалоскопы, работающие, как правило, на промежуточной частоте; устройства на основе приборов с зарядовой связью; генераторы гармонических или шумовых колебаний, настраиваемые по частоте принятого радиолокационного сигнала; линии задержки, взаимодействующие между собой; пространственно разнесенные ретрансляторы, обеспечивающие запоминание частоты благодаря задержке сигналов в пространстве; цифровые устройства такие как устройства цифрового запоминания частоты (Digital Radio Frequency Memory - DRFM).

В состав системы DRFM входят аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, управляющие процессоры, память, библиотеки сигналов, имитаторы сигналов, и т.д.

Для любого типа запоминающего устройства наиболее важными характеристиками являются: частотный и динамический диапазоны; чувствительность; длительность запоминания частоты; когерентность и спектральная характеристика запомненного сигнала; быстродействие; способность одновременного запоминания нескольких сигналов; информационный доступ к запомненному сигналу и возможность его считывания без разрушения информации; совместимость с другими устройствами системы РЭП и, наконец, стоимость, габариты, масса и энергетические параметры.

Поскольку эффективность имитирующих и маскирующих помех импульсным РЛС во многом зависит от точности воспроизведения фазовых, частотных и временных характеристик радиолокационных сигналов, поэтому методы цифрового запоминания сигналов (ЦЗС) приобрели большое значение, обеспечивая высокоточное воспроизведение структуры радиолокационного сигнала.

В настоящее время для защиты летательных аппаратов от поражения бортовыми и наземными ракетными комплексами используется бортовая аппаратура разных типов. Отметим, что эта аппаратура используется как для индивидуальной, так и для групповой защиты.

Основными требованиями к современным станциям активных помех являются следующие:

· увеличение мощности излучаемых помех;

· определение и запоминание входного сигнала;

· цифровой анализ входного сигнала и цифровое формирование помех;

· расширение рабочего диапазона частот;

· возможность работы по нескольким целям одновременно;

· формирование помеховых сигналов различного вида;

· выбор наиболее эффективных в данный момент помех;

· оптимизация измерения (по направлению, частоте и др.);

· увеличение защищённости от помеховых сигналов;

· совершенствование конструкции аппаратуры с целью снижения веса и габаритов.

Все вышеперечисленные требования ведут к созданию принципиально новых типов станций формирования активных помех, которые обладают значительным энергопотенциалом при сравнительно небольших габаритах.

Успешное функционирование подобных станций возможно лишь при условии высокой производительности и надежности, так как иначе возможны существенные материальные и экономические потери, связанные с утратой готовности станции выполнить поставленные перед ней задачи.

Формирователь помех отвечает большинству основных требований предъявляемых к современным аналогичным устройствам, а по некоторым даже превосходит существующие аналоги.

К основным преимуществам формирователя помех относятся:

· увеличение быстродействия обработки информации;

· снижение габаритов и веса устройства.

· увеличение чувствительности приемного тракта

Рассчитаем минимальную дальность подавления для САП.

Зададимся составляющими энергетического потенциалом станции САП:

- мощность передатчика

- коэф. усиления антенны САП.

Длина электромагнитной волны:

Коэффициент усиления принимающей антенны РЛС:

Мощность передатчика РЛС:

Коэффициент, учитывающий потери из-за рассогласования по поляризации:

γ=0.5

Эффективная поверхность рассеяния ЛА, т.к. станция предназначена для самолётов МИГ-29, то возьмем среднее значение (ЭПР очень сильно зависит от ракурса, и оснащения самолёта):

Вначале рассчитать плотность потока мощности помехи на входе приемника РЛС от САП ЛА на дальности R:

(1.1)

Эффективная площадь антенны РЛС связана с коэффициентом усиления и длиной волны следующим соотношением:

(1.2)

Мощность помехи, принимаемая антенной наземной станции:

(1.3)

Далее рассчитаем мощность отраженного от ЛА сигнала на входе РЛС.

Плотность потока мощности сигнала у ЛА на расстоянии R:

(1.4)

Мощность отраженного сигнала от ЛА:

(1.5)

Мощность отраженного сигнала на входе РЛС

(1.6)

Для того, САП подавило РЛС необходимо чтобы отношение мощность помехового сигнала к мощности полезного сигнала была не менее раз, т.е.:

(1.7)

Подставив формулы (3.6) и (3.3) в (3.7) получаем:

(1.8)

В результате была рассчитана минимальная дальность подавления станцией активных помех РЛС.

Еще статьи по технике и технологиям

Статический анализ оптимального алгоритма обнаружения
цифровой система радиолокационный квантование В настоящее время значительного распространения приобрело широкое использование цифровых методов обработки и передачи информации. Перспективы развития цифровой техники связаны с широким внедр ...

Управление автоматической линией из неагрегатных станков
В современном машиностроении особое место принадлежит средствам электрической автоматизации и электрическому приводу. Электрическим приводом называют устройство, состоящее из электродвигателя, аппаратуры управления им и механических п ...

© 2018 | www.techexpose.ru