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

Подождите немного. Документ загружается.

его применения. Она позволяет оценить разведывательно-информационные и

управляющие возможности комплекса с учетом его использования как в вари-

антах радиотехнического поста, воздушного пункта наведения, так и в совме-

щенном режиме.

1.7. Состав авиационных комплексов радиолокационного

дозора и наведения и режимы их функционирования

Основным источником информации в АК РЛДН о воздушных и надвод-

ных (морских) целях (ВЦ) является бортовая радиолокационная станция. Подъ-

ем станции на авиационный носитель позволяет существенно (по сравнению с

наземными РЛС) увеличить дальности обнаружения низколетящих ВЦ за счет

увеличения дальности радиогоризонта. При этом условие радиовидимости це-

ли (К

= 1), находящейся на малой высоте и дальности Я

относительно ком-

плекса, определяется условием

где - эквивалентный ра-

диус Земли, 8ц - угол места ВЦ, Η - высота полета самолета-носителя

АКРЛДН.

Подвижность БРЛС и необходимость сопровождения воздушных объектов

(ВО) на фоне мощных отражений зондирующих сигналов от подстилающей

поверхности определяет построение и требует специальных алгоритмов обра-

ботки отраженных сигналов, что приводит к наличию информационных огра-

ничений при обнаружении ВЦ.

Рассмотрим принципы построения комплекса РЛДН на примере раз-

работанного в КР «Вега» АК А-50 с радиотехническим комплексом (РТК)

«Шмель» [1]. Обобщенная структурная схема РТК, содержащая собственно

БРЛС, систему государственного опознавания (СГО), системы активного за-

проса-ответа и передачи команд (САЗО-СПК), командную радиолинию (КРУ),

бортовую вычислительную систему (БВС), бортовой комплекс средств связи

(БКСС) и автоматизированные рабочие места (АРМ), представлена на рис. 1.5.

Бортовая РЛС АК РЛДН А-50 работает в импульсно-доплеровском режиме

с высокой частотой повторения импульсов при обнаружении воздушных целей

и в импульсном режиме с низкой частотой повторения импульсов - при обна-

ружении надводных целей [1].

Рис. 1.5

Для рассматриваемого варианта комплекса характерны следующие ин-

формационные ограничения его БРЛС:

сжатие зоны обнаружения под воздействием помех по боковым лепесткам;

слепой сектор в направлении хвостового оперения самолета-носителя;

сжатие зоны обнаружения под воздействием помех по боковым лепесткам

в альтиметровом секторе;

зона режекции целей, летящих с минимальной радиальной скоростью.

Подавление помехи, вызванной отражением зондирующих импульсов

подстилающей поверхности, проводится методом частотной селекции, учиты-

вающим разницу доплеровских сдвигов частоты от подстилающей поверхности

и от воздушной цели.

Обработка радиолокационного сигнала в БРЛС АК РЛДН А-50 комбини-

рованная: на первом этапе - при помощи дискретно-аналогового устройства с

кварцевыми фильтрами, на втором этапе - при помощи цифровых режекторов

и доплеровских фильтров (быстрое преобразование Фурье). Устройство вы-

полнено в виде спецвычислителя. В ЦВМ БРЛС проводятся группирование по

элементам дальности отметок, относящихся к одной цели; измерение азимута и

угла места; расчет однозначной дальности до цели по отметкам на двух или

трех частотах повторения; формирование информации для отображения борт-

инженеру БРЛС и выдачи в бортовую вычислительную систему; а также авто-

матизированный контроль технического состояния аппаратуры РЛС.

Бортовая радиолокационная система может работать в смешанном режи-

ме, в котором несколько обзоров работы в квазинепрерывном режиме череду-

ются с обзором в обычном импульсном режиме с большой частотой повторе-

ния. Это позволяет вести одновременную работу по обнаружению как воздуш-

ных, так и надводных целей.

Антенна БРЛС АК РЛДН А-50 расположена во вращающемся вместе с ан-

тенной обтекателе. Связь антенны с аппаратурой, расположенной внутри фю-

зеляжа, осуществляется через многоканальный СВЧ-вращающийся переход и

низкочастотное контактное вращающееся устройство. По такому же принципу

организована связь с антеннами госопознавания и радиолиний управления.

Бортовая вычислительная система (БВС) представляет собой четы-

рехмашинную систему. Каждая из ЦВМ под управлением операционной сис-

темы обеспечивает обработку данных в реальном масштабе времени. Машины

БВС связаны между собой и в процессе работы обмениваются информацией. В

качестве внешних абонентов на БВС замыкаются все элементы РТК: БРЛС, ап-

паратура госопознавания, телекодовая аппаратура радиолиний связи, аппарату-

ра отображения, аппаратура командных радиолиний управления и др., которые

являются как информационными датчиками, так и потребителями информации.

Программное обеспечение БВС позволяет решать задачи в автоматиче-

ском и диалоговом с членами экипажа РТК режимах. Аппаратура РТК подклю-

чена к бортовой вычислительной системе таким образом, чтобы можно было

продолжить работу без физических переключений в случае выхода из строя от-

дельных элементов.

Аппаратура отображения АК РЛДН А-50 [1] является основным элемен-

том рабочего места членов экипажа РТК. Формирование информации для ото-

бражения ее на АРМ производится с учетом индивидуальных требований чле-

нов экипажа РТК (масштаб отображения, вид отображения, селекция по при-

знакам). При помощи функциональных кнопок и цифробуквенной клавиатуры

проводится ввод команд по изменению режимов работы аппаратуры отображе-

ния, а также команд управления решением задачи и управления аппаратурой,

сопряженной с БВС.

Отображение информации на индикаторах тактической обстановки офице-

ров боевого управления представляет собой «подвижную картину в неподвиж-

ной раме», при которой вся воздушная и другая обстановка, включая отметку

собственного АК РЛДН, отображается в единой системе координат относи-

тельно заранее определенной условной точки. Когда операторы сопровождения

наблюдают первичные отметки с выхода бортовой РЛС, то их отображение

может накапливаться на экране в течение некоторого регулируемого операто-

ром интервала времени. Поэтому на экране возникают следы трасс целей.

Ложные же отметки разбросаны на экране случайным образом.

Трассовая обработка информации о целях проводится на проходе по дан-

ным от БРЛС и других информационных датчиков. Возможны автоматическое

сопровождение целей по траекториям их движения как с автоматическим нача-

лом этого сопровождения (режим «Автозахват»), так и с началом сопровожде-

ния по командам оператора, и полуавтоматическое сопровождение, при кото-

ром оператор начинает сопровождение и корректирует работу автомата.

Трассовая информация о целях выдается в систему оповещения и борто-

вую систему управления наведением. При формировании информации опове-

щения АСУ, с которой взаимодействует АКРЛДН, по командам оператора

возможен отбор целей по заданным признакам (например, отбор по высоте, по

признаку «свой-чужой» или другим признакам). При передаче на АСУ расчет

декартовых координат цели производится относительно условной точки с ис-

пользованием текущих декартовых координат самолета-носителя А-50, полу-

ченных путем пересчета его географических координат.

При передаче информации на АСУ через спутниковую радиолинию связи

в БВС проводятся расчет текущего положения спутника связи (по заложенной

в память БВС траектории спутника) и вычисление (с учетом текущего место-

положения самолета А-50) пеленга на этот спутник для управления антенной

спутниковой линии связи.

Бортовая система управления наведением является частью программного

обеспечения БВС. Она позволяет решать задачи приборного всеракурсного на-

ведения истребителей-перехватчиков всех типов, находящихся на вооружении,

на воздушные цели и вывода фронтовой (морской) авиации в район наземных

(надводных) целей [1]. При решении этих задач проводится формирование ко-

манд управления, докладов и донесений о процессе наведения взаимодейст-

вующей АСУ. Бортовая вычислительная система и ее программное обеспече-

ние построены таким образом, что отказ любой из ЦВМ не приводит к отказу

системы, а только снижает ее функциональные возможности.

Система активного запроса-ответа и передачи команд позволяет визировать

истребители-перехватчики, оборудованные ответчиками КРУ, в целях уточне-,

ния их координат для передачи на борт команд управления при наведении.

В момент визирования с борта истребителя-перехватчика может быть

принята информация о состоянии его системы вооружения. Приемная часть

аппаратуры САЗО-СПК, включая систему обработки принятых ответных сиг-

налов, скомплексирована с приемной частью аппаратуры госопознавания.

Бортовой комплекс средств связи в РТК «Шмель» представляет собой со-

вокупность телекодовых и оперативно-командных радиолиний KB, МВ-ДМВ и

сантиметрового диапазонов волн, что обеспечивает ведение двухсторонней

оперативно-командной радиосвязи в радиотелефонном режиме с КП АСУ, со-

седними самолетами А-50, истребителями, а также обмен телекодовой инфор-

мацией. Антенны средств связи расположены в различных точках самолета,

что позволяет получить наилучшую электромагнитную совместимость.

Для успешного решения широкого спектра задач разведывательно-

информационного обеспечения по воздушным и надводным целям в АК РЛДН

используются следующие режимы.

1. Режим высокой частоты повторения импульсов, являющийся основным

режимом БРЛС комплекса. Он характеризуется частотой повторения импульсов

10...30 кГц с вобуляцией частоты повторения в пределах одной азимутальной

пачки для устранения неоднозначности по дальности. Обеспечивает обнаружение

воздушных целей над любыми видами подстилающей поверхности и однозначное

измерение скорости при высокой точности определения азимута. Недостатками

режима являются возникновение комбинаторных отметок на ложных дальностях

со снижением вероятности обнаружения отметок на истинных дальностях при на-

личии нескольких целей в пределах азимутальной пачки и энергетические потери

на устранение неоднозначности по дальности.

2. Режим с низкой частотой повторения импульсов, характеризуемый вы-

сокой точностью и однозначностью определения дальности воздушных целей.

Режим позволяет обеспечить повышенную дальность обнаружения загоризонт-

ных воздушных целей. При сжатии импульсов обеспечиваются разрешение от-

дельных целей в группе и необходимая средняя мощность излучения. Однако

режим не обеспечивает подавления отражений от сложных подстилающих по-

верхностей, поэтому обнаруживает только цели, находящиеся за горизонтом.

3. Режим

низкой частоты повторения импульсов БРЛС для обнаружения мор-

ских (надводных) целей в пределах радиогоризонта. Для уменьшения влияния от-

ражений от взволнованной морской поверхности используются достаточно широ-

кополосные сигналы с высокой разрешающей способностью по дальности. Режим

обеспечивает высокую точность и однозначность измерения дальности. Недостат-

ком режима является невозможность обнаружения наземных целей.

4. Режим пассивной локации, позволяющий пеленговать постановщики

активных помех (ПАП) главным лучом с компенсацией приема по боковым ле-

песткам диаграммы направленности антенны БРЛС.

Возможно использование комбинированных режимов, например второго и

третьего.

Основными отличительными характеристиками структуры РТК А-50 яв-

ляются следующие [5]:

мощное бортовое когерентное радиолокационное передающее устройство,

обеспечивающее формирование квазинепрерывных зондирующих сигналов;

система приема и обработки отраженных от цели сигналов, способная ре-

шать задачи обнаружения и автоматического сопровождения воздушных целей

во всем современном диапазоне их полета и надводных целей вплоть до радио-

горизонта;

вращающаяся в большом (десятиметровом) обтекателе над фюзеляжем

самолета антенна кругового обзора, создающая управляемый луч, необходи-

мый для решения задач обнаружения и сопровождения ВЦ;

цифровой вычислительный бортовой комплекс, по своей мощности сопос-

тавимый на период создания АК РЛДН с наземными вычислительными цен-

трами. Это позволило создать бортовую автоматизированную систему управ-

ления силами и средствами перехвата воздушных целей;

комплекс оперативно-командных радиолинии и многоканальные системы

дальней связи, включая спутниковые.

Для расширения разведывательно-информационных возможностей, уве-

личения числа классов и типов обнаруживаемых целей в составе перспектив-

ных АК РЛДН целесообразно использовать не один, а несколько информаци-

онных датчиков (рис. 1.6), в том числе станцию радиотехнической разведки

(РТР), оптико-электронную станцию (ОЭС), радиолокатор с синтезированием

апертуры (PCА). Это позволяет повысить уровень многофункциональности

комплекса, устойчивость обнаружения и сопровождение различных типов и

классов целей, а также улучшить условия их распознавания.

Рис 1.6

Большие скорости и высоты полета нового класса целей для АК РЛДН, ко-

торыми являются воздушно-космические цели и нестратегические баллистиче-

ские ракеты (НБР), ограниченное время работы двигательной установки (нахож-

дения на активном участке), применение комплексов средств преодоления ПВО

затрудняют обнаружение и сопровождение данного класса целей. Поэтому в

перспективные комплексы целесообразно внедрять оптико-электронную систему

с лазерным дальномером (рис. 1.6) и БРЛС с использованием специальных ре-

жимов обработки и комплексирования информации. Это позволит обеспечить

устойчивое обнаружение и сопровождение НБР при различных условиях наблю-

даемости их на траекториях полета в сложных условиях ракетной обстановки.

Подсистемы и функциональные связи ОЭС и БРЛС в составе АК РЛДН

показаны на рис. 1.7.

Рис. 1.7

Для достижения высоких разведывательно-информационных и управ-

ляющих возможностей РТК АК РЛДН должен быть многофункциональным и

использовать несколько информационных датчиков и режимы комплексирова-

ния и совместной обработки информации.

Литература

1. Бабич В. К, Баханов Л. Е., Карпеев В. И. и др. Авиация ПВО России и научно-технический

прогресс. Боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра. / Под ред. Е. А. Федосова. -

М.: Дрофа, 2001.

2. Вайпан С. К, Вакуленко Α. Α., Кузьмин Г. В., Яголъников С. В. Метод конфликтно-устой-

чивого выбора режима функционирования радиотехнического комплекса в изменяющихся

условиях. - Радиотехника, 1996, №11.

3. Вайпан С. 77., Вакуленко Α. Α., Рюмшин А. Р. и др. Выбор показателя эффективности для син-

теза многофункциональных систем. - Радиотехника, 1997, №11.

4. Верба В. С. Метод управления информативностью авиационного комплекса, взаимодейст-

вующего с разнородными потребителями информации. - Радиотехника, 2006, № 1.

5. Верба В. С. Тенденции развития авиационных и космических средств информационной раз-

ведки и дозора. - Наукоемкие технологии, 2004, №№ 8,9.

6. Верба В. С, Вакуленко Α. Α., Дод В. 77. Принципы управления многофункциональными ин-

тегрированными радиоэлектронными системами в динамике конфликта со средствами радио-

электронного подавления. - Радиотехника, 2005, № 5.

7. Гандурин В. Α., Кирсанов А. 77. Особенности зоны обнаружения низколетящих воздушных

объектов доплеровской радиолокационной станции. - Радиотехника, 2007, № 10.

8. Реутов А. 77. Радиопромышленность. - Наукоемкие технологии, 2006, № 7-8.

ГЛАВА 2

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ БОРТОВОЙ

РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ АВИАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА

РАДИОЛОКАЦИОННОГО ДОЗОРА И НАВЕДЕНИЯ

2.1. Функциональные задачи и структурная схема

бортовой радиолокационной системы

Комплекс АК РЛДН А-50М (НПО «Вега») и аналогичный комплекс

АВАКС ЕЗА (Боинг) используют БРЛС в качестве основного источника ин-

формации для решения задач контроля воздушной и надводной обстановки:

на любом ТВД;

круглогодично;

круглосуточно;

независимо от погодных условий и естественной освещенности, наличия

дыма и пыли;

непрерывно либо с заданной частотой обращения;

на больших удалениях и в широкой зоне наблюдения (зоне ответственно-

сти), в том числе вне зоны ПВО противника;

скрытно от противника;

в условиях радиоэлектронной борьбы (РЭБ), с учетом электромагнитной

совместимости (ЭМС);

в реальном масштабе времени с передачей данных на КП и наводимые са-

молеты.

Радиолокационная система многофункционального комплекса должна

обеспечивать решение множества разнородных задач, часть из которых особо

сложные, что предъявляет ряд высоких требований к аппаратной части и про-

граммному обеспечению.

Основные функциональные задачи, решаемыми БРЛС в настоящее время,

[5,9,13,14,16]. "

1. Обнаружение воздушных целей, в том числе низколетящих, малораз-

мерных, малозаметных (крылатые ракеты, вертолеты, летательные аппараты

(ЛА), выполненные по технологии СТЭЛС, беспилотные летательные аппара-

ты (БЛА)) на фоне земной поверхности на больших дальностях, вплоть до

радиогоризонта. Типовыми характеристиками комплексов типа АВАКС

(РЛДН) при решении этих задач являются:

зона обзора по азимуту - круговая, с равномерным просмотром за Т

обз

=10 с ;

зона обзора по углу места (+5...15°) с просмотром многолучевой либо со

сканированием однолучевой диаграммой направленности антенны;

скорость полета целей 100.. .4000 км/ч;

дальность обнаружения низколетящих целей:

с а

=3...10 м

: 300...350 км

с а

=0,5...1,0 м

: 200...250 км.

2. Оценка координат обнаруженных целей:

точность измерения координат азимута σ

= 0,5°, угла места σ

= 5°, даль-

ности σ

= 100 м.

3. Разрешение групповых целей:

по азимуту σ

= 1,0°, по углу места σ

= 5°; по дальности σ

= 150 м.

4. Обнаружение воздушных целей в свободном пространстве (загоризонт-

ные цели):

дальность обнаружения <з

= 30.. .60 м

: 550.. .650 км;

разрешение и точность такие же, как и по низколетящим целям.

5. Обнаружение морских (надводных) целей во всей зоне ответственности

(до радиогоризонта) при любой степени волнения моря, определение коорди-

нат и селекции движущихся целей:

дальность обнаружения катера (а

= 50... 100 м ) в штиль до радиогори-

зонта при волнении пять баллов: 300.. .350 км;

точность измерения координат: азимута σ

= 0,5°, дальности σ

= 30 м.

6. Радиотехническая разведка в частотном диапазоне РЛС, пеленгация ис-

точников помех.

Полученные данные обнаружения целей и оценки их координат исполь-

зуются в системе вторичной обработки для сопровождения целей и формиро-

вания команд наведения на цель.

Решение перечисленных функциональных задач потребовало разработки

многофункциональной, многорежимной импульсно-доплеровской (когерентно-

импульсной) БРЛС [10,13].

Под когерентностью импульсно-доплеровского радиолокационного тракта

понимается априорное знание закона изменения фазы отраженного целью сиг-

нала от одного импульса к другому в пачке импульсов. Линейное изменение

фазы соответствует доплеровской частоте сигнала, пропорциональной ради-

альной скорости движения цели.

Различие доплеровских частот сигналов движущейся цели и неподвижно-

го фона позволяет селектировать (выделять) движущиеся цели, наблюдаемые

на фоне земной поверхности.

Узкополосная доплеровская фильтрация отраженных сигналов соответст-

вует накоплению энергии сигнала цели и повышению отношения сигнал/шум.

Дискриминатор доплеровской частоты сигнала позволяет оценивать сдвиг

частоты, обусловленный движением цели, и определять с высокой точностью

скорость сближения (удаления) цели относительно БРЛС.

Высокое разрешение сигналов по доплеровской частоте определяет воз-

можность разрешения целей в группе по различию их радиальных скоростей.

Высокая помехозащищенность БРЛС обеспечивается не только сверхниз-

ким уровнем боковых лепестков диаграммы направленности антенны, но и по-

давлением (селекцией) пассивных помех (облаков дипольных отражателей) и

активных шумовых помех за счет узкополосной доплеровской фильтрации

принимаемых сигналов.

Импульсный характер излучения импульсно-доплеровской БРЛС позволя-

ет измерять дальность до цели по величине задержки отраженного импульса и

использовать единую антенну на передачу и прием.

В зависимости от максимальной дальности и радиальной скорости целей в

импульсно-доплеровской БРЛС различают три режима частот повторения им-

пульсов.

Режим высокой частоты повторения (ВЧП) обеспечивает однозначное

измерение радиальной скорости цели У

. Доплеровская частота сигнала цели

, где знак «+» соответствует сближению цели с БРЛС, а знак «-» -

удалению. Следовательно, полоса частот С учетом того, что на

каждом периоде повторения импульсов БРЛС фазовый детектор формирует два

независимых отсчета (синусную (sin) и косинусную (cos) составляющие сигна-

ла), для однозначного соответствия радиальной скорости цели и частоты бие-

ний сигналов фазового детектора согласно теореме отсчетов необходимо, что-

бы или . При этом условие однозначного соответст-

вия задержки сигнала и дальности цели не выполняется, так как

высокие скорости воздушных целей определяют необходимость использования

высоких частот повторения. Для устранения неоднозначности измерения даль-

ности цели используются дополнительные режимы излучения на нескольких

различных частотах повторения.

Режим низкой частоты повторения (НЧП) обеспечивает однозначное

измерение дальности цели и неоднозначное измерение скорости. Такой режим

используется для наблюдения загоризонтных и надводных целей, когда отра-

женные сигналы от подстилающей поверхности отсутствуют или они малы.