Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ И ВЫБОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОЗАМЕТНЫХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 9
1.1. Основные причины уменьшения радиолокационной
заметности летательных аппаратов 9
Использование способов уменьшения эффективной площади рассеяния 9
Совместное действие снижения эффективной площади рассеяния и воздействующих помех 11
1.2. Пути повышения эффективности обнаружения малозаметных
летательных аппаратов 12
Повышение энергетического потенциала РЛС 13
Выбор диапазона рабочих частот 14
Использование эффекта "нелинейной радиолокации" 17
Повышение качества обработки радиолокационных сигналов 18
Применение многопозиционных РЛС (МПРЛС) 19
Использование несинусоидальных сигналов 21
Использование зондирующих сигналов согласованных с формой целей 23
Применение РЛС космического базирования и бортовой РЛС 23
Применение РЛС с многочастотными сигналами 25
Использование метода инверсной синтезированной апертуры (ИСА) 26
Выбор методов обнаружения малозаметных летательных аппаратов 28
Выводы к главе 1 32
Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
ДМЧС И СДМЧС С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ 34
Синтез ДМЧС с почти идеальной функцией неопределенности.. 34
Формирование ФН ДМЧС с заданными свойствами 42
Формирование ФН с использованием СДМЧС 53
Выводы к главе 2 63
Глава 3. ОБНАРУЖЕНИЕ МАЛОЗАМЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ ПРИ НАЛИЧИИ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ
И ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ПОМЕХ 66
Синтез и анализ алгоритмов и устройств обнаружения МЛА при наличии собственных шумов и воздействующих помех 66
Моделирование устройства обработки ДМЧС на ЭВМ 72
Анализ эффективности обнаружения МЛА при наличии собственных шумов и воздействующих помех 75
Анализ помехоустойчивости устройства обработки ДМЧС (СДМЧС) при наличии собственных шумов и воздействующих помех 75
Оценка эффективности обнаружения МЛА при наличии собственных шумов и воздействующих помех 82
Оценка возможности обнаружения МЛА с использованием многопозиционных РЛС 92
Выводы к главе 3 96
Глава 4. ОБНАРУЖЕНИЕ МАЛОЗАМЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ ПРИ НАЛИЧИИ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ 98
Синтез устройств обнаружения МЛА при наличии пассивных помех 98
Оценка эффективности устройства обнаружения МЛА при наличии пассивных помех 99
Расчет энергетических характеристик устройства обнаружения МЛА 99
Оценка эффективности устройства подавления пассивных помех 102
Анализ эффективности обнаружения при наличии пассивных помех 111
Выводы к главе 4 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ 121
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 122
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 124
Введение к работе
С развитием транспортной и технической авиации значительно возрастает число летательных аппаратов (ЛА). В том числе имеется несколько видов малозаметных ЛА (МЛА): спортивные и малоразмерные самолёты, планёры и т. д. Кроме того, анализ зарубежной научно-технической и патентной литературы, рекламных сообщений, а также работ, отражающих опыт разработки и создания новой авиационной техники, показывает, что в настоящее время одной из отраслей современной авиационной промышленности является создание МЛА. Снижение заметности в радио-, оптическом и акустическом диапазонах будет уменьшать вероятность обнаружения ЛА средствами контроля воздушного движения и, следовательно, уменьшается способность предупреждения столкновений и обеспечение авиационной безопасности. В существующих системах предупреждения столкновений и контроля воздушного движения основным средством обнаружения ЛА на больших дальностях является радиолокационная станция (РЛС). Поэтому для МЛА первостепенное внимание уделяется снижению радиолокационной заметности (РЛЗ), предопределяющее существенное уменьшение эффективной площади рассеяния (ЭПР) ЛА в направлении облучения, т. е. снижение энергии, переизлучаемой в направлении прихода облучающего сигнала. Это уменьшение может быть основано на устранении явлений уголковых отражений и увеличении энергии, переизлучаемой в других направлениях за счет формы аэродинамики, уменьшении размера и совершенствования конструкции, материалов изготовления МЛА. Таким образом, указанные причины приводят к уменьшению дальности и надежности обнаружения МЛА, а при наличии шумов и интенсивных помех практически к невозможности их обнаружения.
Все это обусловило широкий фронт исследований как в России, так за рубежом, направленных на поиск способов и возможных путей повышения надежности обнаружения МЛА. Приведенный перечень задач на сегодня в
значительной мере определяет перспективные направления развития радиолокации МЛА. Особенно следует отметить, что большое влияние на развитие радиолокационных средств и авиационной техники для обнаружения МЛА оказало создание технологии снижения РЛЗ ЛА [1— 6, 55, 56]. Это приводит к существенному уменьшению дальности действия существующих средств обнаружения, слежения и классификации ЛА систем предупреждения столкновений и контроля воздушного движения, что, в свою очередь, влечет за собой необходимость создания нового поколения РЛС, имеющих характеристики, позволяющие надежно обнаруживать МЛА в условиях наличия шумов и воздействующих помех [3].
Более эффективны приёмы борьбы со снижением РЛЗ, основанные на использовании его основных недостатков: зависимости ЭПР от положения МЛА и рабочей частоты РЛС, частотной узкополосности и незначительности секторов, в пределах которых обшивка ЛА устраняет эффект уголкового отражения.
Совершенствование технологий создания новой элементной базы, вычислительных средств, способов обработки сложных сигналов, достижения и успехи в области моделирования электродинамических и электрических процессов, использование широкополосных и сверхширокополосных сигналов, принципов прямого и обратного синтезирования апертуры, мультистатиче-ских принципов наблюдения позволили вплотную приблизиться к решению такой проблемы, как обнаружение — распознавание малозаметных, слабоконтрастных объектов при их наблюдении в сложных (природных и техногенных) условиях.
С учетом выше изложенного можно сформулировать основные цели и задачи диссертационной работы.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является исследование методов обна-
ружения МЛА при наличии шумов и помех. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе рассмотрены и решены следующие задачи:
анализ причин снижения РЛЗ МЛА и путей повышения эффективности обнаружения МЛА, определение их достоинств и недостатков;
выбор перспективных методов обнаружения МЛА при наличии шумов и помех;
на основе анализа возможностей применения различных широкополосных зондирующих сигналов предложено использовать дискретно-модулированные по частоте сигналы (ДМЧС) и системы ДМЧС (СДМЧС), позволяющие повысить энергетические характеристики РЛС и обеспечить высокую разрешающую способность по задержке и частоте;
синтез алгоритма формирования функции неопределенности (ФН) ДМЧС и СДМЧС с заданными свойствами;
анализ алгоритма формирования ФН;
разработка и моделирование алгоритмов и устройств обнаружения МЛА при наличии шумов и помех;
расчет характеристик обнаружения и дальности обнаружения МЛА при наличии шумов и помех;
Методы исследования
Методы математического синтеза и анализа и методы статистического расчета и моделирования на ЭВМ.
Цифровые методы обработки сигналов и методы цифрового моделирования случайных процессов.
Научная новизна работы
Для повышения энергетических возможностей РЛС и надежности обна
ружения МЛА предложено использовать в качестве зондирующих
сигналов широкополосные ДМЧС и системы ДМЧС.
Получены алгоритмы синтеза ДМЧС и СДМЧС и проведен расчет и анализ алгоритмов формирования ФН ДМЧС и СДМЧС.
Предложен комплексный критерий оптимизации параметров ДМЧС и СДМЧС для формирования ФН с заданными свойствами, обеспечивающими низкий УБЛ и высокую разрешающую способность по задержке и частоте.
Предложены алгоритм и устройство обнаружения МЛА при наличии шумов и помех.
Получены результаты анализа надежности обнаружения МЛА при наличии шумов и помех на основе расчета характеристик обнаружения и дальности обнаружения МЛА.
Практическая значимость результатов работы
Разработана математическая модель и методика оптимизации параметров и формирования ФН ДМЧС и СДМЧС с заданными свойствами.
Предложена схема устройства оптимального обнаружения МЛА при наличии шумов и помех.
Разработаны алгоритм, программа моделирования и расчета ФН ДМЧС и СДМЧС, критерии качества устройства оптимального обнаружения, рассчитаны характеристики обнаружения и дальность обнаружения МЛА при наличии шумов и помех.
Даны рекомендации по комплексированию различных обнаружителей для повышения надежности обнаружения МЛА.
Основные положения, выносимые на защиту
Использование широкополосных ДМЧС и СДМЧС позволяет повысить
энергетические возможности РЛС, надежность и дальность обнаружения
МЛА и обеспечить высокую разрешающую способность по задержке и частоте.
Предложенный алгоритм формирования ДМЧС и СДМЧС с использованием весовой обработки парциальных импульсов позволяет оптимизировать параметры ФН и обеспечить заданные свойства ФН при обнаружении МЛА.
Предложен алгоритм и устройство обнаружения МЛА, позволяющий повысить дальность и надежность обнаружения МЛА при наличии шумов и помех.
Проведенный анализ и расчет характеристик обнаружения и дальности обнаружения МЛА, показал высокую надежность обнаружения при наличии шумов и помех, за счет использования предложенных широкополосных ДМЧС и СДМЧС, оптимизации несущей частоты зондирующих сигналов и использования возможностей многопозиционной РЛС.
Апробация результатов работы и публикации
Основные положения и результаты работы опубликованы в 5 статьях в журнале " Изв. Вузов. Радиоэлектроника" и Межвузовском сборнике научных трудов "Методы и устройства передачи и обработки информации" (СПб.: "Гидрометеоиздат"), и опубликованном докладе на 5-ой международной конференции «Цифровая обработка сигналов и её применение» (Москва, 2003).
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 130 страниц, 60 рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 82 наименования.
