Подход к разработке методики оценки показателя помехоустойчивости радиолокационной станции при воздействии активных шумовых помех

В настоящее время работа любого радиоэлектронного средства (РЭС), в том числе и радиолокационной станции (РЛС), ведется в сложной радиоэлектронной обстановке – в условиях воздействия естественных и искусственных помех. Помехи могут не только ухудшить рабочие характеристики РЛС, но и полностью нарушить ее работу.

Для однозначного понимания существа излагаемого материала будем пользоваться общепринятой в отечественной технической литературе терминологией и классификацией, в соответствии с которыми помехозащищенность РЛС характеризуется скрытностью и помехоустойчивостью. Под скрытностью понимается способность РЛС противостоять мерам, направленным на обнаружение ее сигнала и определение его параметров. Под по-

80 в ыпуск 1/2020

мехоустойчивостью понимается способность РЛС работать с требуемым качеством при воздействии на нее помех [1; 2].

Учитывая многоплановость и сложность проблемы повышения помехозащищенности РЛС, остановимся лишь на оценке их помехоустойчивости от активных преднамеренных (организованных) помех. Для того чтобы охарактеризовать помехоустойчивость РЛС, используют различные показатели [4; 5]. С целью количественной оценки помехоустойчивости используют основные, обобщенные, а также частные показатели. К основным ПП НП показателям относят вероятности выполнения задач PВЗ и PВЗ соответственно в условиях и при отсутствии преднамеренных помех, зависящие от назначения РЭС. К частным показателям относятся коэффициент подавления помех и величина снижения основных характеристик РЛС [3; 4] вследствие воздействия помех. В качестве обобщенных используются показатели, оцениваемые различного рода математическими выражениями, учитывающими множество технических параметров РЛС [4], а также платежная матрица [5], составленная с использованием методов теории игр.

В качестве одного из частных показателей, характеризующих изменение зоны обзора (ЗО) в помехах, может быть использован коэффициент сжатия ЗО К _сж.

Подход к разработке методики оценки показателя помехоустойчивости РЛС при воздействии активных шумовых помех

Коэффициент сжатия К _сж ЗО РЛС характеризует степень сохранения дальности обнаружения целей в условиях воздействия на РЛС активных шумовых помех (АШП):

К _сж = D_п (ε) / D _o(ε),                               (1)

где D_п (ε) – дальность обнаружения станцией целей в условиях воздействия АШП на фиксированной высоте (ε = const); D _o(ε) – дальность обнаружения станцией воздушных объектов при отсутствии помех.

Дальность обнаружения целей при работе без помех и при фиксированных параметрах передающего и антенно-фидерного устройства РЛС зависит от мощности собственных шумов приемного устройства Р _ш:

= и пер пер пр пр        ц = K 1

\         (4π)3qPш         =K4 Pш где

K = 4

P G F (ε)G F (ε)λ2σ L и пер пер пр пр          ц

(4 π ) ³ q

;

Р _и – импульсная мощность зондирующего сигнала РЛС; G _пер, G _пр – коэффициенты усиления антенны на передачу и прием; F _пер(ε), F _пр(ε) – значения нормированных диаграмм направленности передающей и приемной антенн в направлении на цель (под углом места ε); λ – длина волны; L – коэффициент потерь энергии в передающем и приемном трактах; q – коэффициент различимости, зависящий от вероятностей правильного обнаружения и ложных тревог; Р _ш – мощность собственных шумов приемника, пересчитанная к его входу.

Воздействие внешних активных шумовых помех на дальность обнаружения целей по своему эффекту эквивалентно возрастанию уровня шумов приемника на

Калинин Т.В., Рябчиков С.А., Сибилев Р.В. Подход к разработке методики...    81

выходе устройства защиты от АШП. Это позволяет выразить D_n (ε) из (1) в следующем виде:

D '' = ^K ^7Г' V ^г ш ⁺ ^ п!

где Р _пΣ – мощность помехи на выходе устройства защиты от АШП.

Тогда с учетом (3)–(4) коэффициент сжатия ЗО (1) может быть представлен в следующем виде:

Р

K = 4---ш-- сж РР + Ру ш пΣ

= 4------;—

\ 1+ PJP пΣ

.

ш

Таким образом, из (5) видно, что для расчета К необходимо определить отношение Р _пΣ / Р _ш.                                    (6)

Отношение (6) определяется из уравнения радиолокации и противорадиолокации. Мощность одного постановщика помех определяется из выражения

P=

п

P п G п F п ( ∆β , ∆ε )

∆ f п

4 π R п²

S  ∆f  к к L η , эф np шп нп np N ,

G _пр F _пр( ∆β , ∆ε ) λ ²

где S _эф = ^{р р} π – эффективная площадь антенны РЛС в направлении на постановщика активных помех (ПАП).

Для N ПАП суммарная мощность помехи на выходе устройства защиты РпS определя- ется следующим выражением:

^N 1 PG

PпΣ=∑        2 пi пi Fп(∆βi, ∆εi) Gпp Fпp пΣ    i=1 (4πRпi)2 ∆fпi   п i i пp пp

( ∆β _i , ∆ε _i ) λ ² ∆ f _пp к _шп к _нп L _np η _N , (7)

где N – количество ПАП, воздействующих на РЛС; i – порядковый номер ПАП; R _{п i} – дальность до i -го ПАП; Р _{п i} – мощность помех на выходе i -го передатчика ПАП; G _{п i} – коэффициент усиления передающей антенны i -го ПАП; Δ f _{п i} – ширина спектра i -й помехи; Δβ _i , Δε _i – угол между направлением на цель и направлением на i -й ПАП в азимутальной или угломестной плоскости соответственно; F _п(Δβ _i , Δε _i ) – значение нормированной диаграммы направленности передающей антенны i -го ПАП в направлении РЛС; F _пр(Δβ _i , Δε _i ) – значение нормированной диаграммы направленности (ДН) приемной антенны РЛС в направлении на i -й ПАП; К _шп – коэффициент, учитывающий возможное ухудшение качества помехи за счет использования модуляции шумом (для прямошумовой помехи ( К _шп = 1)); К _нп – коэффициент, учитывающий несовпадение поляризации помехи и поляризации, оптимальной для приемной антенны РЛС (принимает значение от 0 до 1, в расчетах обычно принимают К _нп = 0,5); L _пр – коэффициент потерь в приемном тракте РЛС; η _N – коэффициент подавления помех автокомпенсационной аппаратурой (АКА) РЛС при воздействии АШП.

Для практических расчетов можно принять:

η _N = – К _п дБ, если число ПАП в секторе действия АКА не превышает числа каналов АКП (К_п = 15–25 дБ);

η _N = –2 дБ, если число ПАП в секторе действия АКФ больше числа каналов АКП;

η _N = 0 дБ, если РЛС не имеет АКА.

82 в ыпуск 1/2020

Тогда из (6) с учетом (7)

^Р п Σ ₌ Р ш

^{N 1}

kT 0 N ш ∆ f пр i = 1

P G F ( ∆β , ∆ε ) п i п i п i , i

1 ∆ f п i

(4 π R _{п i} ) ²

G F ( ∆β , ∆ε ) λ ² ∆ f к к L η = пр пр i , i         пр шп нп пр N

G λ ² L np

np

4 π N _ш

N КК ρ

∑ ^{шп нп} ₂ ^{п i} F п ( ∆β i , ∆ε i ) F ( ∆β i , ∆ε i ) η N , i = 1 4 π kT ₀ R _{п i}

шп

РпiGпi где р =------ спектральная плотность потока мощности помех в направлении макси- мумаизлуЧЧения     н

При принятых допущениях К _шп = 1, К _нп = 0,5 выражение под знаком суммы в формуле (8) приобретает вид

K ^т ^ _п( Ав„ Аг , ) F ( Ар„ Аг , ) п n = ^{4 П} к ^Т 0п Ri

= 10 ⁷

^{р п} ' F ( Aft , AE i ) F ( Aft , AE i ) n n .

R п i

Для упрощения можно принять значения нормированной ДН приемной антенны РЛС в вертикальной плоскости и передающей антенны ПАП в горизонтальной и вертикальной плоскостях равными единице, т.е.

F ^M, AeJ = F _np( A£ i ) F ^Aft ) = F _np( Ав , ); F /Aft, Ae , ) = 1; F ^Ae , ) = 1.

С учетом принятых допущений параметры правой части выражения (8) объединим в две группы: в первую (А) отнесем те из них, которые не зависят от условий налета (являются постоянными для конкретного радиолокационного средства), а во вторую ( К _Σ) – те, которые зависят от характеристик передатчика помех, направления на постановщика помех и дальности до него:

^Р п Σ Р ш

G λ ² L ^N

^{G пр L пр}    10 ⁷ ρ ^{п i} F ( ∆β , ∆ε ) η = АК ,

_{4 π N ш} ∑ _{i = 1      R п} 2 _i пр i ^, i N       Σ ^,

G X ² L А _ пр пр

^{4 п} ^ ш ,

К Σ = ∑ 10 ⁷ ρ ^п ₂ ⁱF пр ( ∆β i ) η N .

i = 1       R п i

Тогда выражение для расчета К _сж в общем виде можно записать так:

₄1_. ^1 + АК _z

В соответствии с (12) значение коэффициента К _S определяется суммой

NN

К , = ^ К " = £ дц i K i , i = 1           i = 1

где К " = Ац , К ; Ац , = F ( Ав , ) П n ; К ’ = 10⁷ ^• R п ,

Калинин Т.В., Рябчиков С.А., Сибилев Р.В. Подход к разработке методики...

Для определения величины F _пр(Δβ _i ) предварительно строят аппроксимированную ДН

РЛС на прием. При этом на реальной ДН антенны выделяются три области:

0 – Δβ1 – область главного лепестка ДН;

Δβ1– Δβ2 – область ближних боковых лепестков ДН;

Δβ _i – π – область дальних боковых лепестков (фона).

Область главного лепестка аппроксимируется кривой вида

F ( АР ) = 10lg 5 exp I - 2,78

(АР)2^®2 J

при Δβ ≤ Δβ1,

где Δβ = |β – βп|; β – азимут цели; βп – азимут ПАП; Θβ – ширина главного лепестка ДН антенны в горизонтальной плоскости по уровню половинной мощности.

Область ближних боковых лепестков аппроксимируется квадратичной зависимостью вида

F ( Ap ) = 10lg ^ 0,5 F _16a

f (AP!)!)I (AP)2, )

при Δβ1 < Δβ ≤ Δβ2,

где F _1бл – уровень первого лепестка ДН антенны в горизонтальной плоскости.

Область дальних боковых лепестков представляется прямой, проведенной по уровню фона F _ф:

F(АР) = F при Дв2 < Ав < п.(17)

Значения величин Δb1, Δb2 находятся из формул

∆β1 = Θβ 0,25-0,09F1бл ,(18)

∆β2=∆β1   F1бл .(19)

2 F фона

В результате появляется возможность определения дальности обнаружения целей в условиях воздействия на РЛС АШП.

Заключение

Таким образом, в предложенном подходе количественно изменение ЗО РЛС при воздействии АШП характеризуется коэффициентом сжатия К _сж и шириной сектора эффективного подавления Δ β _эф и позволит оценить помехоустойчивость станции. В графическом виде изменение ЗО РЛС в условиях воздействия АШП на фиксированной высоте D _п(ε), приводящих к ухудшению основных тактических характеристик станции, представлено на рисунке.

а                          б

Изменение ЗО РЛС при воздействии постановщиков активных помех: а – одного; б – двух

84 в ыпуск 1/2020