Исследование структуры и принципов функционирования мобильных радиолокационных систем

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………. 3
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИНЦИПАХ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ РЛС……………………………. 5
1.1 Принципы построения мобильных радиолокационных систем…….. 5
1.2 Сигналы, используемые в мобильных радиолокационных системах……………………………………………………………………….. 10
1.3 Выводы по первой главе………………………………………………. 12
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МОБИЛЬНЫХ РЛС…………………………………… 14
2.1 Построение модели мобильной радиолокационной системы………. 14
2.2 Исследование характеристик мобильных радиолокационных систем на основе их моделей………………………………………………… 15
2.3 Временное и частотное представление сигнала……………………... 18
2.4 Выводы по второй главе……………………………………………….. 21
ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МОБИЛЬНЫХ РЛС…………… 23
3.1 Анализ перспективных направлений развития мобильных радиолокационных систем…………………………………………………… 23
3.2 Обоснования места и роли мобильных радиолокационных систем в перспективных ТСН…………………………………………………………... 25
3.3 Выводы по третьей главе……………………………………………… 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….. 29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………. 30

ВВЕДЕНИЕ
История радиолокации началась более 100 лет назад, и сегодня радиолокация широко применяется как в военных, так и в коммерческих целях. Современные радиолокационные системы (РЛС) представляют собой сложные информационно-управляющие системы реального масштаба времени, включающие совокупность средств радиолокации (СРЛ), комплексов средств автоматизации (КСА), средств приёма, обработки, отображения и передачи информации, а также средств и технологий управления компонентами этой системы, предназначенные для информационного обеспечения широкого круга военно-технических, научно-экспериментальных и социально-экономических задач.
Длительное время принципы построения, функционирования и развития таких систем разрабатывались в рамках методологии классической научной рациональности, ориентированной на познание целого посредством познания его частей. Не случайно содержание большинства современных теоретических разработок и учебных изданий, посвященных теории и методологии радиолокационных систем, ограничено, в основном, проблемами разработки элементов этих систем: радиолокационных станций и средств связи, высокопроизводительных комплексов автоматизации процессов сбора, обработки, отображения и передачи радиолокационной информации, других радиолокационных и информационно-вычислительных комплексов, включенных в контур управления информационными потоками. Это ограничение основывается на неявном допущении о детерминированном характере связей элементов (структуры) РЛС, второстепенности этих связей относительно вклада элементов системы в суммарный эффект её функционирования в различных условиях внешней среды.
Даже радиолокационная подсистема Единой системы организации воздушного движения (ЕС ОрВД), решающая сугубо мирные задачи текущей организации и управления воздушным движением гражданской авиации (ГА), с интеграцией ее в Единую автоматизированную радиолокационную систему (ЕАРЛС) Российской Федерации приобрела явно выраженные признаки системы двойного назначения. Соответственно и подход к исследованию таких систем уже не может базироваться только лишь на практико-ориентированном фактуальном базисе и методе проб и ошибок2, не может быть сведен только лишь к эклектическому набору частных рецептов, отдельных рекомендаций или инженерных методик, а должен включать совокупность развитых теоретических представлений об исследуемом объекте и эффективные средства и принципы организации современной научно-технической деятельности, то есть представлять собой диалектическое единство передовой технической теории и современной научной методологии. Одно из важнейших направлений развития такой методологии представлено системным подходом.
Традиционно обработка сигналов и измерение их параметров на фоне помех с пространственной, временной или поляризационной корреляцией относились к комплексу проблем специальной радиолокации и решались преимущественно в интересах национальной обороны. В рамках этого комплекса проблем и осуществлялся анализ РЛ систем оборонного характера с точки зрения их функционального качества. Для авиационной радиолокации, связанной преимущественно с радиотехническим обеспечением полетов (РТОП) ГА, этот комплекс проблем носил второстепенный, общетеоретический или ориентационный характер. Однако с интеграцией подсистемы РТОП ГА в ЕАРЛС и, следовательно, с приобретением ею дополнительного функционального качества (качества системы двойного назначения) ситуация принципиально изменилась. Адаптация и измерение параметров сигналов на фоне пространственно коррелированных помех, наряду с адаптацией к пассивным помехам, прочно вошли в комплекс проблем мобильной радиолокации в качестве наиболее приоритетных [1].
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИНЦИПАХ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ РЛС
Принципы построения мобильных радиолокационных систем
Физической основой радиолокации является рассеяние радиоволн объектами, отличающимися своими электрическими характеристиками от соответствующих характеристик окружающей среды при их облучении. Причём интенсивность рассеяния или отражения радиоволн (интенсивность вторичного поля) зависит от степени отличия электрических характеристик объекта и среды, от формы объекта, от соотношения его размеров и длины волны, от поляризации радиоволн. Результирующее вторичное ЭМП состоит из поля отражения, распространяющегося в сторону облучающего первичного поля, и теневого поля, распространяющегося за объект (в ту же сторону, что и первичное поле) [2].
Рисунок 1.1.1 – Принцип действия простейшей РЛС [2]
С помощью приемной антенны и приемного устройства (Прм) можно принять часть рассеянного сигнала, преобразовать и усилить его для последующего обнаружения. Таким образом, простейшая РЛС может состоять из передатчика (Прд), формирующего и генерирующего радиосигналы, передающей антенны, излучающей эти радиосигналы, приёмной антенны, принимающей отраженные сигналы, радиоприёмника, усиливающего и преобразующего сигналы и, наконец, выходного устройства (ВУ), обнаруживающего отраженные сигналы (см. рисунок 1.1.1).
Как правило, амплитуда (или мощность) принимаемого сигнала мала, а сам сигнал имеет случайный характер. Малая мощность сигнала объясняется большим расстоянием до объекта (цели) и поглощением энергии сигнала при его распространении. Кроме того, на интенсивность отраженного сигнала существенно влияют размеры целей.
Случайный характер сигнала является следствием флуктуации отраженного сигнала за счет случайного перемещения элементов цели сложной формы при отражении радиоволн, многолучевого РРВ, хаотических изменений амплитуды сигнала при распространении и ряда других факторов. В результате принимаемый сигнал по виду, интенсивности и характеру изменения похож в приемном тракте на шумы и помехи. Поэтому первой и основной задачей РЛС является обнаружение полезного радиосигнала, т.е. вынесение решения о присутствии полезного сигнала в поступающей на вход приемного тракта смеси полезного сигнала с помехами, называемой входной реализацией. Эта статистическая задача решается входящим в радиолокационное устройство (РЛУ) специальным устройством – обнаружителем, в котором стараются использовать алгоритм оптимального (наилучшего) обнаружения. Качество процесса обнаружения характеризуют вероятностью правильного обнаружения, когда присутствующий во входной реализации сигнал обнаруживается, и вероятностью ложной тревоги, когда за полезный сигнал принимается помеха, а сам сигнал отсутствует.
Большинство параметров принимаемого сигнала априори неизвестны, поэтому при обнаружении приходится осуществлять поиск нужного параметра радиосигнала, отличающего его от сопутствующих шумов и помех.
Передатчик формируют мощные высокочастотные колебания. В зависимости от того, какая антенна используется в РЛС, может быть реализован в модульном варианте и встроен в активную фазированной антенной решетки (ФАР), либо в виде модулятора и однокаскадного или многокаскадного генератора радиочастоты для пассивной ФАР или зеркальной антенны.
Приёмник обеспечивает приём, обработку и выделение информации из принятого сигнала.
Короткие зондирующие импульсы через антенну излучаются в пространство. При наличии на пути распространения радиоволн объекта (цели) часть электромагнитной энергии отражается обратно в сторону РЛС. Отраженный сигнал через антенну поступает в приемник, усиливается и поступает в выходное устройство для индикации и (или) обработки (обнаружитель, измерители).
Построение РЛС на базе современных технологий обработки информации заключается:
в использовании в качестве антенн ФАР, работающей на передачу и приём сигналов;
в качестве генератора пусковых импульсов синтезатора частоты – синхронизатора, регламентирующего во времени порядок работы и взаимодействия основных блоков РЛС;
в качестве выходного устройства – цифрового процессора.
Принцип построения современной импульсной РЛС показан на рисунке 1.1.2.
Рисунок 1.1.2 – Принцип построения современной импульсной РЛС [2]
Антенна по сигналам от цифровой вычислительной машины (ЦВМ) осуществляет формирование лучей и их перемещение для обзора пространства. Радиопередатчик формирует зондирующие сигналы, которые излучаются антенной. Радиоприемник усиливает слабые отраженные целью и принятые антенной сигналы. Поскольку эти сигналы приходят в смеси с шумами и помехами, то их выделение осуществляется с помощью согласованных фильтров сосредоточенной селекции и цифровых фильтров. Обычно процессор сигналов (приемник) выдает электрические сигналы в цифровом коде. Дальнейшая обработка сигналов выполняется в процессоре данных по заложенным в него программам алгоритмов обработки. Рабочие частоты и временные интервалы в РЛС задаются с помощью синтезатора- синхронизатора. Устройство отображения информации (УОИ) выполняется обычно на индикаторе с электроннолучевой трубкой или на дисплее процессора.
Количество одновременно обнаруживаемых и сопровождаемых целей определяется быстродействием систем обработки информации – выходного устройства, в качестве которого обычно используется цифровой процессор.
Типичное изображение на экране индикатора кругового обзора (ИКО) РЛС управления воздушным движением (УВД) показано на рисунке 1.1.3, а. Здесь можно различить светящиеся радиальные и круговые метки. В центре экрана «находится» РЛС. Яркие точки – отметки целей. По радиусу можно отсчитать дальность, а по углу поворота радиуса, проходящего через отметку цели, относительно вертикали, проходящей через центр экрана, можно измерить пеленг цели. К каждой отметке на экране «прикреплен» формуляр, который содержит необходимую информацию о бортовом номере, высоте, дальности и азимуте самолёта (показано на рисунке 1.1.3, б).
1080135304165
Рисунок 1.1.3 – Вид экрана РЛС УВД:
а – общий вид экрана; б – укрупненное изображение фрагмента экрана с формуляром [2]
По характеру размещения частей аппаратуры в пространстве различают однопозиционные, двухпозиционные (бистатические) и многопозиционные РЛС. Последние два типа РЛС отличаются тем, что их аппаратура разнесена в пространстве, и эти РЛС могут функционировать как самостоятельно, так и совместно (разнесенная радиолокация).Благодаря пространственному разнесению элементов в таких системах достигаются большие информативность и помехозащищенность, однако сама система усложняется.
Однопозиционные радиолокационные системы (ОПРЛС) отличаются тем, что вся аппаратура располагается на одной позиции. Такие системы представляют собой РЛС. В ОПРЛС реализуется активный или пассивный вид радиолокации. При активной радиолокации с активным ответом аппаратура запросчика располагается в одной точке пространства, а ответчика – в другой. В зависимости от назначения РЛС и типа используемых сигналов структурные схемы ОПРЛС могут быть конкретизированы и при этом значительно отличаться друг от друга.
Сигналы, используемые в мобильных радиолокационных системах
Существует несколько различных моделей радиолокационных сигналов, использующихся в РЛС [2]:
- детерминированный сигнал, или сигнал с полностью известными параметрами, который описывается обобщённым уравнением вида
,
где Um(t) – амплитуда сигнала; ω0 – несущая частота сигнала; ψ(t) – функция угловой модуляции; φ – начальная фаза колебаний.
Всё это точно известные неслучайные величины. Считается, что известно время запаздывания сигнала, эффективную площадь рассеяния цели, форму сигнала и все параметры его модуляции. Эта модель наиболее идеализирована.
- квазидетерминированные сигналы, или сигналы со случайными параметрами, которые описываются уравнением вида
,
где μ – вектор случайных параметров сигнала.
Возможны два случая:
а) сигнал со случайной начальной фазой φ:
,
где φ – неизвестная фаза, распределённая равномерно от 0 до 2π, т.е. ω0(φ) = 1/(2π);
б) сигнал со случайной фазой φ и флуктуирующей амплитудой aum(t), где φ – неизвестная фаза с распределением ω0(φ) = 1/(2π); а – коэффициент флуктуации амплитуды с распределением
.
Таким образом, .
Модели сигналов охватывают случаи одиночных импульсов и пачек импульсов. Пачки импульсов разделяют на пачки когерентных и некогерентных импульсов. Вид пачек показан на рисунке 1.2.1 [2].
Рисунок 1.2.1 – Форма пачек импульсов при плавном (а) и ступенчатом (б) обзоре пространства
В пачке когерентных радиоимпульсов начальные фазы импульсов коррелированы: . Пачка некогерентных радиоимпульсов состоит из импульсов с независимыми начальными фазами .
Формирование когерентных радиоимпульсов и особенности их спектров показаны на рисунке 1.2.2.
Рисунок 1.2.2 – Формирование когерентных радиоимпульсов
Стабильный задающий генератор (синтезатор частот) формирует колебания на частоте f1. После умножителя частоты (УмЧ) колебания несущей частоты f0 = nf1 попадают на усилитель мощности (УМ), где усиливаются и модулируются импульсами.
Формирование некогерентных радиоимпульсов показано на рисунке 1.2.3.
Рисунок 1.2.3 – Формирование некогерентных радиоимпульсов
На генератор колебаний радиочастоты, работающий в режиме самовозбуждения, подаются модулирующие импульсы и формируются мощные радиоимпульсы частотой f0 со случайной начальной фазой, что объясняется случайным характером начальных условий самовозбуждения.
Что касается помех, то в дальнейшем рассматриваются модели некоррелированной помехи – «белый» шум, коррелированной помехи – «пассивная» помеха и «негауссовой» активной помехи.
Выводы по первой главе
В первой главе был рассмотрен принцип построения простейшей РЛС и приведена обобщённая структурная схема такого построения. Было установлено, что простейшая РЛС состоит из приёмного устройства, передатчика, антенного устройства, вычислительного устройства и устройства отображения информации. Помимо обнаружения объектов, РЛС передаёт и другую информацию о целях, позволяющую идентифицировать объекты.
Перспективная РЛС состоит из фазированной антенной решетки, синтезатора-синхронизатора, аналогового процессора (приемника), цифрового процессора и устройства отображения информации.
По характеру размещения частей аппаратуры в пространстве различают однопозиционные, двухпозиционные (бистатические) и многопозиционные РЛС. В многопозиционных радиолокационных системах обработка информации производится в несколько этапов, а затем объединяется. Чем выше уровень объединения информации, т.е. чем меньше информации теряется на приёмных позициях до совместной обработки, тем выше энергетические и информационные возможности такой РЛС, но тем и сложнее аппаратура центрального пункта обработки и выше требования к пропускной способности линий передачи информации.
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МОБИЛЬНЫХ РЛС
Построение модели мобильной радиолокационной системы
Рассмотрим построение модели мобильной радиолокационной системы на примере РЛС 1Л117 [3].
РЛС 1Л117 является следующим логическим этапом в развитии целой серии РЛС дециметрового диапазона. Это трехкоординатная мобильная РЛС обнаружения, целеуказания и опознавания. Может работать автономно или в сопряжении с другими РЛС, подвижными радиовысотомерами (ПРВ), комплексами средств автоматизации (КСА). Предназначена для обзора воздушного пространства вокруг точки стояния и определения координат (азимут, наклонная дальность и высота) обнаруженных воздушных целей. Позволяет осуществлять обнаружение и сопровождение как одиночных целей, так и групповых, а также производить их опознавание. Принята на вооружение в 1995 г. Имеет увеличенную дальность обнаружения целей до 320 км, используется цифровая обработка информации, касающаяся автоматического обнаружения, захвата на сопровождение, более совершенное подавление помех и значительно повышена надежность по сравнению с предыдущим аналогом РЛС П-37.
Вся аппаратура РЛС, исключая операторскую кабину, размещается на четырех буксируемых машинах: машина № 1 платформа 52-У-415М с приёмо-передающей аппаратурой, машина № 2 - автомобиль ЗИЛ-131Н с операторской кабиной, аппаратурой управления, синхронизации, обработки, отображения и передачи РЛИ; машины № 3, 4 - электростанция 1Э9М2, машины № 5А и 6 – прицеп к грузовому автомобилю (2 шт.) для транспортировки антенных устройств, запасных инструментов и принадлежностей (ЗИП) и другого вспомогательного оборудования РЛС.
Рисунок 2.1.1 – Радиолокационный комплекс системы 1Л117
РЛС 1Л117 осуществляет обзор окружающего пространства вращением антенны вкруговую. Таким образом, пределы обзора по азимуту у РЛС 1Л117 составляют 360°.
Исследование характеристик мобильных радиолокационных систем на основе их моделей
Теперь на основе приведённой выше модели мобильной РЛС 1Л117 рассмотрим её характеристики [3].
Антенная система РЛС 1Л117 излучает электромагнитную энергию и ведет приём энергии эхо-сигналов в узком секторе по азимуту шириной 1 –1,5° и в достаточно широком секторе по углу места в пределах от +20' до +28°.
Форма зоны обнаружения определяется формой диаграммы направленности антенны (ДНА) РЛС в вертикальной плоскости и характером перемещения антенны в пространстве (рис. 2.2.2).
Рисунок 2.2.2 – Зоны обнаружения РЛС 1Л117:
1 – зона обнаружения РЛС 1Л117М целей с эффективной площадью рассеяния (ЭПР) 10 м2; Ро = 0,8; Рлт = 10–6;
3 – с измерением высоты;
– зона обнаружения РЛС 1Л117М целей с ЭПР 2 м2; Ро = 0,5; Рлт = 10–6;
4 – с измерением высоты
Пределы обзора по углу места могут быть увеличены за счёт использования механизмов наклона нижней и верхней антенн. Фокальную ось нижней антенны можно поднимать и опускать от исходного положения в пределах ±4,5°, а верхней антенны – поднять до +4,5° и опустить до – 7,75° от исходного положения. Радиус «мертвой воронки» (не просматриваемой области пространства над РЛС) равен примерно удвоенной высоте цели.
Максимальная дальность обнаружения целей с эффективной отражающей поверхностью (ЭОП) = 10 м2 составляет 340 км. Высота обнаружения – 50 - 25 000 м. Максимальный угол места – 28°. Определение высоты целей – до 17 000 м.
Значения дальности обнаружения целей в зависимости от высоты и режима работы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Дальность обнаружения целей РЛС 1Л117 в зависимости от высоты и режима работы [3]
ЭОП, м2Режим Высота, м
50 500 3000 8000 12000 - 25000
10 Редкий I, II Д, км 25 70 160 280 320
1,0 Амплитудный редкий I, II Д, км 70 160 180 0,1 Когерентный частый Д, км 70 130 Боевые возможности РЛС определяются техническими характеристиками (параметрами) её систем и устройств. Основными из них являются следующие:импульсная мощность передатчика каждого из пяти каналов – не менее 700 кВт;
режимы запусков: РЕДКИЙ-I, при котором период повторения соответствует дальности 400 км; РЕДКИЙ-II, при котором период повторения соответствует дальности 450 км; ЧАСТЫЙ-I и ЧАСТЫЙ-II, при которых период повторения является переменным и соответствует дальностям 210 и 190 км поочередно;коэффициент шума приёмных устройств – не более 5;
источник электропитания (переменное трехфазное напряжение 220 В 50 Гц и 400 Гц мощностью по цепям 50 Гц – не более 50 кВт, по целям 400 Гц – не более 25 кВт).
Для характеристики точности определения координат принята максимальная ошибка в 80 % измерений. Это такая величина ошибки, при которой из 100 измерений 80 не превышают данной величины.
Чем точнее будут выданы координаты целей, тем успешнее будет обеспечено наведение самолетов-перехватчиков на цель.
Скорость вращения антенны РЛС 1Л117 составляет 3 или 6 об/мин. При этом минимально возможный интервал времени между двумя соседними донесениями об одной и той же цели (т. е. дискретность) составляет в первом случае 20 с, во втором – 10 с. Чем меньше дискретность выдачи координат целей, тем точнее определяется маршрут полета и манёвр цели, качественнее обеспечивается наведение перехватчиков на цель.
По точности, разрешающей способности и дискретности выдачи координат РЛС 1Л117 можно отнести к РЛС точной информации, удовлетворяющей требованиям наведения истребительной авиации и целеуказания зенитным ракетным войскам (ЗРВ).
Метеоусловия, необходимые для нормальной работы РЛС 1Л117:
температура окружающего воздуха от –40 до +50 °С;
относительная влажность воздуха до 95 % при температуре +20 °С;
допустимая скорость ветра до 25 м/с;
высота над уровнем моря не более 1 000 м.
Временное и частотное представление сигнала
Реакцию системы на произвольное воздействие можно рассчитать с помощью как её частотных, так и временных характеристик. В первом случае используют интеграл Фурье, во втором – интеграл свёртки [4]. Частотные и временные характеристики соответствуют различным способам представления свойств системы: частотному (спектральному) и временному. Оба вида характеристик зависят только от конфигурации, состава и параметров элементов цепи и имеют непосредственную связь между собой.
Как известно, импульсная временная характеристика a(t) численно равна реакции цепи на воздействие дельта-функции. Если K(jω) – комплексная функция системы, то с помощью обратного преобразования Фурье находим
.(2.3.1)
С другой стороны,
.(2.3.2)
Таким образом, комплексная функция цепи равна спектральной плотности ее импульсной временной характеристики, в то время как импульсная характеристика является обратным преобразова­нием Фурье (оригиналом) ее комплексной функции. Интегрирование в выражении (2.3.2) осуществляется в пределах от 0 до + ∞, так как a(t)=0 при t < 0.
Представляя комплексную функцию цепи через ее вещественную R(ω) и мнимую Х(ω) части и разлагая еjωt по формуле Эйлера, из уравнения (2.3.1) получим
.(2.3.3)
так как в силу четности функции R(ω) и нечетности X(ω) произведения R(ω) sin(ωt) и X(ω) cos(ωt) являются нечетными функциями частоты и
.(2.3.4)
Выражение (2.3.3) справедливо для всех значений времени t. Заменив в нем t на (– t) и учитывая, что a(t) = 0 при t < 0, находим
.(2.3.5)
Складывая равенства (2.3.3) и (2.3.5), получаем
.(2.3.6)
Отсюда, учитывая связь между временными характеристиками системы, находим переходную временную характеристику
.(2.3.7)
Полученные соотношения (2.3.6) и (2.3.7) позволяют по вещественной частотной характеристике цепи однозначно определить е` временные характеристики.
Вещественную частотную характеристику цепи R(ω) можно рассчитать или определить экспериментально, определяя порознь амплитудно-частотную K(ω) и фазо-частотную φ(ω) характеристики, так как R(ω) = K(ω)cosφ(ω). Если R(ω) задана графически, то временную характеристику цепи можно определить с помощью уравнения (2.3.7). Существует несколько методов определения временной характеристики цепи с помощью этого выражения, основанных на разных способах аппроксимации ее вещественной частотной характеристики. Наиболее известен метод трапецеидальных характеристик В. В. Солодовникова, в основе которого лежит замена кривой K(ω) суммой трапецеидальных характеристик.
Частотные и временные характеристики цепи взаимосвязаны. Изменение частотных характеристик всегда влечет за собой изменение временных характеристик, и наоборот. В качестве примера рассмотрим пропорциональное сжатие частотных характеристик по частоте. Этому соответствует изменение масштаба частоты. Подставив в выражение (2.3.1) K(jαω) вместо K(jω), получим
.(2.3.8)
Заменив в этом выражении αω на Ω и возвращаясь вновь к переменной ω, найдем
.(2.3.9)
Сравнивая полученное выражение с (2.3.1), отмечаем, что
. (2.3.10)
т. е. сжатию частотных характеристик по оси частот соответствует растяжение во столько же раз временной характеристики вдоль оси времени, и наоборот. Это вполне согласуется с выводом о связи между реакцией системы и шириной её полосы пропускания: чем уже полоса пропускания, тем медленнее протекают процессы.
Выводы по второй главе
Во второй главе была рассмотрена модель мобильной радиолокационной системы на примере РЛС 1Л117. Выяснили, что 1Л117 является современной РЛС последнего поколения, трехкоординатной мобильной, состоящей на вооружении российской армии с 1995 года. Аппаратура РЛС включает 6 машин на специализированных колёсных платформах. Дальность обнаружения целей до 320 км, максимальная дальность обнаружения целей с эффективной отражающей поверхностью составляет 340 км, пределы обзора по азимуту - 360°. Скорость вращения антенны РЛС 1Л117 составляет 3 или 6 об/мин. Пределы обзора по углу места могут быть увеличены за счёт использования механизмов наклона нижней и верхней антенн. Боевые возможности РЛС определяются техническими характеристиками (параметрами) её систем и устройств. Основными из них являются импульсная мощность передатчика каждого канала, режимы запусков, коэффициент шума приёмных устройств и источник электропитания.
ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МОБИЛЬНЫХ РЛС
Анализ перспективных направлений развития мобильных радиолокационных систем
В настоящее время радиолокационные методы широко применяются для решения задач исследования природных сред, в частности для дистанционного экологического мониторинга окружающего пространства. РЛС используются для слежения за состоянием воздушных и водных пространств, для обнаружения разливов нефти, атмосферных техногенных выбросов, грозовых и грозоопасных облаков и т. д. Однако далеко не все задачи мониторинга можно решить при помощи только одной РЛС. Например, сформировать требуемую зону видимости при заданных точностных параметрах или обеспечить получение информации об объекте, которая может быть предоставлена только средствами разных частотных диапазонов. Появляется идея объединить несколько РЛС так, чтобы их совокупность уже могла бы обеспечить требуемое количество и качество информации о наблюдаемых объектах, что делает актуальной разработку и внедрение пространственно-разнесённых и многодиапазонных радиолокационных систем и комплексов [5].
В [6] предложен вариант концепции построения системы радиолокационного контроля окружающей среды. В этой системе объединяется информация, поступающая от доплеровских метеорологических РЛС, РЛС ПВО, специализированных РЛС мониторинга окружающего пространства, пассивных радиотехнических средств. В [7] описаны принципы построения многофункционального радиолокационного комплекса мониторинга чрезвычайных ситуаций и прогнозирования состояния морских акваторий, также использующем информацию от миллиметровых, сантиметровых и декаметровых РЛС. В этих и многих других ситуациях возникает необходимость объединения данных об одном и том же объекте, получаемых разными датчиками. В этой статье, которая является развитием идей, изложенных в [7], рассматриваются вопросы объединения параметров движения радиолокационных целей, необходимого, когда несколько датчиков осуществляют совместное наблюдение за подвижными объектами, находящимися в пределах пересекающихся зон видимости. Такое объединение достигается в ходе совместной траекторной обработки.
Предлагаемый способ построения многодиапазонного радиолокационного комплекса [7, 8] базируется на идее объединения в его составе разнородных РЛС, каждая из которых, решая поставленные перед ней задачи, предоставляет информацию об обнаруженных ею целях в специализированный центр, где осуществляется совместная обработка.
Рисунок 3.1.1 – Структура совместной обработки изменений
Для объединения в составе комплекса отбираются независимо работающие РЛС, имеющие перекрывающиеся зоны видимости. Каждая РЛС производит обнаружение целей, измерение их координат, формирование отметки и передачу ее в центр обработки. Под отметкой понимается вся совокупность данных о цели, в нее входят: вектор измеренных параметров цели (дальность, азимут, угол места, радиальная скорость), ошибки измерения или корреляционная матрица ошибок, время обнаружения цели. Концепция построения комплекса допускает использование данных и от мобильных РЛС, при этом в состав отметки включаются координаты носителя РЛС в момент обнаружения цели.
Обоснования места и роли мобильных радиолокационных систем в перспективных ТСН
С применением достижений современной схемотехники, радиоэлектронных технологий и вычислительной техники сфера использования РЛС все более расширяется. Это объясняется, прежде всего, уникальными свойствами радиоволн, с помощью которых можно осуществить связь на дальние расстояния с широким спектром объектов [2].
Так как РЛС позволяет быстро и точно измерять дальность, радиальную скорость и азимут нескольких объектов одновременно, то в настоящее время сфера применения РЛС значительно расширилась. РЛС используются не только в военных целях для обнаружения и отслеживания перемещения противника и его техники, но и широко применяются для решения многих гражданских задач. Например, в орнитологии для отслеживания миграции птиц [9],
Рисунок 1 – Схематический рисунок вертикального режима работы радара. Рисунок 2 – Схема пролета птиц под разными углами относительно диаграммы антенны в режиме вертикального сканирования
для мониторинга состояния окружающей среды – обнаружения разливов нефти, атмосферных техногенных выбросов, грозовых и грозоопасных облаков [10].
Рисунок 3 – Мониторинг разлива нефтяного пятна на экране радара РЛС. Рисунок 4 – Разлив нефти в морской акватории
В автомобильной промышленности автомобили всё чаще оснащают радиолокационными системами, помогающими водителям в опасных ситуациях и снижающими количество ДТП [11].
Рисунок 5 - Автомобильные РЛС обеспечивают безопасность автомобиля
Поэтому автомобильная индустрия всё чаще использует РЛС в современных системах помощи водителю (от англ. Advanced Driver Assistance Systems, ADAS).
При разработке и запуске новой РЛС, наряду с выбором формы радиолокационного сигнала, не менее важную роль играют тестирование и точность измерений. Новые конструкции РЛС должны обеспечивать корректную работу всех аппаратных и программных компонентов во всех предусмотренных условиях эксплуатации. Из-за этого возникают особые требования к измерениям и задачи для измерительной аппаратуры. Поэтому принципиальное значение имеет техническое понимание структуры радиолокационных сигнала.
Для уменьшения неопределённости системы тестовые решения должны обладать высокой производительностью, точностью и соответствовать современным проектным требованиям.
Выводы по третьей главе
В третьей главе было предложено несколько вариантов концепций развития РЛС. Первая из них – это построение единой системы радиолокационного контроля за окружающей средой, подразумевающая объединение данных об одном и том же объекте, получаемых с разных РЛС. Цель такого объединения – улучшение прогнозирования различных ситуаций, например, улучшения точности наблюдения за подвижными объектами и сокращение составляющих помех, повышение надёжности измерительной системы.
Как показывают проведённые исследования, объединение различных РЛС в единую систему мониторинга и контроля обеспечивает значительное улучшение большинства характеристик обрабатываемых сигналов, а ухудшение всего одной из них не оказывает существенного влияния на функционирование всего комплекса.
Дальнейшие работы по развитию РЛС в различных сферах жизнедеятельности человека, будь то орнитология, экология или автомобильная промышленность, приведут к совершенствованию как алгоритмов обработки сигналов, использующихся в РЛС, так и к совершенствованию конструкций самих РЛС, к созданию новых типов РЛС и их внедрению в другие области промышленности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе были рассмотрены принципы построения мобильных радиолокационных систем, сигналы, используемые в мобильных радиолокационных системах, построение модели и исследование характеристик мобильных РЛС на основе их моделей и выполнен анализ перспективных направлений развития мобильных радиолокационных систем.
Было установлено, что современные мобильные РЛС представляют собой, с одной стороны, военные комплексы, использующиеся для обнаружения, отслеживание и опознавания объектов противника, с другой стороны как разновидность социально важных систем, применяющихся для решения различных гражданских задач. В этом качестве РЛС представляет особый интерес, так как приобретает определенную функциональную ценность как компонент некоторой целостной системы, без которой последняя не сможет работать полноценно. С этой точки зрения РЛС, как элемент гражданской промышленности, представляют собой объект со своими собственными алгоритмами обработки сигналов, со своей собственной уникальной конструкцией и интеллектуальной средой (электронной базой и программным обеспечением, обслуживающим персоналом).
Поскольку конкретная РЛС (будь то мобильная или стационарная, использующаяся в военной или гражданской отрасли), является результатом принципов радиолокационного взаимодействия посредством соответствующих устройств и технологий, такая система является объектом научно-технической и инженерной деятельности и её методологии. Это значит, что процедуры разработки РЛС нового типа и её внедрение в ту или иную сферу деятельности человека оказываются значительно более сложными, требующими тщательной подготовки кадров и наличия устойчивой материально-технической базы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ботов, М. И. Введение в теорию радиолокационных систем: монография / М. И. Ботов, В. А. Вяхирев, В. В. Девотчак; ред. М. И. Ботов. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 394 с. ISBN 978-5-7638-2740-8 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://vii.sfu-kras.ru/images/libs/Vvedenie_v_teoriyu_radiolokacionnyh_sistem_0.pdf (дата обращения: 07.05.2019).
Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. — М.: Радиотехника, 2004, – 320 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://books.sernam.ru/book_rds.php (дата обращения: 07.05.2019).
Основы построения радиол