Введение к работе
етуальиость темы диссертации. В связи с резким повышением требований к 1С в 50-х и бС-х годах в ряде случаев стало невозможным использование сращённой РЛС с расположенными радом приёмником и передатчиком, что при-ло к появлению РЛС с разнесёнными передатчиком, приёмником, передающей приёмной антеннами. У одних РЛС передающая и приёмная позиции распола-ются недалеко друг от друга, у других - на расстояниях в сотни километров. В стоящее время развитие радиолокационной техники (разработка методов фор-грования и обработки сложных сигналов, фазированных антенных решёток, го-графических методов обработки) и повышение требований к РЛС (обеспечение (сокой разрешающей способности и высокой помехоустойчивости в условиях ганизованньгх помех) приводят к тому, что разработчики РЛС всё больше общаются к варианту расположения передающего и приёмного устройств, когда и разнесены на значительное расстояние.
Для наименования радиолокационной станции с разнесёнными в прострая-ве приёмником и передатчиком в современной литературе применяются два рмина: разнесённая радиолокационная станция; двухпозиционный, или биста-ческий радиолокатор. Так как в ряде случаев радиолокационная система имеет ело позиций больше двух, часто применяется термин "многепозиционная" РЛС.
В связи с бурным развитием в настоящее время всевозможных связных, весельных, навигационных и пр. радиотехнических систем, закономерным явля-:я вопрос: возможно ли использование источников уже существующих элек-омагнитных полей в качестве передающих устройств бистатических или много-зиционных РЛС. Несомненным преимуществом таких РЛС является то, что и, используя уже существующее электромагнитное излучение, не вызывают носе экологических проблем, дешевле в производстве и эксплуатации в сравнении юычными радиолокационными системами.
Особенно привлекательным в этой связи является использование олектро-.гнитного поля телевизионных передатчиков. Действительно, телевизионные редатчики имеют сравнительно большие мощности, излучения, работают в дос-гочно освоенном диапазоне длин волн (MB и ДМВ), высоты передающих ан-ан измеряются сотнями метров. Фактически непрерывное телевизионное поле крывает территории всех индустриально развитых стран, в том числе и терри-рию Республики Беларусь, вещание осуществляется круглосуточно (или почти углосуточно). Телевизионный сигнал является достаточно информативным как сочки зрения определения скорости движения источника отраженного сигнала, к и измерения расстояния до него.
В 90-е годы научные коллективы разных стран обращались к идее исполь-зания телевизионного сигнала, как радиолокационного сигнала подсвета. В 96 г. французскими учёными отмечалось, что «большое количество TV-редатчиков позволяет в любом месте обнаруживать самолёты с применением сто пассивных радиолокаторов, которые невозможно обнаружить и уничто-гть. Однако на пути реализации этой идеи имеется проблема, которая заключа-гя в том, что отражённый сигнал мал. по сравнению с поступающим прямым гнал ом от TV-передатчика».
В 1997 году в печати сообщалось об исследованиях в этой области ком нии Thompson. Её разработчики также отмечали выделение отражённых от~ц сигналов на фоке сигналов непосредственного излучения телепередатчиков главную проблему. В настоящее время специалистами Thompson создана экс риментальная приёмная станция в стационарном варианте и проведены, её усп< ные испытания. Данные о точности измерения координат и скоростей движе воздушных целей не стали достоянием гласности, однако, по заявлению руке дителей проекта, они сопоставимы с характеристиками классических РЛС обз воздушного пространства. Несмотря на то, что, по мнению разработчиков, фг цузское военное руководство на текущий момент не проявляет должного внн ния к проекту, будущее его оптимистично. Одним из действенных аргументе пользу этого является невысокая стоимость системы, так как при её созда применяются достаточно разработанные технологии радио и телевидения. В ч; ности, при проведении эксперимента в приемной станции использовались ан' ны стоимостью не более 400 франков. Предполагается, что оперативный me для проведения войсковых испытаний, удовлетворяющий требованиям миние: ства обороны, будет создан уже в 2000 году.
В 1998 году появилось сообщение о том, что американская компания L< heed-Martin разработала пассивный радар, названный «Безмолвный страж» (Si Sentry), который использует для обнаружения целей теле- или радиосигналы. вый радар благодаря модшосга вещательных сигналов в состоянии обнаружш цели в радиусе 220 километров. И это при условии, что сама система состой' четырех совмещенных компьютерных секций, каждая из которых не превып по высоте 50 см, и имеет антенны с размерами 75x20 см. Для создания "Si Sentry" компании Lockheed-Martin потребовалось 10 лет. Эта система стоимос от 3 до 5 миллионов долларов должна была быть готова к производству уже в ябре 1999 года, как сообщал осведомленный в военных вопросах американс еженедельник "Defense News".
В ноябре 1999 года в сети Internet появился ряд сообщений агентства ИТ ТАСС о том, что Китай близок к развёртыванию совершенно новой сисг ПВО, в основе которой лежит технология пассивной радиолокации, когда для слеживания движения воздушных целей используются сигналы коммерческю ле- и радиостанций, а также пассивный радиоприёмник. По словам еженеделі ка "Newsweek", эксперты Пентагона пришли к выводу, что новая система емс легко противостоять нынешней тактике подавления ВВС США противовоз;; ной обороны противника. По сообщению британской газеты "Sunday Times", система способна обнаруживать так называемые самолёты-невидимки, постр ные с использованием технологии «стеле», включая истребит бомбардировщик F-117 и даже разрабатываемый сейчас истребитель будущег 22.
Конечно РЛС, работа которой всецело зависит от гражданских объе; (телевизионных передатчиков), является системой мирного времени. Поэтому структуре будут отсутствовать узлы и блоки, применяемые в обычных ради кационных системах для борьбы с постановщиками преднамеренных помех і енное время. Поскольку в такой РЛС используется сигнал не «тот, который жен, а тот, который уже есть», при её эксплуатации необходимо бороться с
їчного рода непреднамеренными помехами. Основная проблема при этом - пря-ой сигнал от TV-центра, который с одной стороны необходим для решения зада-і обнаружения и определения координат и параметров движения цели, а с дру-)й стороны является очень сильным мешающим излучением, проникающим по жовым лепесткам диаграммы направленности антенны целевого канала и пре-лшающим отражённый сигнал на 70 *- 90 дБ. Ни одним существующим в на-:оящее время способом невозможно подавить такое сильное мешающее излуче-іе, подавление однозначно должно быть комплексным.
Работа в телевизионных диапазонах предполагает наличие в месте распо-шения приёмной позиции РЛС мешающих отражений, проникающих как по ос-звному, так и по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны целе-)го канала, значительно превышающих по мощности отражённый сигнал. Не-ютря на то, что мощность мешающих отражений существенно меньше мощно-и прямого сигнала, их подавление не является простой задачей, поскольку в от^-гчие от прямого сигнала они деполяризованы, демодулированы и имеют различие направления прихода.
Наконец, сами составляющие телевизионного сигнала, многие из которых пользуются для радиолокационного обзора, могут являться помехами друг для )уга.
Данная работа посвящена рассмотрению характеристик телевизионного ігнала с точки зрения радиолокации и обобщению методов борьбы с непредна-гренными помехами в полуактивных РЛС с телевизионным подсветом, как ва-іанта активной бистатической РЛС. Полученные научно обоснованные резуль-ітьі обеспечат решение прикладной задачи - возможность использования вто-ічного излучения существующих жизнеобеспечивающих электромагнитных по-їй для радиолокационного контроля воздушного пространства. вязь работы с крупными научными программами, темами. Теоретические следования проводились в рамках республиканского проекта, реализовывав-емся БГУИР, в период 1996-2000 гг.
ель и задачи научных исследований. Целью данной работы является разра-зтка способов защиты по.туакгивной РЛС с телевизионным подсветом от не-зеднамеренных помех, т.е. способов обеспечения её функционирования. Для эстижения постаатенной цели необходимо решить следующие задачи:
теоретическое и экспериментальное исследование энергетических, спектрально-временных, пространственных и поляризационных характеристик, расчёт параметров обнаружения составляющих полного телевизионного сигнала, позволяющих организовать с их помощью радиолокационный обзор воздушного пространства;
сравнительный расчёт энергетических характеристик отражённого сигнала и непреднамеренных помех с учётом интерференционного сомножителя сферической Земли, выбор методов и средств по снижению уровня непреднамеренных помех;
определение параметров системы электродинамического экранирования и поляризационной режекции прямого сигнала и её эффективности;
определение структуры пространственного когерентного автокомпенсатора прямого сигнала, определение ошибок установившегося и переходного ре-
жимов, расчёт эффективности и быстродействия, оценка влияния неид< гичности каналов автокомленсатора на его эффективность;
определение эффективности временной когерентной компенсации в проц се спектральной режекции помех с аподизацией и без аподизации АЧХ ко рентного накопителя;
оптимизация базы полуактивной РЛС с телевизионным подсветом в hcj достижения наибольшего отношения сигнал/помеха на выходах информаї онных каналов изображения и звука с учётом предложенных мер по борьб непреднамеренными помехами.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является полуакті нал РЛС с телевизионным подсветом как вариант активной бистатической PJ Предметом исследования являются различные способы её защиты от непреднаї репных помех.
Методология и методы проведённого исследования. Основным методом исс дований является математическое моделирование, а также эксперименталы проверка адекватности разработанных моделей. В качестве технических ереді исследований использовались узлы экспериментального образца полуактивї РЛС с телевизионным подсветом, ПЭВМ, спектроанализаторы фирмы «HewL Packard», осциллографы фирмы «Fluke», генераторы фирмы «Hameg». Научная новизна и значимость полученных результатов.
-
Разработанный комплекс технических средств подавления непреднамерен!] помех позволяет реализовать полуактивные РЛС с телевизионным подсветог
-
Впервые были достаточно подробно исследованы характеристики телевизи ного сигнала с точки зрения радиолокации, определены параметры обнару: ния для информационных каналов, работающих по различным его составлю щим. Впервые экспериментально были сделаны оценки ширины спектра с нала яркости, ширины спектра межстрочных флуктуации сигнала яркости, г рины спектра межкадровых флуктуации и ширины спектра ЧМ сигнала звук
-
Получены параметры систем электродинамического экранирования и поля зационной режекции прямого сигнала с учётом впервые исследованных изо; и сектора нулевых доплеровских сдвигов частоты отражённого сигнала по активной РЛС с телевизионным подсветом.
-
В результате обобщения известных теоретических и экспериментальных следований в области радиолокации и радионавигации принята модель экс ненциально-параболической формы пространственной корреляционной фу ции прямого сигнала у раскрыва антенной системы РЛС, с учётом этого вп вые проведен синтез и анализ двухканального пространственного авгокомп сатора прямого сигнала с двукратным пространственным дифференцирова ем.
-
Получено соотношение, определяющее оптимальную базу полуактивной PJ при которой достигается приемлемое соотношение сигнал/помеха на выхо, её информационных каналов.
Практическая значимость полученных результатов. Идея использования эл тромагнитного поля телевизионных ретрансляторов для радиолокационного к тролк воздушного пространства по сравнению с использованием обычных Р имеет ряд преимуществ:
. Отсутствие передающей системы существенно снижает массогабаритные характеристики системы, следовательно, повышается её мобильность.
. Абсолютная скрытность, поскольку РЛС ничего не излучает. Она может использовать телевизионное поле сопредельных стран для контроля воздушного пространства над границами и приграничными районами.
. Низкая стоимость полуактивных РЛС с телевизионным подсветом по сравнению с обычными активными и бистатическими РЛС, как в производстве, так и в эксплуатации.
)сповные положения диссертации, выносимые на защиту.
. Характеристики временной, спектральной, пространственной и поляризационной структуры составляющих телевизионного сигнала как радиолокационного сигнала подсвета.
. Энергетические характеристики отражённого сигнала, мешающего прямого сигнала и мешающих отражений с учётом интерференционного сомножителя сферической Земли.
. Система электродинамического экранирования и поляризационной режекции целевого канала РЛС с телевизионным подсветом с учётом наличия' сектора "нулевых" доплеровских частот отражённого сигнала.
. Синтез структуры и анализ характеристик двухканального пространственного автокомпенсатора мешающего прямого сигнала в каналах изображения и звука.
. Обоснование дополнительных мер временной и спектральной селекции составляющих телевизионного сигнала в информационных каналах изображения и звука.
І. Оптимизация базы полуактивной РЛС с телевизионным подсветом.
Іичньїм вклад соискателя.
. Исследование энергетических, спектрально-временных, пространственных и поляризационных характеристик телевизионного сигнала, как радиолокационного сигнала подсвета (совместно с Романовым А.В.) - 50%.
'.. Оценка энергетических характеристик отражённого сигнала и непреднамеренных помех с учётом интерференционного сомножителя Земли- 100%.
і. Система электродинамического экранирования с учетом сектора "нулевых" доплеровских частот (совместно с Юрцевым О.А., Чмырёвым Н.А., Шаляпиным СВ.) - 25%.
г. Синтез структуры и анализ характеристик двухканального автокомпенсатора прямого сигнала — 100%.
і. Оценка спектральной режекции помех с применением и без применения апо-дизации АЧХ когерентного накопителя (совместно с Семашко П.Г.) - 50%).
і. Оптимизация базы полуактивной РЛС с телевизионным подсветом (совместно с Романовым А.В., Семашко П.Г.) - 33%.
Апробация результатов диссертации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на:
. Третьей республиканской научной конференции студентов и аспирантов Республики Беларусь (БГУ, 1997 г., июнь);
:. II Международной научно-технической конференции «Современные средства связи» (Нарочь, 3997 г., сентябрь);
-
ХХХШ научно-технической конференции аспирантов и студентов БГУИ (1998 г., апрель);
-
Третьем Международном молодёжном форуме «Радиоэлектроника и молодел в XXI веке» (Харьков, 1999 г., июнь).
Опубликовашюсть результатов. Результаты диссертации:
опубликованы в республиканском межведомственном научном издании -статьи;
депонированы в республиканском издании - 3 статьи;
опубликованы в тезисах 3-х докладов на международном форуме и респуі ликанских научных конференциях - 3 доклада.
Всего 68 страниц опубликованного материала.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, общей х;
рактеристики работы, пяти основных глав, заключения, списка использозаннь:
источников и приложения. Полный объем диссертации составляет 167 страши
таблицы и рисунки занимают 37 страниц, приложения занимают 27 страниц. Cm
сок использовавшейся в работе литературы включает 80 источников на 6 стран]
цах.
