О выборе типа и конструкции пассивного радиоотражателя комплекса пассивной радиолокации, реализующего угломерно-разностно-дальномерный метод

В настоящее время в системе ПВО основным средством воздушной разведки выступают активные радиолокационные средства. Это предъявляет высокие требования к ним и вызывает дополнительные затраты ресурсов на совершенствование их систем борьбы с активными помехами, что не всегда оправданно при низкой живучести и высокой стоимости данных РЛС. Несмотря на принимаемые меры по обеспечению в активных РЛС большой дальности обнаружения и определения координат средств воздушного нападения (СВН), в силу объективных законов физики, всегда энергетически и экономически эффективнее ставить помехи, чем создавать системы защиты от них.

Высокий уровень развития теории пассивной локации позволяет осуществлять обнаружение воздушных объектов по их собственному излучению на дальностях, при которых мощность принятого сигнала может явно не выделяться над уровнем внутренних шумов приемного тракта [1].

При этом реализация методов обнаружения воздушных объектов в комплексах пассивной локации (КПЛ) дает возможность обеспечить высокую скрытность и живучесть радиотехнических систем. Однако отсутствие в таких комплексах возможности обнаруживать цели, осуществляющие полет в режиме радиомолчания, не позволяет в полной мере полагаться на их информацию при организации системы ПВО. Для устранения основного недостатка КПЛ, ограничивающего их широкое применение, в работе [2, 3] проводится исследование возможности использования сигналов от постановщиков активных помех

РЛС (ЦФАР)

Рис. 1. Геометрия определения координат ПАП угломерно-разностно-дальномерным методом с одной базой

Fig. 1. Geometry determine the coordinates PAP goniometric-differential-distance measuring method with a single base

(ПАП) и других источников излучения с помощью угломерно-разностно-дальномерного метода.

Это связано с тем, что данный метод энергетически наиболее выгоден среди всех существующих методов пассивной локации за счет использования высоконаправленной антенны с большим коэффициентом усиления и при использовании электромагнитной энергии одного ПАП позволяет однозначно оценить координаты любого количества объектов, так как система уравнений имеет единственное решение.

Реализация данного метода предполагает использование цифровой фазированной антенной решетки (ЦФАР), расположенной в основном пункте приема. ЦФАР формирует две ДНА: первая образует целевой канал (ЦК) в направлении на воздушный объект (ВО) или контрольный местный предмет (КМП), вторая – опорный канал (ОК) в направлении на ПАП. При этом под КМП понимается возвышенность искусственного или естественного происхождения, находящаяся в зоне прямой видимости РЛС и имеющая точно известные координаты, при этом положение энергетических центров «блестящих точек» позволяет однозначно оценить координаты этого КМП. В соответствии с положениями угломерно-разностно-дальномерного метода пассивной локации на рис. 1 поясняется геометрия определения координат ПАП с одной базой.

На рис. 1 показана РЛС, которая формирует две достаточно узкие ДНА – на ПАП и КМП. На ПАП сформирован ОК для приема эталонного сигнала для корреляционного обнаружителя. На КМП формируется ЦК для приема отраженного сигнала. По сигналу, принятому непосредственно от ПАП, и сигналу, отраженному от КМП, с помощью корреляционного обнаружителя определяется разность расстояний, пройденных сигналами, принятыми напрямую от ПАП и переотраженного от КМП.

В соответствии с расположением объектов ПАП, КМП и РЛС разность расстояний, пройденных сигналами, определяется как

А r = ( R pk + R кп ) - R р _П,                                                (1)

где R_КП – расстояние, пройденное сигналом от ПАП до КМП; R_РП – расстояние, пройденное сигналом от ПАП до РЛС.

Таким образом, местоположение ВО в пространстве соответствует точке пересечения двух плоскостей и поверхности гиперболоида.

R =        Rpк -Ar2

РП   2 • (RРК • cos (е) • cos (в) —Ar)

где углы β и ε характеризуют азимут и угол места ПАП относительно линии базы; R РК – база системы ( Б ), расстояние от точки стояния РЛС до КМП; Δ r – разность расстояний, пройденных сигналами от ПАП до РЛС и переотраженного сигнала от КМП до РЛС, которая определяется согласно выражению (1).

Таким образом, по переотраженной электромагнитной энергии ПАП от КМП определяется местоположение самого ПАП, которое оценивается по угловому положению ДНА (β и ε) целевого канала (ЦК) и наклонной дальности до ПАП R_Pn (3).

Важной и актуальной задачей при реализации данного метода определения местоположения ПАП является выбор типа, конструкции и места установки КМП (пассивного отражателя). Методика решения подобной аналогичной задачи была предложена и исследована в работе [4].

В частности, в качестве пассивного радиоотражателя как энергетически, так и экономически целесообразно использовать уголковый радиоотражатель (УРО), дающий хорошее отражение в широком диапазоне углов падения приходящего радиосигнала. ЭПР треугольного УРО зависит от длины его ребра и длины волны и рассчитывается по формуле

4 п а ⁴

УО    3-X2 ’ где а – длина ребра; λ – длина волны.

Для увеличения ЭПР несколько УРО объединяют в один конструктивный модуль. Варианты компоновки модуля УРО для КМП будут рассмотрены ниже. Чтобы произвести размеры УРО и его конфигурацию, необходимо произвести расчет радиолинии ПАП-КПМ-РЛС, для чего воспользуемся методикой, изложенной в работе [4]. Задавши в качестве первого приближения вероятность правильного обнаружения, равную 0,9, и вероятность ложной тревоги 10-6 при отношении сигнал/шум, равную 10, можно установить максимальную дальность определения местоположения ПАП в соответствии с уравнением радиосвязи для разнесенных приемных и передающих пунктов как

^R РПтах

I ^Р ПАП ' ^G ПАП ' ^СТ КМП ' ^АЭФ ( 4 -П ) ² - Р цт_т - R Рк

где Р_ПАП – спектральная плотность мощности АП; G_ПАП – коэффициент усиления антенны ПАП; σ КМП – эффективная площадь рассеивания (ЭПР) КМП; А ЭФ – эффективная площадь приемной антенны РЛС; Р _{ц min} – минимальная мощность сигнала, достаточная для обнаружения ПАП; R РК – база системы ( Б ), расстояние от точки стояния РЛС до КМП.

Согласно расчетам, приведенным в [2, 3] для максимальной дальности определения местоположения ПАП при длине волны λ = 0,23 м , величина ЭПР КМП должна быть в пределах 50 - 100 м². При этом КМП должен располагаться на удалении 10 - 30 км от РЛС в зоне прямой видимости.

Выбор облика модуля уголкового радиоотражателя

Модуль УРО должен обеспечивать отражение сигнала в углах от 0 до 180° (верхняя полусфера). Компоновка из четырех УРО (рис. 2) позволит отражать сигналы ПАП при всевозможных положениях модуля относительно постановщика помех. Недостатком такой компоновки является провал ЭПР при нахождении ПАП в зените над модулем УРО.

На рис. 3 представлен вариант компоновки модуля УРО из четырех треугольных УРО и одной двухгранной пластины посередине. Такая конструкция модуля УРО позволит избежать отмеченного выше недостатка.

Таким образом, описанная выше методика позволяет решить задачу выбора типа, конструкции и места установки КМП (пассивного радиоотражателя) для комплекса пассивной локации, реализующего угломерно-разностно-дальномерный метод. Для подтверждения положительных выводов предложенной методики необходимо проведение экспериментальных измерений ЭПР составных модулей УРО.

Рис. 2. Трехмерная модель модуля из четырех УРО

Fig. 2. A three-dimensional model of a module of four URO

Рис. 3. Трехмерная модель модуля из четырех УРО и одной двухгранной пластины

Fig. 3. Three-dimensional model of the module of four URO and one two-sided plate