Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. 2008

Подождите немного. Документ загружается.

дальностях (до 1000.. .1500 км), летящих на больших высотах (до 100... 150 км)

со скоростями до 5 км/с.

На рис. 7.1 представлены графики зависимости дальности прямой видимо-

сти Д

пв

от высот полета комплекса Н

и цели Н

Рис. 7.1

Решение этой задачи требует значительного повышения (в сто и более раз)

энергетического потенциала РЛС. При заданном секторе обзора необходимо

увеличивать среднюю мощность излучения и площадь антенны. Дополнитель-

ный выигрыш дает применение сверхдлительного когерентного накопления

сигнала (в течение всего времени облучения с использованием методов авто-

фокусировки) и последовательного обнаружения траекторного сигнала целей.

Переход к дециметровому диапазону волн значительно увеличивает ЭПР

малоразмерных целей и целей, выполненных по технологии СТЭЛС, и позволяет

использовать антенны большей площади и АФАР большой средней мощности.

2. Всеракурсное обнаружение низколетящих малозаметных целей на

больших дальностях (до радиогоризонта 400...500 км) (рис. 7.1): 1) самолетов

СТЭЛС; 2) крылатых ракет; 3) беспилотных ЛА; 4) вертолетов, в том числе за-

висших; 5) сверхманевренных ЛА.

Решение этой задачи требует выделения цели на фоне мощных отражении

от подстилающей поверхности и измерения вектора скорости цели (радиальной

и тангенциальной составляющих) путем пространственно-временной обработ-

ки с длительным временем когерентного накопления, что при заданном време-

ни обзора сектора и требуемой высокой точности измерения дальности ограни-

чивает применение режимов ВЧП и СЧП. Рассматривается переход в децимет-

ровый (L, Р) диапазон, режим НЧП с высоким разрешением по дальности и об-

ратным синтезированием апертуры. При этом также уменьшается уровень фона

и увеличивается ЭПР целей.

3. Распознавание воздушных целей: 1) групповая цель с раздельным на-

блюдением каждой цели в группе; 2) класс и тип цели (самолеты с различными

типами двигателей, вертолеты, крылатые ракеты, ложные цели); 3) боевой по-

рядок группы; 4) функциональное состояние цели (маневр, пуск ракет, веду-

щий-ведомый); 5) различение низколетящих целей и движущихся наземных

целей; 6) цели ловушки; 7) ЛА «свой-чужой»; 8) контроль результатов управ-

ления и оценка боевых потерь.

Алфавит распознаваемых классов воздушных целей содержит: самолеты

стратегической авиации, самолеты тактической авиации, самолеты специаль-

ной авиации (АВАКС, Джистарс, РЭБ), самолеты военно-транспортной авиа-

ции, вертолеты, беспилотные ЛА, крылатые ракеты, воздушно-космические

объекты. Дальность распознавания должна быть не менее 70 % от дальности

обнаружения целей.

Распознавание воздушных целей должно обеспечиваться при наблюдении

в свободном пространстве и на фоне земной (водной) поверхности.

Решение этих задач требует анализа большого числа распознавательных

признаков сигналов целей, прежде всего спектральных, фазовых и поляризаци-

онных, а также формирования детальных портретов целей (радиовидения).

4. Одновременное раздельное обнаружение и сопровождение большого

чела (более 1000) воздушных целей, в том числе в группе, в зоне ответствен-

ности без «слепых зон», что требует обеспечения высокой разрешающей спо-

собности по дальности (50...100 м), углам (0,5°... 1°) и скорости (1...2 м/с), а

также высокой частоты обращения к цели (1...2 Гц), особенно при сопровож-

дении сверхманевренных ЛА.

5. Высокая точность измерения азимута 0,1° и высоты полета 1 км цели,

что требует использования антенн с большим отношением размера к длине

волны и специальных алгоритмов обработки сигналов.

В режиме контроля наземного и надводного пространства наиболее

сложными и частично новыми задачами являются следующие.

1. Контроль функционального состояния портов, аэродромов, ракетных баз

и войсковых соединений противника (подготовка к полетам, пуск ракет, передис-

локация и т. п.) на максимальных удалениях (до радиогоризонта), что требует ре-

шения целого комплекса радиолокационных задач: обнаружения всех классов це-

лей на открытой местности; селекции малоскоростных движущихся целей с изме-

рением радиальной и тангенциальной составляющих скоростей (V

MHH

= 1.. .2 м/с);

раздельного наблюдения целей в группе (разрешение 10...20 м); распознавания

класса и типа цели (разрешение 0,5...1,0 м); высокой точности определения ме-

стоположения целей (целеуказание с привязкой к цифровой карте местности).

В табл. 7.1 даны оценочные значения требуемой разрешающей способно-

сти (метры) для обнаружения и распознавания структуры (типа) целей по их

радиолокационному изображению.

Таблица 7.1

Цели

Группировка войск

Ж/д узел

Аэродром

Самолеты на стоянке

ЗРК

Танки в степи

Морской порт

Морской катер

Обнаружение

5,0

Распознавание

структуры (типа)

5,0

3,0

1,0

3,0

1,0

4,0

2. Обнаружение малоразмерных целей (танки, БМП, артиллерия, ЗРК и

ОТР и т. п.), замаскированных за лесопосадками вдоль дорог, в лесных масси-

вах, в условиях искусственной маскировки, на больших дальностях вплоть до

радиогоризонта.

Принципиально новой задачей является обнаружение целей в лесу, закры-

тых маскировочными укрытиями, что требует в большинстве случаев перехода

в длинноволновый диапазон работы РЛС (λ = 23...70 см) и использования ре-

жима синтезирования апертуры в телескопическом обзоре с большим угловым

размером апертуры. Требуемое разрешение на местности для обнаружения та-

ких целей (10... 50 м).

Особо сложная задача - распознавание класса замаскированных целей, их

функционального состояния и различения ложных целей (надувных макетов),

что требует привлечения многих распознавательных признаков (радиовидения,

вторичной модуляции, обратного синтезирования, многочастотных и поляри-

зационных портретов) и высокого разрешения (1.. .5 м).

3. Формирование с высокой детальностью трехмерного радиолокацион-

ного изображения местности для обнаружения вновь построенных мостов,

переправ, ВПП, капониров, карьеров, дотов и т. п., что требует наблюдения в

широкой полосе местности, обычно 10

... 10

элементов разрешения с исполь-

зованием интерферометрического режима измерения микрорельефа местно-

сти с точностью 1...2 м. Для исключения влияния маскировки рельефа расти-

тельностью требуется использование длинноволнового диапазона в бистати-

ческом режиме.

4. Обнаружение малоразмерных, малозаметных надводных целей (катера,

перископы ПЛ, корабли СТЭЛС и т. п.), а также их распознавание до класса

требуют обеспечения высокого разрешения (1,0...5,0 м) и интерферометриче-

ского режима измерения микрорельефа водной поверхности.

5. Обнаружение следов на водной поверхности (спутных следов кораблей,

нефтяных и биозагрязнений, следов аварий и катастроф и т. п.). Решение такой

задачи требует специального режима РСА-формирования скоростного портре-

та водной поверхности при высоком разрешении (1...5 м) и высокой точности

измерения азимута (угловые минуты).

6. Оценка результатов боевой деятельности, что требует формирования

высокодетального радиолокационного изображения района боевых действий

(разрешение 1,0...3,0 м).

7. Темпы обновления информации (частота обращения к цели) определя-

ются возможной скоростью изменения тактической обстановки. Так, у РЛ сис-

темы «Джистарс» темп обновления при картографировании 30 мин, при на-

блюдении неподвижных объектов - 10 мин, движущихся объектов - 30 с. Вы-

сокоскоростные цели требуют более частого обращения, но при измерении

вектора скорости цели эту частоту можно уменьшить.

8. Размеры и конфигурация зоны ответственности (зоны обзора РЛС)

определяются в первую очередь решаемой боевой задачей, возможными дейст-

виями и расположением сил и средств противника, а также ТВД.

Типичной оперативно-стратегической задачей является контроль сопре-

дельной территории противника: районов дислокации группировок войск,

функционального состояния аэродромов, ракетных баз, портов, кораблей воз-

душного и воздушно-космического пространства.

Зона просмотра воздушного пространства в этом случае простирается

вглубь сопредельной территории до максимальной дальности действия РЛС на

больших высотах и до радиогоризонта на малых. Траектория полета АК прохо-

дит вдоль границы на расстоянии от нее, обеспечивающем безопасность ЛА

(50... 100 км). Сектор сканирования по азимуту определяет ширину зоны ответ-

ственности +60°, в которой осуществляются обнаружение, распознавание и

слежение за всеми воздушными целями. На противоположной стороне (над

своей территорией) РЛС при необходимости обеспечивает слежение за своими

ЛА и ЛА противника, если они перелетели границу.

При проведении противником воздушной операции, а также пусках кры-

латых ракет с большой дальности возможно появление групп ЛА с любых на-

правлений, что требует кругового обзора либо изменения положения сектора

обзора путем управления траекторией полета АК.

При наблюдении наземной (надводной) обстановки зона обзора перекры-

вает отдельные районы дислокации противника. Размеры зон и вид обзора

(секторный, полосовой, телескопический) определяются размерами целей (аэ-

родромы, ракетные базы, порты и т. п.) и требуемой детальностью наблюдения

для обеспечения контроля их функционального состояния.

При решении оперативно-тактических задач требуемая зона обзора пере-

крывает район боевых действий по глубине и ширине. Удаление АК от зоны об-

зора определяется безопасностью комплекса 100 км. Обеспечение наблюдения

требуемого района достигается при секторном обзоре РЛС. Кроме того, в инте-

ресах поддержи ПВО прилегающих к зоне боевых действий районов обзор воз-

душного пространства ведется в более широком секторе, вплоть до кругового.

Для повышения эффективности решения боевых задач требуется оптими-

зация размеров зон обзора, вида обзора и времени обзора (программируемый

обзор). В настоящее время в РЛС дозора и наведения используется надфюзе-

ляжная антенна («гриб» на подставке), которая обеспечивает равномерный

круговой обзор воздушного пространства по азимуту и сканирование (либо

многолучевая ДН) по углу места. Темп слежения (скорость вращения) состав-

ляет 10 с, что обеспечивает устойчивое слежение за целями, летящими со ско-

ростями не более 1000 м/с.

К недостаткам такой антенны РЛС и метода обзора относятся:

1) невозможность наращивания усилий в определенном секторе наблюде-

ния воздушного пространства (секторный обзор с изменяемой скоростью ска-

нирования);

2) невозможность детального наблюдения земной (надводной) обстановки

(режим синтезирования апертуры);

3) ограничение максимальной площади антенны размерами «гриба», что

не позволяет наращивать энергетический потенциал РЛС;

4) недостаточная боевая устойчивость АК (нет резервирования, большая

ЭПР, невозможность противоракетного маневра, внешние демаскирующие

признаки);

5) большая масса «гриба», что требует использования ЛА тяжелого класса;

6) большая стоимость жизненного цикла АК.

Для решения большинства задач комплекса требуется программируемый

секторный обзор зоны ответственности. В настоящее время рассматриваются

два возможных направления решения этой задачи.

В первом направлении используется такая же форма антенны: «гриб» на

подставке. Внутри неподвижного обтекателя располагается антенна типа ФАР

(АФАР), имеющая форму равностороннего треугольника. Такая антенна позво-

ляет обеспечивать любой вид обзора: круговой, секторный программируемый,

многолучевой и т. п. с изменяемой скоростью обзора. Однако по-прежнему ос-

таются ограниченная размером «гриба» площадь антенны и большая масса ан-

тенны. При этом резко возрастает ее стоимость.

Второе направление устранения недостатков существующего метода об-

зора - использование конформных (невыступающих) антенн типа АФАР боль-

шой площади, ограниченной только размерами фюзеляжа. Так, боковые вдоль-

фюзеляжные АФАР L-, Р-диапазонов могут иметь длину десятки метров и вы-

соту несколько метров. Сектор обзора может достигать 120...140° с каждой

стороны ЛА, а круговой обзор с меньшей эффективностью в переднем и заднем

секторах - ±20°.

Наряду с оптимизацией режимов обзора такая антенна благодаря большой

площади и меньшей зоне ответственности обеспечивает значительный рост

ТТХ АК. При необходимости круговой обзор в режиме дежурства может быть

обеспечен путем управления траекторией полета АК. Однако кардинальным

решением является использование нескольких (двух) однотипных комплексов.

Используя только конформные боковые АФАР максимально большого разме-

ра, два АК обеспечивают перекрытие любой зоны ответственности, вплоть до

круговой, с возможностью наращивания усилий в требуемом секторе и опти-

мизацией (адаптацией) всех режимов работы РЛС.

Использование двух АК позволяет работать в бистатическом режиме, а

также снимает ограничения по ЭМС при ведении РТР. Резко возрастает боевая

устойчивость, так как обеспечивается взаимозаменяемость (дублирование) АК

при боевых повреждениях, отказах и РЭП.

При использовании БРЛС с вдольфюзеляжной АФАР L-, Р-диапазонов

значительно снижается стоимость и растет рыночная привлекательность ком-

плекса.

Обеспечение скрытности и помехозащищенности работы БРЛС явля-

ется одним из основных требований, предъявляемых к комплексу. Для сниже-

ния вероятности обнаружения излучения БРЛС станциями РТР противника и

создания эффективных помех комплексу в БРЛС необходимо использовать:

1) сигналы большой длительности с внутриимпульсной модуляцией при

коэффициенте сжатия 100 и более;

2) длительное когерентное накопление пачки сигналов (секунды и десятки

секунд);

3) многочастотный режим излучения и приема;

4) максимальную неопределенность для противника характеристик РЛС в

процессе работы (несущей частоты, начальной фазы, вида модуляции, методов

обзора и т. п.) и их адаптивное изменение в зависимости от помехоцелевой об-

становки;

5) минимизацию излучения в направлении станции РТР;

6) двухпозиционный (полуактивный) режима работы.

При работе РЛС в различных диапазонах волн и при широкой полосе час-

тот возможно появление помех как преднамеренных (РЭП), так и помех, обу-

словленных излучениями различных источников (связных, навигационных, те-

левизионных и т. п.). Обеспечение помехоустойчивости к такого рода помехам

требует оптимальной пространственно-временной обработки (режекции помех

по направлению и частоте) и адаптивной перестройки частоты РЛС в свобод-

ные от помех частотные окна.

Использование широкополосного излучения РЛС ограничивает возмож-

ность создания заградительной помехи противником не только по энергетиче-

ским критериям, но и по условиям ЭМС своих радиоэлектронных систем.

7.3. Бортовая радиолокационная система

с цифровой активной фазированной антенной

решеткой перспективного комплекса

Наилучшим образом поставленные задачи по обеспечению требуемых

ТТХ БРЛС могут быть решены при помощи АФАР, размещаемой во вращаю-

щемся обтекателе и построенной с использованием современных достижений в

области СВЧ и цифровых технологий [2, 3].

Достижения последних лет в области малошумящих СВЧ-усилителей со

скрещенными полями (СВЧ-усилительных приборов типа «М»), а также в об-

ласти монокристаллических быстродействующих АЦП и ЦАП позволяют соз-

давать АФАР в сантиметровом диапазоне волн, базирующиеся на «интеллекту-

альных» приемопередающих антенных модулях с высоким КПД.

Технология «интеллектуальной антенны» дает возможность строить циф-

ровую АФАР без применения аналоговых фазовращателей и без сложных и

громоздких диаграммообразующих устройств.

Принцип построения приемопередающей части «интеллектуального» мо-

дуля АФАР поясняет рис. 7.2.

Рис. 7.2.

Замена аналоговой диаграммообразующей схемы с управлением аналого-

выми фазовращателями на высокоточный цифровой диаграммообразующий

процессор позволяет подключить малошумящие усилители и усилители мощ-

ности непосредственно к дуплексам излучающих элементов решетки с мини-

мальными потерями энергии сигнала. Управление распределением поля в рас-

крыве антенной решетки осуществляется цифровыми процессорами, форми-

рующими диаграмму направленности на передачу и на прием в цифровом виде.

Отметим, что диаграммообразующий процессор передачи позволяет пол-

ностью сформировать зондирующий сигнал, т.е. одновременно с формирова-

нием передающей диаграммы направленности антенны выполняет функции

возбудителя передатчика. В частности, при движущемся носителе импульсно-

допплеровской РЛС одной из функций возбудителя является выработка ком-

пенсирующего сдвига частоты сигнала - так называемая «компенсация скоро-

сти носителя».

Из аналоговых устройств сосредоточенного приемопередатчика практиче-

ски остается только когерентный синтезатор сигналов.

Цифровая АФАР обладает возможностью оперировать в реальном вре-

мени амплитудно-фазовым распределением в раскрыве приемной и передаю-

щей ФАР.

На рис. 7.3 показана структурная схема встраивания элементов гибридной

АФАР (ГАФАР) в антенное устройство во вращающемся обтекателе.

Блоки управления и электропитания ГАФАР (в том числе анодный моду-

лятор для усилителей СВЧ-мощности) размещаются в объеме вращающегося

обтекателя.

Вариант размещения мощного анодного модулятора в фюзеляже крайне

нежелателен по двум причинам:

1) возникает необходимость передачи мощных высоковольтных импуль-

сов с короткими фронтами через вращающееся контактное устройство и дос-

таточно протяженную кабельную линию, что является сложной технической

задачей;

2) большой уровень излучаемых электромагнитных полей, что отрицатель-

но скажется на внутрифюзеляжной обстановке в части электромагнитной со-

вместимости различных компонентов радиотехнического и навигационного

комплексов самолета.

В качестве выходных СВЧ-усилителей приемопередающих модулей

(ППМ) ГАФАР возможно использовать электровакуумные приборы (ЭВП) с

так называемыми «скрещенными полями» (в которых электрическое и магнит-

ные поля расположены под прямым углом), часто называемыми электро-

ваккумными приборами (ЭВП) типа «М». К СВЧ-приборам типа «М» относят-

ся амплитроны, дематроны, биматроны («ЛБВ-М»), магнетроны и ряд других

приборов.

Рис. 7.3.

Важное достижение разработчиков ЭВП типа «М» за последние годы -

снижение шума и побочных эффектов, наблюдаемых в приборах этого типа и

являвшихся до последнего времени серьезным препятствием к применению в

высококогерентных РЛС. Сегодня можно считать реальным снижение инте-

грального шума до уровня минус 80...90 дБ, что является приемлемым для РЛС

рассматриваемого типа.

В ППМ сосредоточено выполнение всех необходимых функций для фор-

мирования ДНА ГАФАР при помощи диаграммообразующих процессоров:

1) выработка зондирующего сигнала по цифровому «портрету» при помо-

щи когерентного СВЧ-гетеродина передачи и быстродействующего ЦАП;

2) усиление зондирующего сигнала;

3) дуплексная развязка «передача/прием» и усиление принимаемых сигна-

лов с малым шум/фактором;

4) преобразование принимаемых сигналов к промежуточной частоте при

помощи когерентного СВЧ-гетеродина приема и преобразование в цифровую

форму при помощи быстродействующего АЦП;

5) обмен цифровой информацией с диаграммообразующими процессорами;

6) выработка сигналов встроенных датчиков для контроля работоспособ-

ности.

Диаграммообразующие процессоры осуществляют:

1) выработку цифровых «портретов» зондирующих сигналов с необхо-

димым фазовым сдвигом для различных ППМ - для формирования ДНА на

передачу и обмен с ЦАП, находящимися в ППМ; для снижения плотности

обменной цифровой информации между центральным процессором и ППМ

целесообразным представляется вариант рассредоточенного передающего

процессора, когда в каждом ППМ размещается индивидуальный процессор,

вырабатывающий свой цифровой сигнал в реальном времени, непосредствен-

но воздействующий на ЦАП;

2) прием оцифрованных сигналов из ППМ и формирование необходимого

числа приемных ДНА; по причинам, указанным для передающего процессора, в

каждом из ППМ целесообразно размещение индивидуального приемного про-

цессора, осуществляющего предварительную обработку принимаемых сигналов

с преобразованием их к двум квадратурным составляющим и согласованной с

длительностью импульса фильтрацией и прореживанием временных выборок;

3) обмен радиолокационной информацией с устройством обработки сиг-

налов РЛС;

4) включение тестового режима ГАФАР и контроль работоспособности с

точностью до ППМ.

РЛС осуществляет работу в трех основных режимах:

1) режим квазинепрерывного излучения (КНИ) - для обнаружения и со-

провождения движущихся воздушных целей на фоне отражений от земной по-

верхности;

2) режим излучения с низкой частотой повторения линейно частотно-

модулированных (ЛЧМ) импульсов высокой энергии (загоризонтный режим) -

для всеракурсного обнаружения и сопровождения воздушных целей, находя-

щихся выше линии радиогоризонта и на расстояниях, превышающих дальность

радиогоризонта;

3) режим излучения с низкой частотой повторения импульсов с расширен-

ной полосой линейной частотной модуляции - для обнаружения и сопровож-

дения надводных кораблей и наземных целей с высоким разрешением по даль-

ности.

В режиме квазинепрерывного излучения круговой обзор в заданной уг-

ломестной зоне осуществляется построчно. При этом ГАФАР формирует в уг-

ломестной плоскости один луч на передачу и два луча на прием, как показано

на рис. 7.4. Каждая угломестная строка стабилизирована относительно гори-

зонтальной плоскости с учетом для каждого азимутального положения ДНА

крена и тангажа самолета-носителя.