/
Author: Ширман Я.Д. Багдасарян С.Т. Маляренко А.С. Леховицкий Д.И.
Tags: электротехника компьютерные технологии радиоэлектроника
ISBN: 5-88070-112-3
Year: 2007
Text
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ основы построения и теория
справочник
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ
СИСТЕМЫ
основы построения и теория
Под редакцией Я. Д. Ширмана
РАДИОТЕХНИКА
справочник
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ
СИСТЕМЫ
основы построения и теория
Издание второе, переработанное и дополненное
Под редакцией
доктора технических наук,
профессора Я. Д. Ширмана
Москва «Радиотехника» 2007
УДК 621.396.327+681.3/8 (03)
Р15
ББК 32.8/9 я2
Справочник
Рецензенты:
член-корреспондент РАН, докт. техн, наук, профессор Я Б. Федоров;
засл, деятель науки Украины, докт. техн, наук, профессор |С. И Красногоров
Авторы:
Я. Д. Ширман, С. Т. Багдасарян, А. С. Маляренко, Д. И. Леховицкий, С. П. Лещенко, Ю. И. Лосев,
А. И. Николаев, С. А. Горшков, С. В. Москвитин, В. М. Орленко
Р15 Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и
доп. / Под ред. Я. Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. - 512 с.: ил.
ISBN 5-88070-112-3
Рассмотрены основы построения, общие вопросы оптимизации и теория радиоэлектронных систем
локации, навигации, передачи информации, управления, радиоэлектронной борьбы, а также вопросы
распространения волн и элементы общей системотехники. По сравнению с первым изданием справочник
существенно переработан и дополнен с учетом последних мировых научных достижений.
Для инженеров, преподавателей и студентов вузов, специализируюгцихся в области локационной и
навигагрюнной системотехники, общей радиотехники и радиофизики.
ISBN 5-88070-112-3
УДК 621.396.327+681.3/8 (03)
ББК 32.8/9 я2
© Авторы, 2007
© Издательство «Радиотехника», 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ко второму изданию..............8
Из предисловия к первому изданию............9
Часть первая
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
1. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И РАЗНОВИДНОСТИ РЭС
1.1. Волны, используемые в радиоэлектронике....10
1.2. Классификация и иерархия радиоэлектронных
средств и систем (РЭС) ..................12
1.3. Условия размещения и взаимодействие РЭС...13
1.4. Элементная база и ее влияние на облик РЭС.14
1.5. Рекомендации по использованию
Справочника..............................14
2. ЛОКАЦИОННЫЕ РЭС
2.1. Общие сведения .........................15
2.2. Радиолокация, ее задачи и виды..........15
2.3. Оптическая локация......................38
2.4. Акустическая локация....................41
2.5. Интроскопические разновидности и аналоги
локационных методов......................43
2.6. Расположение материала по локационным
РЭС в Справочнике. Ссылки на литературу..44
3. НАВИГАЦИОННЫЕ РЭС
3.1. Общие сведения .........................45
3.2. Радионавигация .........................45
3.3. Особенности непозиционной навигации.....48
3.4. Комплексирование навигационных средств..50
3.5. Особенности гидроакустической навигации.50
3.6. Расположение материала по навигационным
РЭС в Справочнике. Ссылки на литературу..51
4. РЭС ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
4.1. Общие сведения .........................52
4.2. Основные понятия и определения .........52
4.3. Дискретизация непрерывных сигналов......52
4.4. Каналы, тракты, системы передачи данных
и связи..................................53
4.5. Сети связи и их структуры...............53
4.6. Многоканальные системы связи............55
4.7. Разновидности линий связи ..............56
4.8. Подвижные и мультимедийные сети связи ..59
4.9. Управление в сетях связи ...............61
4.10. Примеры информационных технологий
в сетях связи............................62
4.11. Расположение материала по РЭС передачи
информации в Справочнике.
Ссылки на литературу ....................62
5. РЭС УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1. Общие сведения .........................63
5.2. АСУ. Общие сведения ...................63
5.3. АСУ организации и управления
воздушным движением (ОВД и УВД) ............64
5.4. АСУ оборонного назначения...............65
5.5. АСУ управления космическими комплексами ...70
5.6. Наведение движущихся объектов
как разновидность управления .................71
5.7. Робототехника и искусственный интеллект....75
5.8. Системы управления гибким
автоматизированным производством (СУ ГАП) .76
5.9. Кредитно-финансовые системы ..............76
5.10. Кибернетика..............................76
5.11. Расположение материала по РЭС управления
в Справочнике. Ссылки на литературу...........76
6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ.
РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ БОРЬБА.
РАЗНОВИДНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЭС
6.1. Общие сведения............................77
6.2. Факторы, определяющие возникновение
взаимных помех РЭС............................77
6.3. Мероприятия по повышению ЭМС .............78
6.4. Радиоэлектронное подавление как составная
часть РЭБ.....................................79
6.5. Радиоэлектронная разведка ................83
6.6. Радиоэлектронная защита ..................84
6.7. Примеры интегрированных систем (комплексов)
РЭП и РЭР.....................................86
6.8. Энергетические РЭС поражающего
воздействия ..................................87
6.9. Энергетические РЭС технологического
воздействия ..................................89
6.10. Энергетические РЭС биомедицинского
воздействия ..................................89
6.11. Энергетические РЭС добывания
и транспортировки энергии ....................90
6.12. Расположение материала по ЭМС, РЭБ и ЭРЭС
в Справочнике. Ссылки на литературу ..........90
Часть вторая
ФИЗИЧЕСКИЕ И СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
7. РАЗНОВИДНОСТИ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ
ЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
7.1. Общие сведения...........................91
7.2. Временная модуляция сигналов активной
радиолокации..................................88
7.3. Примеры пространственно-временной
модуляции сигналов однопозиционной
активной радиолокации.........................91
7.4. Использование апертурного синтеза........99
7.5. Пространственно-временная модуляция
запросных сигналов............................99
7.6. Особенности пространственно-временной
модуляции и обзора пространства
в многопозиционной радиолокации.........100
7.7. Особенности пространственно-временной
модуляции сигналов оптической локации.....100
7.8. Особенности пространственно-временной
модуляции сигналов гидроакустической
локации.................................101
3
8. ВТОРИЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
И МОДУЛЯЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ
АКТИВНОЙ ЛОКАЦИИ
8.1. Общие сведения .......................102
8.2. Энергетические и поляризационные
характеристики вторичного излучения.........102
8.3. Волновые уравнения и методы точного
решения дифракционных задач................104
8.4. Вторичное излучение тел, малых
по отношению к длине волны.................108
8.5. Вторичное излучение тел
с линейными размерами одного порядка
с длиной волны.........................109
8.6. Вторичное излучение тел с размерами,
значительно превышающими длину волны........110
8.7. Модуляционные эффекты вторичного
излучения..................................115
8.8. Экспериментальные и расчетные методы
определения характеристик вторичного
излучения..................................119
8.9. Объемно-распределенные вторичные
излучатели.................................127
8.10. Поверхностно-распределенные вторичные
излучатели.................................130
8.11. Маскировка вторичного излучения
в радиолокации.............................134
8.12. Особенности вторичного излучения
в оптической локации.......................136
8.13. Особенности вторичного излучения
в гидроакустической локации................137
9. РАЗНОВИДНОСТИ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ
НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
9.1. Общие сведения.........................138
9.2. Навигационные сигналы систем ближней
навигации и посадки самолетов...............138
9.3. Навигационные сигналы систем дальней
и глобальной навигаций......................138
9.4. Навигационные сигналы спутниковых
радионавигационных систем (СРНС)............139
9.5. Релятивистские эффекты в высокоточных
измерительных системах......................144
9.6. Навигационные сигналы автономных
систем радио- и оптической навигаций.........147
9.7. Особенности навигационных сигналов систем
гидроакустической навигации.................147
10. МОДУЛЯЦИЯ СИГНАЛОВ В РЭС ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ
10.1. Общие сведения........................148
10.2. Амплитудная модуляция (AM)............148
10.3. Частотная модуляция (ЧМ)..............148
10.4. Фазовая модуляция (ФМ)................149
10.5. Относительная ФМ (ОФМ)................149
10.6. Многократные методы модуляции.........150
10.7. Комбинированные методы модуляции......151
10.8. Однополосные методы модуляции (ОММ)...151
10.9. Импульсные методы модуляции...........151
10.10. Использование широкополосных сигналов
в системах передачи информации..............152
10.11. Радиолинии с псевдослучайной
перестройкой рабочей частоты (ППРЧ)
и устройствами динамического хаоса (УДХ).... 152
10.12. Многоступенчатые виды модуляции......152
10.13. Сравнительный анализ основных видов
модуляции..................................153
10.14. Сетевые модемы......................154
11. ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ РЭС
И ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН
НА ИХ РАБОТУ
11.1. Квазиоптические варианты уравнений
дальности действия РЭС .....................155
11.2. Дополнительные сведения о влиянии
земной поверхности на работу радио-
и оптических РЭС............................160
11.3. Дополнительные сведения о влиянии
атмосферы Земли на работу радио-
и оптических РЭС............................163
11.4. Совместное влияние поверхности
и атмосферы Земли на работу РЭС
декаметрового и более длинноволновых
радиодиапазонов.............................174
11.5. Влияние реальной водной среды на работу
гидроакустических РЭС..................180
12. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ СИСТЕМОТЕХНИКИ
12.1. Понятие общей системотехники.
Жизненный цикл систем..................182
12.2. Элементы теории массового обслуживания .... 183
12.3. Методы оценивания и повышения
надежности ............................185
12.4. Эргономика и экология в технике РЭС...188
13. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ РЭС,
ИХ СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
13.1. Общие сведения........................190
13.2. Модулирующие помехи при одноканальном
приеме.................................192
13.3. Аддитивные маскирующие помехи.........195
13.4. Аддитивные имитирующие помехи.........200
13.5. Исходные статистические модели сигналов .... 202
13.6. Дискретизированные и вэйвлетные модели
сигналов...............................203
13.7. Модели аддитивных помех...............207
13.8. Особенности моделей сигналов и помех
оптической активной локации............211
13.9. Особенности сигналов и помех в пассивной
(радио- и оптической) локации..........214
Часть третья
ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ
СИСТЕМ
14. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОПТИМИЗАЦИИ
14.1. Общие сведения .........................216
14.2. Показатели качества, критерии
предпочтения и методы оптимизации РЭС.........216
14.3. Экстремумы скалярных функций
в отсутствие ограничений ....................217
14.4. Локальные экстремумы скалярных
функций при ограничениях в виде равенств ... 219
14.5. Локальные экстремумы при ограничениях
в виде неравенств............................220
14.6. Элементы линейного программирования.....221
4
15. ОСОБЕННОСТИ СТАТИСТИЧЕСКОЙ
ОПТИМИЗАЦИИ РЭС
15.1. Основные разновидности задач
статистической оптимизации.......................224
15.2. Методы и критерии безусловной
оптимизации статистических решений ..............225
15.3. Методы условной статистической
оптимизации .....................................228
15.4. Выбор методов статистической
оптимизации .................................... 228
Часть четвертая
АЛГОРИТМЫ, ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
И ТЕХНОЛОГИИ ОБНАРУЖЕНИЯ
СИГНАЛОВ
16. ОПТИМИЗАЦИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ.
ОДНОКАНАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ НА ФОНЕ
НЕКОРРЕЛИРОВАННЫХ СТАЦИОНАРНЫХ
ГАУССОВСКИХ ПОМЕХ
16.1. Оптимизация обнаружения сигналов.....229
16.2. Корреляционное обнаружение когерентных
сигналов на фоне некоррелированных
стационарных гауссовских помех........232
16.3. Согласованное фильтровое обнаружение
когерентных сигналов..................237
16.4. Обнаружение некогерентных сигналов...241
17. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ
НА ФОНЕ ПРОИЗВОЛЬНЫХ ГАУССОВСКИХ
И РАЗНОВИДНОСТЕЙ НЕГАУССОВСКИХ ПОМЕХ
17.1. Многоканальное обнаружение сигналов
с известными параметрами на фоне
произвольных гауссовских помех...............246
17.2. Обнаружение сигналов со случайными
параметрами на фоне произвольных
гауссовских помех............................249
17.3. Примеры временной когерентной обработки
сигналов на фоне гауссовских помех...........250
17.4. Примеры разделяющейся
пространственно-временной когерентной
обработки сигналов на фоне
гауссовских помех............................251
17.5. Примеры неразделяющейся
пространственно-временной когерентной
обработки сигналов на фоне
гауссовских помех............................254
17.6. Оптимизация весового суммирования как
вида обработки с частично заданной
структурой ..................................255
17.7. Теория обнаружения произвольных
гауссовских сигналов на фоне
гауссовских помех............................256
17.8. Примеры к теории обнаружения
произвольных гауссовских сигналов
(случаи некоррелированных гауссовских
помех).......................................257
17.9. Примеры к теории обнаружения
произвольных гауссовских сигналов
(случаи коррелированных гауссовских
помех).......................................260
17.10. Особенности обнаружения сигналов на фоне
негауссовских помех.....................262
17.11. Знаковые и ранговые непараметрические
обнаружители...................................264
17.12. Особенности обнаружения оптических
сигналов.......................................265
18. ФУНКЦИИ РАССОГЛАСОВАНИЯ
И ВОПРОСЫ РАЗРЕШЕНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ
18.1. Функции рассогласования когерентных
сигналов.....................................267
18.2. Время-частотные функции
рассогласования Вудворда.....................268
18.3. Когерентные сигналы без внутриимпульсной
модуляции ...................................269
18.4. Линейно-частотно -модулированные
когерентные сигналы..........................271
18.5. Нелинейно-частотно-модулированные
когерентные сигналы..........................273
18.6. Фазоманипулированные когерентные
сигналы......................................276
18.7. Обобщенные время-частотные функции
рассогласования когерентных сигналов.........280
18.8. Угло-частотные и угло-поляризационные
функции рассогласования когерентных
сигналов.....................................281
18.9. Вопросы разрешения сигналов ...........282
18.10. Согласованное разрешение..............282
18.11. Прямой синтез апертуры................283
18.12. Инверсный и комбинированный синтез
апертуры.....................................285
18.13. Оптимальное разрешение-обнаружение
(без привлечения вторичной обработки
сигналов)....................................287
18.14. Случайные рассогласования
и деоптимизации..............................292
19. ТЕХНОЛОГИИ АНАЛОГОВОГО
И ЦИФРОВОГО ОБНАРУЖЕНИЯ-РАЗРЕШЕНИЯ
СИГНАЛОВ
19.1. Общие сведения ........................293
19.2. Аналоговая согласованная фильтрация
когерентных сигналов на фоне
белого шума..................................293
19.3. Аналоговая согласованная
корреляционно-фильтровая обработка
когерентных сигналов на фоне
белого шума..................................295
19.4. Аналоговая обработка сигналов
на фоне коррелированных (пассивных)
помех при простейших методах
адаптации....................................297
19.5. Общие особенности цифровой обработки....301
19.6. Цифровая фильтрация сигналов...........302
19.7. Подавление боковых лепестков в технике
цифровой фильтрации....................306
19.8. Цифровая фильтрация случайных
процессов..............................306
19.9. Использование общей алгебры и теории
чисел в цифровой обработке.............308
19.10. Параллелизм и архитектура устройств
цифровой обработки сигналов..................311
19.11. Оптическая и акустооптическая обработка
сигналов.....................................311
5
19.12. Возможности спиновой обработки сигналов.... 313
19.13. Тенденции расширения спектра частот
сигналов РЭС и технологии их обнаружения... 314
19.14. Скрытность излучения и возможности
ее преодоления...................................316
Часть пятая
АЛГОРИТМЫ, ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА,
ТЕХНОЛОГИИ И ПРИЛОЖЕНИЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ
20. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОПТИМИЗАЦИИ
ИЗМЕРЕНИЯ
20.1. Показатели качества и критерии
оптимальности................................319
20.2. Байесовская теория измерения............319
20.3. Оптимальные оценки и приемники
оптимальных измерителей .....................320
20.4. Особенности регулярного и нерегулярного
измерения....................................321
20.5. Регулярное измерение в условиях
гауссовской априорной статистики.............323
20.6. Регулярное измерение в условиях
полигауссовской априорной статистики ........324
20.7. Возможность учета произвольной
негауссовской априорной статистики
при высокоточном регулярном измерении 325
20.8. Условная оценка максимума
правдоподобия.................................325
21. ИЗМЕРЕНИЕ НЕИЗМЕНЯЮЩИХСЯ
ПАРАМЕТРОВ
21.1. Общие сведения .........................326
21.2. Регулярное измерение амплитуды,
начальной фазы, частоты сигнала,
известного с точностью до измеряемого
параметра....................................326
21.3. Особенности регулярного измерения
неэнергетических параметров когерентного
сигнала с известным распределением
неинформативных параметров...................327
21.4. Регулярное измерение времени
запаздывания и частоты колебаний
когерентных сигналов.........................328
21.5. Регулярное измерение угловых координат
источников когерентных сигналов...............330
21.6. Измерение неэнергетических параметров
для простейших моделей некогерентных
сигналов на фоне шума........................334
21.7. Измерение неэнергетических параметров
для моделей гауссовских сигналов
на фоне шума.................................335
21.8. Особенности измерения энергетического
параметра гауссовского сигнала на фоне
гауссовской помехи...........................338
21.9. Фазометрическое измерение
неэнергетических параметров для модели
частично-когерентного сигнала с гауссовским
распределением начальных фаз.................339
21.10. Регулярное измерение информативных
параметров сигналов с неизвестным
распределением неинформативных
параметров...................................340
21.11. Примеры алгоритмов разрешения-измерения
и их регуляризации .........................341
21.12. Особенности измерения параметров
сигналов с широким спектром частот..........342
21.13. Особенности оптических измерений......344
22. ИЗМЕРЕНИЕ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ
ВО ВРЕМЕНИ ПАРАМЕТРОВ.
ОСОБЕННОСТИ КОСВЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ
22.1. Общие сведения........................345
22.2. Вероятностные многошаговые модели
и принцип байесовской нелинейной
фильтрации..................................345
22.3. Модели дискретного изменения
параметров в виде стохастических уравнений
и многошаговая квазилинейная
фильтрация оценок...........................346
22.4. Модели в виде стохастических
дифференциальных уравнений и непрерывная
квазилинейная фильтрация..............'.....349
22.5. Примеры марковских моделей изменения
параметров и квазилинейной фильтрации
оценок......................................350
22.6. Примеры координатных преобразований,
комплексирования исходных данных
и связанной с ними фильтрации...............354
22.7. Оценивание параметров интенсивно
маневрирующей цели без явного перехода
к алгоритмам нелинейной фильтрации..........356
22.8. Оценивание параметров интенсивно
маневрирующей цели с явным
переходом к алгоритмам нелинейной
фильтрации..................................366
22.9. Особенности прогнозирования,
совокупного сглаживания и интерполяции 368
22.10. Стационарные режимы оценивания
случайных процессов.........................368
22.11. Дополнительные вопросы теории
измерений...................................370
23. ОБНАРУЖЕНИЕ-ИЗМЕРЕНИЕ,
ИЗМЕРЕНИЕ-УПРАВЛЕНИЕ,
ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ
23.1. Общие вопросы обнаружения-измерения....371
23.2. Одногипотезное обнаружение-измерение
с отождествлением...........................374
23.3. Одногипотезное обнаружение-измерение
с вероятностным объединением данных.........376
23.4. Многогипотезное обнаружение-измерение..379
23.5. Специфика и аномалии
обнаружения-измерения-отождествления
в различных РЭС........................379
23.6. Управление объектами при полной
информации об их состоянии.............382
23.7. Измерение-управление...................386
23.8. Динамические модели наводимых
объектов в отсутствие автоматического
управления ........................... 387
23.9. Автопилоты и динамические модели
стабилизированных ими объектов.........389
23.10. Звенья и контуры самонаведения........390
23.11. Обработка изображений.................392
23.12. Цифровые реализации обработки
изображений..................................393
23.13. Особенности восстановления изображений
по проекциям.................................394
6
Часть шестая
КЛАССИФИКАЦИЯ, КОДИРОВАНИЕ
И АДАПТАЦИЯ
Часть седьмая
ПРИЛОЖЕНИЯ
24. КЛАССИФИКАЦИЯ,
ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ И КОДИРОВАНИЕ
24.1. Общие сведения .......................
24.2. Классификация детерминированных
сигналов и сигналов со случайными
начальными фазами............................
24.3. Элементы теории информации и ее связь
с теорией классификации сигналов ............
24.4. Повышение качества классификации
за счет кодирования .........................
24.5. Линейные блоковые коды ...............
24.6. Двоичные циклические коды.............
24.7. Сверточные и каскадные коды ..........
24.8. Криптография и закрытие сообщений.....
24.9. Классификация и кодирование
в радиолокации и навигации
с активным ответом ..........................
24.10. Принципы классификации в активной
радиолокации с пассивным ответом
и в пассивной радиолокации ..................
24.11. Байесовские аддитивные алгоритмы
многоальтернативной классификации............
24.12. Непараметрические алгоритмы
многоальтернативной классификации............
24.13. Нейросетевые алгоритмы
многоальтернативной классификации............
24.14. Компьютерное моделирование
радиолокационного распознавания..............
24.15. Моделирование распознавания типов
целей в полунатурных и натурных
условиях ....................................
24.16. Использование данных оптической
локации для классификации целей..............
25. АДАПТАЦИЯ
25.1. Общие сведения........................
25.2. Принципы адаптации к интенсивности
аддитивных помех при одноканальном
приеме.......................................
25.3. Принципы адаптации к аддитивным
гауссовским помехам при многоканальном
приеме ......................................
25.4. Корреляционные автокомпенсаторы.......
25.5. Адаптивные решетчатые фильтры.........
25.6. Адаптивное обнаружение-измерение-
разрешение взаимно мешающих
аддитивных шумовых излучений.................
25.7. Адаптация к аддитивным помехам
при дефиците исходных данных.................
25.8. Адаптация к мультипликативным помехам
в радионавигации и радиолокации..............
25.9. Адаптация к многолучевому распространению
волн в РЭС передачи информации...............
25.10. Адаптивная оптика, интегральная оптика
и дифракционная оптика.......................
396
396
399
401
402
403
406
408
409
414
418
420
421
423
425
426
427
427
431
435
439
442
445
446
451
452
26. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МАТРИЦ
26.1. Общие сведения........................453
26.2. Операции сложения и умножения
матриц.....................................453
26.3. Операция обращения не особой
матрицы ...................................455
26.4. Собственные значения и собственные
векторы квадратных матриц .................456
26.5. Ортогональное представление
и диагонализация эрмитовых
и симметрических вещественных
матриц.....................................457
26.6. Функции от не особых эрмитовых
и симметрических матриц..............457
26.7. Векторно-матричное дифференцирование .458
26.8. Особенности организации матричных
вычислений...........................459
26.9. Обращение матриц специального вида...459
27. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
27.1. Случайные события....................460
27.2. Случайные величины...................462
27.3. Случайные процессы и поля............467
27.4. Потоки случайных событий.............468
27.5. Статистика выборочных нормальных
распределений........................469
28. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ АЛГЕБРЫ
И ТЕОРИИ ЧИСЕЛ
28.1. Основные понятия ..................470
28.2. Кольца целых чисел и многочленов...470
28.3. Поля Галуа ........................472
29. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ О РЭС
29.1. Общие сведения ....................475
29.2. Система УДК и особенности ее
использования.......................475
29.3. Система ББК и особенности ее
использования.......................476
29.4. Международная система нумерации книг
и периодических изданий.............476
29.5. Кодовые обозначения РЭС............477
29.6. Интернет как источник пополнения
знаний о РЭС........................478
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................479
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ .....................493
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.....................495
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.....................497
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ......................509
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Процесс дифференциации новых областей знаний
является неотъемлемой особенностью научно-техни-
ческого прогресса. Но ряду специалистов, исследовате-
лей и учащихся вузов знания нужны в комплексе. Воз-
никает задача интеграции (обобщения) знаний. Для ра-
диоэлектронных систем (РЭС) эта задача в Справочни-
ке решается с учетом мировых достижений и научных
достижений авторов.
Справочник охватывает:
1. Основы построения РЭС различного назначения
(локации, навигации, связи, управления, радиоэлек-
тронной борьбы) и с различной физической природой
волновых процессов (радио, оптической, акустической).
2. Теорию РЭС, представленную в кратком и еди-
нообразном для различных РЭС виде.
Стремясь к компактности и ясности, во втором из-
дании авторы сосредоточили внимание на вопросах:
> оптимизации обнаружения, измерения, классифи-
кации и управления, теории и кодирования информа-
ции, массового обслуживания и надежности;
> распространения волн и вторичного излучения;
> время-частотных и угло-поляризационных функ-
ций рассогласования сигналов.
Материал первого издания переработан с учетом
мировых достижений и научных результатов авторов.
По основам построения РЭС материал углублен в
части:
• РЭС вторичной локации, опознавания и распо-
знавания;
• РЭС спутниковой навигации;
• РЭС мобильной и спутниковой связи;
• РЭС ракетно-космической обороны;
• энергетических РЭС;
• применения сверхширокополосных сигналов в
РЭС;
• скрытности излучений РЭС и целей;
• обнаружения скрытных сигналов и целей.
Большое число вновь введенных примеров РЭС спо-
собствует охвату многообразия их построения.
По теории РЭС материал углублен в части:
• вторичной и третичной обработки (включая но-
вые варианты нелинейной фильтрации);
• адаптации к помехам и условиям распростране-
ния волн;
• распознавания локационных целей (нейросете-
вого, в том числе);
• вэйвлетного анализа колебаний;
• спектрально-временных преобразований Габора и
Вигнера-Вилле;
• прямого и инверсного синтеза апертуры, получе-
ния при этом трехмерной информации;
• согласованного и оптимального сверхразре-
шения;
• сверточных кодов;
• компьютерного моделирования вторичного излу-
чения и др.
Сохранены или расширены вспомогательные фи-
зико - математические сведения из:
> квантовой теории излучения (в интересах РЭС,
работающих в оптическом диапазоне);
> теории относительности (в интересах высоко-
точных космических навигационных РЭС);
> теории матриц (в интересах многопозиционной
и многоканальной обработки информации);
> общей алгебры и теории чисел (в интересах ко-
дирования и цифровой обработки информации);
> теории вероятностей как основы статистиче-
ской теории РЭС.
Сохранен элемент монографичности изложения во-
просов, активно разрабатывавшихся авторами.
Ссылки на разделы, подразделы, пункты, в преди-
словии дифференцируемые, даются далее единообразно
(например, разд. 3, разд. 3.1.6).
Редактирование проведено засл, деятелем науки
и техники Украины, лауреатом Государственных
премий СССР д.т.н. проф. Я.Д. Ширманом при
участии к.т.н. доц. С.Т. Багдасаряна и к.т.н. с.н.с.
А.С. Маляренко.
8
В написании Справочника участвовали:
д.т.н., проф. Я.Д. Ширман - разд. 1-3 (без подразд.
1.1.2, 1.1.3, 2.3), разд. 5-9 (без подразд. 5.2, 8.9, 8.10,
9.4.7, 9.4.8), разд. 11.1, разд.11.3, разд. 12-29 (без под-
разд. 12.4.2, 13.8, 17.12, 21.11-21.13, 22.7, 23.1-23.5,
23.10, 24.4-24.9, 25.3.1, 25.5, 25.6, 25.10).
к.т.н., доц. С.Т. Багдасарян - подразд. 2.2.22, 9.1-9.4,
11.4, 11.5, 18.6.6,21.1-21.3,21.5.3,21.10,21.11,25.8;
к.т.н., доц. С.А. Горшков - подразд. 2.2.19, 8.8-
8.10, 11.2, 18.11.2, 20.6, 22.3.4, 22.7, 23.1-23.5, 24.11.1,
24.11.2, 24.12, 24.14.1;
д.т.н., проф. Д.И. Леховицкий - подразд. 18.11.2,
25.1,25.3.1,25.5,25.6, 26.8;
д.т.н., с.н.с. С.П. Лещенко - подразд. 12.4.2, 21.12,
24.10, 24.11.2, 24.14.2;
д.т.н., проф. Ю.И. Лосев - разд. 4, разд. 10, подразд.
24.4—24.7, 28.3;
к.т.н., с.н.с. А.С. Маляренко - подразд. 1.1.2, 2.2.9-
2.2.22, 2.4.5, 2.5.1, 5.3, 5.4.1, 6.4.7, 6.7, 7.5, 9.4, 11.1,
11.2.1, 11.3, 23.5.2, 24.4.1, 24.4.2, 24.8, 24.9, 29.5. Им же
проведена особенно большая работа по совершенство-
ванию рисунков и созданию обложки книги.
к.т.н. С. В. Москвитин - подразд. 2.3.1-2.3.5,
2.3.10, 7.7, 8.12, 13.8, 17.12, 21.13, 23.11, 24.16, 25.10;
д.т.н., проф. А.И. Николаев - подразд. 1.1.3, 2.2.7-
2.2.18, 2.3.5-2.3.10, 2.5.1,5.4.1,5.4.2, 6.8, 24.16;
к.т.н. В.М. Орленко - подразд. 5.4.3, 8.8.8, 16.4,
19.13, 19.14, 24.13, 24.14.3, 24.15, 25.2, 25.3.2, 25.3.3,
27.2. Им же проведена работа по совершенствования
ряда рисунков книги.
Как следует из приведенного перечисления, часть
разделов написана авторами совместно.
Авторы выражают благодарность рецензентам
второго издания члену-корреспонденту РАН д.т.н.
проф. И.Б. Федорову и засл, деятелю науки Украины
лау-реату Государственной премии СССР д.т.н. проф.
|С.И. Красногорову] за внимание к работе.
Авторы признательны генерал-лейтенанту в отстав-
ке В.С Ярошенко., быв. директору FGAN доктору-
инженеру проф. К. Крюкеру, проф. Н.М. Слюсарю,
д.ф.-м.н. проф. Л.Ф. Черногору, д.т.н. В.Н. Фомину,
д.т.н. проф. Э.И. Шустову, к.т.н. с.н.с. Б.М. Вовшину,
к.ф.-м.н. доц. С.И. Гринбергу, к.т.н с.н.с. В.Ф. Зюки-
ну, к.т.н. с.н.с. И.Г. Кириллову, к.т.н. доц. В.П. Рябу-
хе, лауреату Госпремии СССР Н.Т. Томачинскому,
к.т.н. доц. В.Р. Хачатурову за предоставление мате-
риалов и полезные замечания. Авторы признательны
также к.т.н. И.И. Сачуку, который, предоставив заме-
чания по разд. 5, 22-23, участвовал в их реализации.
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Замысел и текст Справочника обсуждался с рядом специалистов, которым авторы выражают свою искреннюю
признательность. Так, замысел был поддержан академиками Ю.Б. Кобзаревым, А.Ф. Богомоловым и рядом дру-
гих ведущих специалистов. Авторы признательны рецензенту д.т.н. А И. Николаеву. Ряд полезных замечаний по-
лучен от рецензентской группы, возглавлявшейся д.т.н. С.И. Красногоровым, а также от к.т.н. Б.В. Найденова.
Учтены замечания д-в т.н. Абрамова В.С., Бахвалова Б.Н., Гомозова В.И., Казакова Е.Л., Сухаревского
О.И., Тютюнника.Ю.Ф., Цурского Д.А., к-в т.н. Алексеичева Д.Д., Багдасаряна С.Т., Бердникова А.Г.,
Лещенко С.П. , Мурзина Г.М., Остапенко В.Н., Хачатурова В.Р., Хисматуллина В.Ш., а также д.ф.-м.н. Суха-
ревского И.В., к.ф.-м.н. Гринберга С.И. и ст. преподавателя кафедры математики Першиной Л.В. Очень боль-
шую дружескую помощь в работе над корректурой книги в целом оказал к.т.н. Голиков В.Н.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ (РЭС)
1. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И РАЗНОВИДНОСТИ
РЭС
1.1. Волны, используемые в радиоэлектронике
1.1.1. Общие сведения о волнах
Обобщающее понятие радиоэлектроника сформи-
ровалось за последнее пятидесятилетие как расширение
понятия радиотехника в ходе технического освоения
электромагнитных и акустических волн и достижений
современной электроники. Радиоэлектроника охватыва-
ет радиотехнику, оптоэлектронику и акустоэлектро-
нику [0.5, 0.15, 0.19, 0.32, 0.34, 0.42].
Радиотехника и оптоэлектроника используют элек-
тромагнитные волны радио- и оптического диапазонов
(табл. l.l).
К радиоволнам относят электромагнитные волны с
частотой колебаний f = 3 кГц ... (3-6) ТГц и длиной
волны в свободном пространстве X = c/f = 100 км ...
(0,1-0,05) мм. Здесь с = 3108 м/с = 300 Мм/с - скорость
света в вакууме. Более точно с = (299 792 458±1,2) м/с.
Границы радио- и оптического диапазонов выделены
в табл. 1.1 утолщенными линиями. Приставки кратных
(кГц, ТГц, Мм) и дольных (мм, мкм) единиц поясняют-
ся в табл. 1.2.
Радиодиапазон разделен согласно международным
соглашениям [0.33] на более узкие диапазоны (декады)
с отношением крайних частот (длин волн в свободном
пространстве), равным 10. В табл. 1.1 в скобках приве-
дены наименования частот, приятые в [0.66].
Оптический диапазон также разбит, по возможно-
сти, подекадно. Отступления сделаны в связи с выделе-
нием диапазона видимого излучения и различными ва-
риантами уточнения границы радио- и оптического
диапазонов [0.32] (см. также разд. 13.9).
Таблица 1.1. Диапазоны частот (длин волн) электромагнитных колебаний
Номера декад Частоты Наименования частот или видов излучений Длины волн Наименования волн
1 3...30Гц — 10...100 Мм —
2 30... 300 Гц — 1...10Мм —
3 0.3 ..3 кГц (ULF) 0, 1.. 1 Мм Г ектокилометровые
4 3.. 30 кГц Очень низкие ОНЧ (VLF) 10... 100 км Мириам етровые. декакилометровые. сверхдлинные
5 30...300 кГц Низкие НЧ (LF) I...10 км Километровые, длинные
6 0. 3. .3 МГц Средние СЧ (MF) 0. 1...1 км Гектометровые, промежуточные
7 3...30 МГц Высокие ВЧ (HF) 10...100 м Декаметровые. короткие
8 30. .300 МГц Очень высокие ОВЧ (VHF) I...10 м Метровые
9 0. 3 ..3 ГГц Ультравысокие УВЧ (UHF) 0. 1...1 м Дециметровые
10 3. .30 ГГц Сверхвысокие СВЧ (SHF) 1... 10 см Сантиметровые
11 30... 300 ГГц Крайне высокие КВЧ (EHF) Г..10 мм Миллиметровые
12-13 0.3...6 ТГц — 0.05... 1 мм Субмиллиметровые
В том числе
12 0.3...3 ТГц Гипервысокие ГВЧ 0.1... 1 мм Децим илл иметровые
13 6..30 ТГц Инфракрасное дальнее 10...50 мкм Декамикрометровые
14-15 30...400 ТГц Инфракрасное ближнее 0.75...10 мкм
15 0.4...0.75 ПГц Видимое 0.4...0, 75 мкм
15-16 0.75 ..3 ПГц Ультрафиолетовое ближнее 100...400 нм
17 3...30 ПГц Ультрафиолетовое дальнее 10... 100 нм Декананометровые
18-23 0,03 ..30000 ЭГц Рентгеновское 10 фм...1О нм Нанометровые -декафетометровые
10
Наименования диапазонов, соседних с этой грани-
цей, даны в соответствии с установившейся традицией
и существенной квантово-волновой (а не чисто волно-
вой) природой излучений.
Границы участков оптического диапазона (табл. 1.1)
следует рассматривать как условные из-за отсутствия
столь жесткой стандартизации, как в радиодиапазоне. В
совокупный оптический диапазон включают чаще всего
13... 17-ю частотные декады электромагнитных колеба-
ний (табл. 1.1, Хтах = 50 мкм, Xmin = 1 нм). Иногда вклю-
чают и рентгеновское излучение X = 10 фм...1О нм, а
также инфракрасное с длинами волн 50...100 мкм.
Таблица 1.2. Приставки и сокращения,
используемые при образовании кратных
и дольных единиц
Приставка Кратность Приставка Дольность
Дека 10' Деци, д ю-'
Гекто, г ю2 Санти, с ю-2
Кило, к 103 Милли, м 10"3
Мирна, декакило*' ю4 Децимилли ИГ4
Мега, М 106 Микро, мк Ир
Гига. Г 109 Нано, н 10^
Тера. Т ю12 Пико, п 10~12
Пета, П ю'5 Фемто, ф 10'15
Экса. Э ю18 Атто. а 10~18
*
Используются для характеристики диапазонов волн Для
численного выражения величин не рекомендуются.
Столетие публичных демонстраций радио (А.С. Попов,
1895 г. и Г. Маркони, 1896 г.) ознаменовано выдающи-
мися успехами радиотехники и радиофизики. Радиотех-
ника стимулировала, в свою очередь, развитие вакуум-
ной и твердотельной электроники, которая приобрела
вскоре самостоятельное значение.
Эти достижения содействовали развитию промыш-
ленной автоматики, вычислительной техники, авиации
и космонавтики, медицинского приборостроения и т.д.
Не только радио-, но и оптический диапазон привлека-
ется ныне для решения задач передачи и извлечения
информации на основе достижений электроники.
На той же основе информационные задачи решаются
и с помощью акустических волн. Это относится, в пер-
вую очередь, к волнам в водной среде, в которой радио-
волны (за исключением мириаметровых) распростра-
няться не могут. В гидроакустике используются коле-
бания от сотен герц до сотен килогерц. Из-за малой
скорости распространения в воде (v = 1,5 км/с) это со-
ответствует длинам гидроакустических волн X = v/f от
метров до миллиметров.
1.1.2. Международные обозначения диапазонов
радиоволн
Обозначения диапазонов частот и длин волн РЭС,
принятые Международным союзом электросвязи [0.66}
по предложению США [0.73], приведены в табл. 1.3.
Каждый диапазонов дополнительно ограничивается
в зависимости от района Земного шара и назначения
РЭС (см. разд. 6.3 и [0.33]).
Редко, но используется [0.76, 6.25] вариант обозна-
чения диапазонов радиочастот (табл. 1.4).
Таблица 1.3. Обозначения диапазонов радиочастот
и длин волн РЭС
Обозначение диапазона Частоты. ГГц Длины волн
HF 0,003... 0,03 10...100м
VHF 0.03... 0.3 1... 10 м
UHF 0.3...1 30 см... 1 м
L 1...2 15...30 см
S 2...4 7,5... 15 см
С 4. 8 3,75...7.5 см
X 8...12 2,5 ...3.75 см
Кц 12...18 1.67... 2.5 см
к 18...27 1.11...1.67 см
Ка 27...40 0.75...1.11 см
V 40... 75 4...7,5 мм
W 75...НО 2.7...4.3 мм
mm НО. .300 1 ...2.7 мм
u mm 300...3000 0,1... 1 мм
Таблица 1.4. Вариант обозначения диапазонов
радиочастот
Обозначение диапазона Частоты. ГГц Длины волн
А 0.03...0,25 1,2... Юм
В 0.25...0.5 60 см . 1,2 м
С 0.5...1 30...60 см
D 1...2 15...30 см
Е 2...3 10... 15 см
F 3...4 7.5... 10 см
G 4...6 5...7,5 см
Н 6..8 3,75.. 5 см
I 8...10 3...3.75 см
.1 10...20 1.5 . 3 см
К 20...40 0.75... 1,5 см
L 40... 60 5.. 7,5 мм
М 60... 100 3... 5 мм
1.1.3. Параметры волновых процессов
Энергетические параметры волн произвольной
физической природы. Важнейшим энергетическим
параметром волн, проходящих через некоторую по-
верхность, считают поток излучения, т.е. среднюю
мощность излучения за время, значительно превышаю-
щее период колебаний. Единица потока излучения в
системе СИ I Вт. Поток излучения называют также
потоком мощности (потоком энергии за единицу вре-
мени) или просто потоком энергии.
Поверхностная плотность потока излучения (в аку-
стике интенсивность звука) [Вт/м2], представляет собой
поток излучения, приходящийся на площадку с единич-
ной поверхностью. Ее сводят к проекции вектора по-
верхностной плотности потока излучения S на нормаль
к площадке. Вектор S произвольного волнового процес-
са называют вектором Умова, а для электромагнитного
волнового процесса - вектором Пойнтинга [0.32].
Специфика параметров светового излучения.
Связана с наличием физиологического анализатора све-
та - глаза. Наряду с энергетическими используют фо-
тометрические характеристики светового излучения,
учитывающие восприятие света человеческим глазом.
11
Система всех этих характеристик более детализирована
для оптического, чем для радиоизлучения. Многовеко-
вый опыт астрономии привел также к использованию
звездных (астрофизических) характеристик наряду с
фотометрическими.
Детализация параметров светового излучения.
Наряду с поверхностной плотностью потока излучения
вводятся [0.32]:
• сила излучения [Вт/ср] (иначе энергетическая
сила света в заданном направлении) - отношение вели-
чины потока излучения, распространяющегося в задан-
ном направлении внутри малого телесного угла к вели-
чине последнего;
• энергетическая яркость малого элемента источ-
ника излучения в заданном направлении [Вт/ср м2] -
отношение силы излучения элемента поверхности к
площади его проекции на плоскость, перпендикуляр-
ную указанному направлению;
• энергетическая освещенность малого элемента
облучаемой поверхности - отношение потока мощно-
сти, падающего на этот элемент к его площади;
• спектральная плотность энергетической осве-
щенности - отношение энергетической освещенности в
малом участке спектра частот (или длин волн) к вели-
чине этого участка;
• спектральная эффективность регистрирующего
прибора - характеризует его выходной эффект при фик-
сированных частоте облучающих колебаний и энерге-
тической освещенности его входного отверстия.
Редуцированные (эффективные) фотометриче-
ские величины. Характеризуют параметры оптическо-
го излучения по его воздействию на заданный частотно-
селективный приемник, в частности, на наиболее рас-
пространенный - человеческий глаз [0.32].
В такой постановке вопроса каждую энергетическую
величину (силу света, яркость и т.д.) можно строго све-
сти к редуцированной величине - интегралу по спектру
от произведения спектральной плотности соответст-
вующей энергетической величины на спектральную
эффективность глаза. Однако, практически, вместо
стандартизации кривой спектральной эффективности
глаза предпочли сохранить исторически сложившуюся
систему редуцированных световых величин.
Как основную, в системе СИ используют единицу
силы света кандела [кд], определяемую по специально-
му эталону.
Световой поток змеряется в люменах [лм].
Световая эффективность глаза измеряется в люме-
нах на ватт [лм/Вт]. Ее наибольшее значение около
683 [лм/Вт] при длине волны Л » 555 нм.
Яркость измеряется в канделах на квадратный
метр [кд/м2], освещенность - в люксах [лк].
Звездные характеристики оптических источни-
ков излучений. Представляют собой логарифмические
меры редуцированной освещенности Е, создаваемой
этими источниками. Вычисляются по формуле Погсона
т = -2,5 lg£ + const,
константа в которой зависит от выбора единицы Е.
Для звезд, видимых невооруженным глазом, подоб-
ные характеристики введены Гиппархом и Птоломеем.
К звездам первой величины они отнесли наиболее яр-
кие, а к звездам шестой - наименее яркие звезды [0.41].
1.2. Классификация и иерархия
радиоэлектронных средств и систем (РЭС)
Радиоэлектронные средства и системы могут класси-
фицироваться по природе используемых волновых про-
цессов; по характеру решаемых задач; по своей соподчи-
ненности (иерархии); по условиям размещения; по харак-
теру взаимодействия; по своей элементной базе.
В частности, по природе используемых волновых
процессов РЭС могут быть:
• радиотехническими;
• оптическими;
• акустическими;
• комбинированными.
По характеру решаемых задач РЭС могут быть:
• информационными;
• энергетическими;
• информационно- энергетическими.
Информационные РЭС. Решают задачи:
• передачи информации на расстояние;
• извлечения информации;
• информационного обеспечения систем управления;
• сохранения общих информационных возможно-
стей в условиях массового применения взаимно ме-
шающих РЭС;
• избирательного разрушения (искажения) добывае-
мой или передаваемой противником информации и за-
щиты своей информации.
Исторически первыми решались проблемы передачи
информации с помощью радиоволн на большие рас-
стояния. Это проблемы техники связи, радио- и телеви-
зионного вещания, радиотелеметрии, передачи данных
автоматизированных систем управления (АСУ) и т.д.,
решаемые вариантами радио, проводных, оптических и
акустических устройств (разд. 4 и 10).
Приобрели вскоре важнейшее значение проблемы
извлечения информации о параметрах движения и ха-
рактеристиках объектов. Так, РЭС навигации (см.
разд. 3 и 9), радионавигации в том числе, обеспечивает
судовождение: морское, воздушное, космическое.
РЭС локации радио-, оптической и гидролокации
(см. разд. 2 и 7) извлекает информацию о воздушных,
космических, наземных, надводных и подводных объ-
ектах, не только содействующих, но и мешающих это-
му. Обширные, и даже гигантские, РЭС управления (см.
ниже и в разд. 5) появились на основе РЭС извлечения и
передачи информации.
Обилие взаимномешающей радиоэлектронной (РЭ)
аппаратуры поставило проблему сохранения общих
информационных возможностей, иначе проблему кон-
троля и обеспечения электромагнитной совместимо-
сти - ЭМС РЭС (разд. 6).
Оснащение вооруженных сил государств РЭС при-
вело, в свою очередь, к развитию радиоэлектронного
подавления и радиоэлектронной защиты как составных
частей радиоэлектронной борьбы -РЭБ (см. разд. 6).
Энергетические и информационно-энергетичес-
кие РЭС. К ним относят РЭС поражающего, технологи-
ческого и биомедицинского воздействия, добывания и
транспортировки энергии (см. разд. 6.8-6.11).
Иерархия РЭС. Совокупность РЭ устройств (при-
емных, передающих, индикаторных и т.д.), решающих
самостоятельную задачу, образует РЭ средство. Слож-
12
ные информационные задачи решаются объединенными
воедино разнотипными средствами, в том числе про-
странственно разнесенными, образующими информа-
ционную радиоэлектронную систему РЭС, иначе РЭ
комплекс. Понятие «система» толкуется при этом как
целое, составленное из частей [0.2, 6.26, 6.30, 6.31].
Примерами информационных РЭС являются РЭС
противовоздушной обороны объекта, аэродромного
узла, самолета, корабля, аэродрома, искусственного
спутника Земли (ИСЗ) и т.п. Информационные РЭС
взаимодействуют с РЭС управления и обычно входят
в них. Совокупности таких РЭС могут связываться
(разд. 4, 5, 9) в РЭС более высокого уровня:
• управления воздушным (морским) движением;
• управления космическими аппаратами;
• передачи сообщений через спутники связи;
• спутниковой радионавигации;
• противовоздушной обороны;
• предупреждения о ракетном нападении;
• противоракетной и противокосмической обороны.
В свою очередь, отдельные радиоэлектронные сред-
ства также оказываются сложными системами авто-
матического управления, решающими самостоятельные
задачи. Их также обычно относят к РЭС, но более низ-
кого по сравнению с другими уровня.
Иерархичность (соподчиненность) является, таким
образом, важной категорией современной системотех-
ники, а иерархический уровень (высший, низший, оди-
наковый) - одним из признаков классификации РЭС.
1.3. Условия
размещения и взаимодействие РЭС
Условия размещения РЭС.
По характеру размещения различают однопозици-
онные и многопозиционные РЭС.
По месту размещения аппаратуры различают на-
земные, надводные, воздушные, космические, подвод-
ные, подземные и комбинированные РЭС.
По степени транспортабельности РЭС могут быть
стационарными и мобильными, в том числе носимы-
ми, возимыми с размещением в контейнерах, автомо-
билях или автоприцепах, самоходными (с размещени-
ем на бронетранспортерах и танках).
Условия размещения РЭ аппаратуры заставляют
предъявлять к ней специфические требования. Аппа-
ратура ракет и космических аппаратов должна выдер-
живать большие ускорения. Необслуживаемая аппара-
тура должна обладать повышенной надежностью
(разд. 12.3). Морская аппаратура должна быть адапти-
рована к условиям качки.
Для ряда РЭС существенна устойчивость к перепа-
дам температур. Это касается ИСЗ как носителей РЭС
навигации, связи, оптической и радиолокации, обеспе-
чивающих обслуживание больших территорий, не-
смотря на кривизну Земли.
Кратко остановимся в связи с этим на орбитах ИСЗ
и критериях их выбора [0.9, 0.43].
Орбиты ИСЗ. Близки к эллипсам с одним из
фокусов в центре Земли. Различают по форме, ориен-
тации, периоду обращения и высоте над поверхностью
Земли.
Форма орбиты изменяется от круга до вытянуто-
го эллипса со значительно отличающимися макси-
мальным и минимальным расстояниями до поверхно-
сти Земли (апогеем и перигеем).
Ориентацию орбиты можно описать:
• углом наклонения ее плоскости по отношению к
экваториальной плоскости Земли;
• долготой апогея - долготой точки пересечения
поверхности Земли с радиус-вектором спутника в апо-
гее. Нулевому углу наклонения соответствует эквато-
риальная орбита, углу 90° - полярная орбита.
По периодам обращения различают синхронные и
несинхронные орбиты.
Орбиту называют синхронной, если в координатной
системе, связанной с «неподвижными» звездами, вре-
мя поворота Земли вокруг своей оси на 360° и время
оборота спутника вокруг Земли кратны.
По высоте над поверхностью Земли различают
низкие околоземные (Low Earth Orbits, LEO), средние
(Medium ..., MEO) и стационарные (геостационар-
ные, Geostationary..., GEO) орбиты спутников.
Границу между низкими и средними орбитами про-
водят на высотах 2...5 тыс. км.
Стационарные (геостационарные) орбиты. Это кру-
говые экваториальные синхронные орбиты с периодом
обращения, равным периоду вращения Земли вокруг
своей оси (24 «звездных» часа). Стационарный ИСЗ
относительно Земли неподвижен - «зависает» над эква-
тором. Высота стационарной орбиты около 36 тыс. км.
Три таких равноудаленных ИСЗ обеспечивают почти
глобальную (без широт 78...90°) связь.
Критерии выбора орбит. Что предпочтительнее:
малое число стационарных и других сложных в запуске
ИСЗ или же «рой» более дешевых низкоорбитальных
ИСЗ с меньшими зонами обслуживания каждого ИСЗ,
но повышенными зоной обслуживания и надежностью
объединения?
Не оптимально ли сочетание низкоорбитальных и
геостационарных спутников в конкретном случае?
Отвечая, учитывают географию и назначение
абонентов; время задержки информации; требуемое
число ИСЗ; число ИСЗ, выводимых на орбиту за один
пуск; имеющиеся космодромы и стоимости пусков; на-
дежность и степень сложности бортовой и наземной
аппаратуры; загруженность экваториального пояса гео-
стационарными ИСЗ.
Взаимодействие и слияние различных РЭС. Взаи-
модействие отличающихся природой используемых вол-
новых процессов, назначением, иерархическим уровнем и
размещением нашло широкое использование. Например,
РЭС управления используют как РЭС извлечения инфор-
мации и так и РЭС передачи информации. Данные назем-
ных, самолетных и корабельных локационных РЭС на-
блюдения воздушного пространства объединяются с ис-
пользованием РЭС передачи информации. Корабельные
локационные РЭС адаптируют к условиям качки, исполь-
зуя инерциальные элементы навигационной техники.
Радиолокационная аппаратура может сливаться с
оптико-локационной. Так, совокупная локационная ап-
паратура зенитных ракетных комплексов (ЗРК) обычно
сливается с аппаратурой управления.
13
Средства извлечения, передачи информации и РЭБ
малогабаритных летательных аппаратов сливаются на
основе единой системы управления.
Взаимодействие РЭС и человека. Человек-оператор
(коллектив операторов) обычно рассматривается как
элемент системы управления.
Обобщая информацию, операторы АСУ принимают
ответственные решения, доводя команды до исполните-
лей (разд. 5).
Операторы телевизионных систем наведения пора-
жают воздушные цели и стыкуют космические объекты.
1.4. Элементная база и ее влияние
на облик РЭС
К элементной базе РЭС относят электронные при-
боры, электрорадиодетали и другие готовые изделия,
используемые при создании РЭС.
Элементная база определяет во многом эффектив-
ность, надежность, габариты, энергопотребление РЭС.
Ее революционное развитие определялось достиже-
ниями физики твердого тела. Электронные лампы,
как правило, были заменены на транзисторы и инте-
гральные схемы.
Аналоговые методы обработки информации заме-
нились на цифровые. Вакуумные усилители и генера-
торы постепенно заменяются твердотельными, повы-
сившими надежность РЭС.
Компьютеризация современных технологий уско-
рила переход к цифровой обработке, повысила ее бы-
стродействие, объем запоминаемой информации, от-
крыла дорогу дальнейшему повышению широкопо-
лосности сигналов РЭС.
Проявилось за последние полвека и прогнозируется
на начало XXI в. экспоненциальное повышение показа-
Рис. 1.1
телей качества элементов цифровой техники.
Подтверждается эмпирический закон Мура экспо-
ненциального нарастания «коэффициента упаковки
эквивалентных транзисторов» в интегральных схемах
(ИС) с увеличением вдвое через каждые 18 мес. (2 мес.
по прогнозу Мура 1965 г.). Это поясняется динамикой
изменения логарифмов «коэффициента упаковки» и
объема оперативной памяти микропроцессоров фирмы
«Интел» за период с 1972 по 1998 гг. (рис. 1.1, нижняя
и верхняя прямые) [8.36].
Разрабатываются новые технологии ИС и их эле-
ментов. С увеличением коэффициента упаковки растет
одновременно и тактовая частота от МГц до ГГц (до
ТГц в недалекой перспективе) (см. разд. 19.5 и [8.45]).
Поскольку действие закона Мура пока продолжается,
разработчики современных РЭС осваивают их откры-
тую архитектуру, позволяющую расширять возмож-
ности РЭС путем замены съемных блоков.
Несмотря на перспективность (но и повышенную стои-
мость) антенных решеток с твердотельными генератора-
ми и усилителями мощности, цифровыми управлением и
обработкой сигналов, во многих действующих РЭС
продолжают использоваться сравнительно дешевые
антенны, аналоговая обработка сигналов, вакуумные
генераторы и усилители.
Справочник рассчитан на технологии как новейших,
так и эксплуатируемых РЭС.
1.5. Рекомендации по использованию
Справочника
Справочник охватывает как основы построения
РЭС, так и основы теории РЭС Информация о РЭС
конкретного назначения попадает, поэтому, в различ-
ные разделы Справочника.
В конце разд. 2...6 первой части, содережащей об-
щие сведения о РЭС различного назначения (локации,
навигации, передачи информации, РЭС управления,
радиоэлектронной борьбы и энергетических РЭС), от-
мечается поэтому: расположение материала по тематике
данного раздела в последующих разделах; какая лите-
ратура из списка, помещенного в конце Справочника,
относится к тематике раздела; какие разделы предмет-
но-тематических указателей библиотек и информаци-
онных изданий содержат дополнительную литературу
по тематике раздела.
Во второй части развиваются физические и систе-
мотехнические основы построения РЭС различного на-
значения.
В третьей части излагаются общие вопросы опти-
мизации РЭС.
В четвертой части рассматриваются алгоритмы и
показатели качества обнаружения сигналов на фоне
помех, разновидности сигналов и технологии их обна-
ружения.
В пятой части излагаются алгоритмы, показатели ка-
чества, технологии и приложения измерения.
В шестой части рассматривается классификация сиг-
налов и объектов, их, кодирование и адаптация к помехам.
В седьмой части (приложениях) поясняются
понятия теории матриц, теории вероятности, общей
алгебры, теории чисел, используемые в предыдущих
частях Справочника, а также системы классификации
знаний УДК и ББК.
14
2. ЛОКАЦИОННЫЕ РЭС
2.1. Общие сведения
Локационные РЭС выдают информацию о наличии в
предусмотренных участках пространства неизвестных и
известных заранее объектов, об их координатах, других
параметрах движения и характеристиках. Единый про-
цесс их локационного наблюдения целей для удобства
разделяют на обнаружение, измерение', классификацию.
Средства локационного наблюдения называют лока-
ционными средствами, локационными станциями (ЛС)
локаторами, локационными комплексами (ЛК). К лока-
ционным средствам примыкают средства интроскопии,
обеспечивающие проникновение вглубь различных не-
живых и живых объектов (разд. 2.5).
Объекты локационного наблюдения. Их называют
локационными целями. Характер целей зависит от их
местоположения, а также предназначения наблюдения.
В зависимости от местоположения различают цели:
• воздушные и космические (самолеты, вертолеты,
дрейфующие аэростаты, крылатые ракеты, снаряды, об-
лака, стаи птиц и насекомых, искусственные спутники
Земли, космические корабли, боеголовки баллистиче-
ских ракет, метеориты, планеты и звезды);
• надводные и подводные (корабли, подводные лод-
ки, косяки рыб, надводные и подводные ориентиры и
препятствия);
• наземные (автомобили, танки и другие объекты
вооружения и военной техники, наземные ориентиры и
препятствия, элементы рельефа и раздела суши с вод-
ной поверхностью);
• подземные, подводные и подледные (трубопрово-
ды, месторождения полезных ископаемых, горизон-
тальные границы раздела льда и воды);
• медико-биологические (органы человека и жи-
вотных).
Волновые процессы, используемые в локации и
интроскопии. Имеют различные физическую природу,
частоты и длины волн. Различают радио-, оптическую и
акустическую (гидроакустическую, в том числе) лока-
цию, а также интроскопию. Реализация локационных
методов обеспечивается локационными станциями и
комплексами: радиотехническими (РЛС, РЛК), оптиче-
скими (ОЛС, ОЛК), акустическими (АЛС, АЛК, гидро-
акустическими ГЛС), а также интроскопическими при-
борами, которые по принципу действия смыкаются с
РЛС, ОЛС, АЛС, РЛК и т.д.
В радиолокации (см. разд. 2.2) используют электро-
магнитные волны от декаметрового до субмиллиметро-
вого диапазона (см. табл. I. I), обеспечивающие доста-
точно большие дальности действия. Волны от декамет-
рового до субмиллиметрового диапазона используются
в надгоризонтной радиолокации, волны декаметрового
диапазона также и в загоризонтной радиолокации.
В оптической локации (см. разд. 2.3) используют
электромагнитные волны с длинами волн в десятки
микрометров и короче, что обеспечивает высокую на-
правленность излучения и приема. Наряду с волновой
проявляется квантовая природа оптических колебаний.
В гидроакустической локации (разд. 2.4) используют
акустические колебания от средних до ультранизких
частот с длинами волн в воде от миллиметров до мет-
ров. Используют также акустическую локацию в воз-
душной среде.
К акустической локации примыкают интроскопи-
ческие методы геофизической разведки (сейсморазвед-
ки) толщи Земли путем использования механических
колебаний инфранизких частот, а также медико-биоло-
гической локации.
Локационные сигналы. Создаются в результате:
> вторичного излучения целей под воздействием их
первичного облучения (активная локация);
> переизлучения принятых колебаний специальной
аппаратурой целей (локация с активным ответом или
вторичная локация);
> собственного излучения целей (пассивная лока-
ция). В понятие пассивной локации включают иногда
наблюдение вторичного излучения целей при облуче-
нии их посторонними источниками.
2.2. Радиолокация, ее задачи и виды
2.2.1. Активная локация
Активный характер локации требует использования
передающего устройства (рис. 2.1,а), предназначенно-
го для создания достаточно интенсивного первичного
излучения, обеспечивающего зондирование простран-
ства. Как пассивный ответ на зондирование, цель Ц
(рис.2.1,а) создает вторичное излучение.
Рис. 2.1
Вторичное излучение большинства объектов наиболее
интенсивно в диапазоне от метровых до субмиллиметро-
вых радиоволн (табл. 1.1). Для больших вторичных излу-
чателей оно велико в декаметровом диапазоне, для малых
объектов оно существенно ослаблено в этом диапазоне.
Субмиллиметровая радиолокация смыкается с оптической.
Вторичное излучение цели улавливается приемным
устройством локатора и подвергается обработке, ре-
зультат которой выдается потребителям.
При совмещении приемной позиции с передающей
(рис. 2.1,а) локационное средство называют однопози-
ционным или совмещенным. В совмещенных средствах
часто используется одна антенна, поочередно коммути-
руемая на передачу и на прием.
15
Разнесенные локационные средства, приемные
пункты которых отнесены от передающих на некото-
рую базу Б (рис. 2.1,6), могут использоваться наряду с
совмещенными при передаче данных с помощью линий
связи. Активное локационное средство является тогда
.многопозиционным, т.е. системой с приемопередающи-
ми, передающими или приемными устройствами, рас-
положенными на нескольких позициях.
Разновидностями активной радиолокации являются:
радиогеодезия, планетная радиолокация (планетная ра-
диоастрономия), радиометеорология (радиолокация ат-
мосферы Земли), радиолокация поверхности Земли (в
том числе радиоокеанология).
Вопросы активной радиолокации развиваются в
разд. 2.2.4—2.2.5; примеры РЛС активной локации при-
ведены в разд. 2.2.8-2.2.21.
2.2.2. Локация с активным ответом
(вторичная локация)
Основана на переизлучении первичного излучения
своими объектами (самолетами, кораблями), что повы-
шает надежность и объем получаемой о них информа-
ции. Использование первичного излучения по-
прежнему определяет активный характер этого вида ло-
кации. Устройство, содержащее источник первичного
излучения, называют в этом случае запросчиком, а из-
лучаемые им колебания - сигналами запроса.
Характерен активный характер ответов на запросы.
Установленный на объекте приемопередатчик (рис. 2.1,в),
называемый ответчиком, вырабатывает эти ответы.
Ответный сигнал принимается приемником запросчи-
ка. Несущие частоты, законы модуляции (коды) запро-
сных и ответных сигналов могут изменяться в широких
пределах. Это позволяет получать информацию не
только о наличии объектов, но и о режимах их полета,
запасе горючего, государственной принадлежности,
осуществлять индивидуальное опознавание объектов.
Метод радиолокации с активным ответом близок к
запросно-ответному методу радионавигации (см. разд.
3.2.1, 3.2.2). Примеры локации с активным ответом
приведены в разд. 2.2.22, 5.4, 24.9.
Заметим, что по мере совершенствования высоко-
точных систем единого времени (см. разд. 3.2.2) возмо-
жен переход к активным ответам без излучения или с
минимальным излучением запросных сигналов. Коди-
рованные ответы выдаются тогда в кодированные, зара-
нее выбранные моменты времени.
2.2.3. Пассивная и активно-пассивная локация
В пассивной локации (рис. 2.1,г) используются соб-
ственные излучения элементов цели и ее ближайшей
окрестности. К излучающим элементам можно отнести
нагретые участки поверхности или объема (см. подроб-
нее разд. 13.9), передающие устройства различного на-
значения (источники помех в том числе), ионизирован-
ные образования в окрестности цели.
Наряду с однопозиционными пассивными средства-
ми возможны многопозиционные, с приемными пози-
циями, объединенными посредством линий связи Пас-
сивные средства могут сливаться с активными в актив-
но-пассивные средства (многопозиционные системы).
Разновидностями пассивной локации являются ра-
диотеплолокация поверхности Земли, звездная радиоас-
трономия, прием стандартизированных сигналов от лиц,
16
потерпевших аварию, с помощью международных
спутниковых систем поиска и спасения, обеспечиваю-
щих обнаружение этих сигналов и измерение координат
их источников.
Разновидностями систем пассивной радиолокации
являются системы радиоэлектронной разведки (см.
разд. 6.5). Примеры современных реализаций подобных
систем приведены в разд. 2.2.23.
2.2.4. Принципы формирования
и наблюдения принимаемых сигналов
в однопозиционной надгоризонтной локации
Формирование принимаемых радиолокационных
сигналов существенно зависит от диапазона и свойств
среды распространения радиоволн. Для волн децимет-
рового диапазона и более коротких волн часто исполь-
зуется простейшая модель распространения радиоволн
в свободном пространстве: однородном, изотропном,
недиспергирующем. При первоначальном рассмотрении
ограничимся этой моделью, с тем чтобы уточнять ее
впоследствии (см. разд. 2.2.21, И, 25.9). Скорость рас-
пространения в принятой здесь модели считаем равной
скорости света с в вакууме (см. разд. 1.1), одинаковой
для всех элементов пространства (однородность сре-
ды), для всех направлений распространения (изотроп-
ность среды), для всех частотных составляющих сигна-
лов (отсутствие дисперсии). Согласно принятой моде-
ли вдали от излучателей (т.е. за пределами областей
формирования) зондирующий, отраженный, запросный,
ответный сигналы, а также сигналы собственного излу-
чения распространяются по прямолинейным траектори-
ям (однородность среды) и без изменения своей формы
(отсутствие дисперсии).
Время запаздывания отраженного (ответного) сиг-
нала по отношению к зондирующему (запросному)
сигналу. Зависит от дальности до цели гц и определяет-
ся выражением
Гз = 2гц/с, (2.1)
что позволяет находить дальность по времени запазды-
вания t3:
Гц=(с2)гз, (2.2)
где с/2 » 150 км/мс = 150 м/мкс. В радиолокации с ак-
тивным ответом при вычислении гц из времени запаз-
дывания ответного сигнала вычитается запаздывание
сигнала в ответчике.
Направленность и зона формирования излучения
(приема). Введем синфазный рас-
крыв линейной передающей (при-
емной) антенны - d/2 < х < dll и
полярную систему координат г, 0
с отсчетом расстояния по рас-
крыву от точки х = 0 и отсчетом
угла 0 от линии раскрыва
(рис. 2.2). Тогда расстояния р от
точек х раскрыва до точек г, 0
приема (излучения) при г » d по
теореме косинусов составят
р = /г2 +х2 -2TXCOS0 »
» r-xcos0+(x2sin2 0)/2г.
Рис. 2.2
ц
Проявляется интерференция колебаний, излучаемых
(принимаемых) из разных точек раскрыва, зависящая от
угла 0.
В пренебрежении квадратичным слагаемым макси-
мумы излучения и приема соответствует углу 0 = 90°,
для которого все запаздывания одинаковы. Спадание от-
носительно максимума невелико и в области л/2 ± Д0/2,
пока приращения xcos0 не превышают по абсолютной
величине четверти длины волны Х/4, откуда
Д0 = АЛУ [рад]. (2.3)
Как показывает более точный расчет, выражение
(2.3) примерно соответствует ширине характеристики
направленности по половинной мощности. Условием
применимости формулы (2.3) является пренебрежение
квадратичным слагаемым в выражении р, которое при-
водит к зависимости величины р, а значит, результата
интерференции, не только от 0, но и от г. Квадратичным
слагаемым можно пренебречь, если значение |х| = сИ2
превышает Х/4, т.е. если расстояние г превышает размер
гф зоны формирования характеристики направленности
гф»(?/2Х. (2.4)
Зону формирования г < Гф называют иначе зоной
Френеля, а зону г > Гф, в которой характеристика на-
правленности сформировалась, - зоной Фраунгофера.
При d = 3 м, X = 0,1 м значение Д0 = 1/30 рад «2°, а зна-
чение гф = 45 м. Для крупных антенн радиодиапазона и
тем более в оптическом диапазоне значение Д0 умень-
шается, а значение гф возрастает.
Практический предел сужению антенных лучей на-
ряду с экономическими определяют эксплуатационные
факторы - случайные отступления от принятого син-
фазного сложения колебаний.
Точный учет квадратичного члена в зоне Френеля
соответствует фокусировке на определенную дальность.
Принципы обзора пространства и измерения уг-
ловых координат. Использование направленных пере-
дающих антенн для угловой концентрации энергии из-
лучения в активной радиолокации приводит к необхо-
димости обзора пространства: воздушного, космическо-
го, надводного, наземного (в зависимости от назначения
РЛС, см. также разд. 7). Сами РЛС могут размещаться
при этом на суше, морских судах и различного рода ле-
тательных аппаратах. Одной из разновидностей радио-
локационного обзора является обзор поверхности Земли
с летательных аппаратов.
Различные направления могут просматриваться: по-
следовательно во времени в случае одноканального
приема; параллельно во времени, практически одновре-
менно во времени в случае многоканального приема и
широкой характеристике направленности передающей
антенны.
В ходе обзора возможно
измерение угловой коорди-
наты (пеленгование) по мак-
симуму отраженного сигна-
ла (рис. 2.3,а) в первом слу-
чае и сопоставлением сигна-
лов в каналах приема с раз-
личными характеристиками
направленности (рис. 2.3,6)
во втором.
Рис. 2.3
Возможны различные комбинации описанных ме-
тодов параллельного и последовательного обзора и со-
ответствующего измерения угловых координат (разд. 7
и 21.5).
Задачи точного измерения, дополняющего грубое
измерение при обзоре, могут решаться, кроме того, в
процессе сопровождения целей.
Ошибки измерения угловых координат РЛС колеб-
лются от градусов до десятых и сотых долей градуса.
Меньшие значения ошибок обеспечивают путем:
сужения характеристик направленности при уве-
личении антенн и укорочении длины волны;
оптимизации метода измерения;
накопления и сглаживания данных в ходе сопро-
вождения целей.
Структурная схема простейшего однопозицион-
ного импульсного радиолокатора. Для случая общей
приемопередающей антенны представлена на рис. 2.4.
Информация о положении
характеристики направленности
Рис. 2.4
Важным элементом радиолокатора является синхро-
низатор, согласующий работу передатчика и других
элементов локатора по времени.
Зондирование короткими импульсами обеспечивает
неодновременность приема и излучения. Это позволяет
использовать общую антенну, коммутируемую антен-
ным переключателем на передачу и прием. В момент
зондирования антенна соединяется с передатчиком, по
окончании очередного зондирования - с приемником.
Индикаторное устройство позволяет оператору об-
наруживать цели, измерять их дальности и угловые ко-
ординаты.
Связывая это устройство с антенной, цепи автомати-
ки и вычислительной техники (на рис. 2.4 не показаны)
вводят в него информацию о положении характеристи-
ки направленности и управляют положением этой ха-
рактеристики в режимах сопровождения целей.
Видоизменения структур ы (рис. 2.4).
Учитывают новые задачи и возможности их решения.
Приемная и передающая антенны могут быть разнесены
в пространстве, что облегчает реализацию приема во
время зондирования радиоимпульсами большой дли-
тельности. Одноканальный прием можно заменить
многоканальным.
Наряду с координатами могут оцениваться их про-
изводные. Производную дальности до цели - радиаль-
ную составляющую скорости ее движения относитель-
но РЛС определяют по эффектам'.
• изменения частоты отраженного сигнала (эффекту
Доплера);
• изменения времени запаздывания элементов (ра-
диоимпульсов) сигнала, а значит, дальности до цели.
17
Оба эти эффекта (см. разд. 8.7) являются проявлени-
ем единого эффекта - преобразования сигнала при от-
ражении от движущейся цели.
Средства или элементы вычислительной техники
(ЭВМ, микроЭВМ, современные интегральные схемы)
позволяют автоматизировать радиолокационное наблю-
дение, определять наряду с координатами траектории
целей (разд. 16-22). Полный вектор скорости цели при
однопозиционном приеме находится по данным траек-
торной обработки. По изменению скорости (а иногда
непосредственно) можно оценить ускорение.
Координатная информация может дополняться не-
координатной информацией, в частности классифика-
ционной информацией о целях (разд. 24.9, 24.10).
Смена зондирующих сигналов (разд. 18) и характера
их обработки (разд. 19-25) в зависимости от склады-
вающейся обстановки расширяет информационные
возможности РЛС.
Индикатор (рис. 2.4) в ряде случаев заменяется со-
вокупностью работающих автоматически и периодиче-
ски контролируемых средств регистрации, хранения,
отображения и передачи информации потребителю.
2.2.5. Принципы многопозиционной
надгоризонтной локации
Многопозиционность локации [2.21, 2.50, 2.51, 2.78,
2.90, 2.99, 2.118] понимают, исходя из
• общего числа позиций;
• числа только передающих позиций;
• числа только приемных позиций.
Двухпозиционная (разнесенная) система активной
локации с одним передатчиком (бистатическая сис-
тема; бистатический комплекс). При первом и третьем
подходах включается, при втором не охватывается по-
нятием многопозиционности. Рассмотрение бистатиче-
ской системы существенно при любом понимании мно-
гопозиционности. Запаздывание принимаемого сигнала
от цели по отношению к зондирующему определяется в
этой системе суммой расстояний от цели до передатчи-
ка и до приемника:
G = (Jul + 1ц2)/с (с * 300 км/мс).
Фиксированному значению t3 соответствует линия
положения в виде эллипса на плоскости (рис. 2.5) или
поверхность положения в виде эллипсоида вращения в
пространстве.
Если прием обеспечивается на обеих позициях, мо-
жет быть вычислена разность запаздываний, характери-
зующая разность расстояний:
Гц1 ~ гц2 “ с(Г31 ~ ^з2)-
Постоянное значение последней соответствует линии
положения на плоскости (рис. 2.5) в виде гиперболы
Иц + = const |пп -rir|=const или поверхности по-
Рис. 2.5
ложения в виде гипер-
болоида вращения. По-
ложение единственной
цели на плоскости в на-
блюдаемом секторе
можно определить, не
измеряя ее угловые ко-
ординаты. В многоце-
левых же ситуациях без
их измерения трудно
обойтись из-за многочисленных пересечений линий по-
ложения (см. также разд. 23.5.1).
При близком к 180° бистатическом угле (угле между
направлениями от цели на передающую и приемную
позиции) существенно возрастает интенсивность вто-
ричного излучения, даже по целям со сниженной (разд.
8.11) локационной заметностью. Поэтому многопози-
ционная радиолокационная система (МПРЛС) в виде
цепочки бистатических РЛС может служить барьером,
предотвращающим пропуск целей.
Варианты МПРЛС. Могут различаться: степенью
жесткости взаимного расположения позиций; степенью
автономности работы аппаратуры на позициях; уровнем
объединения добываемой на них информации.
Нежесткость взаимного расположения позиций про-
является, если в качестве хотя бы одной на них служат
самолет, корабль, ракета, спутник Земли. Говорят о по-
луактивной {пассивной в англоязычной литературе) ло-
кации, когда цель подсвечивается, например, с Земли, а
приемное устройство головки самонаведения располо-
жено на ракете.
Наряду с полностью автономной работой аппара-
туры на позиции возможны ее частично автономная
работа и кооперативная работа.
Так, автономия может касаться лишь получения ин-
формации о целях, тогда как включение и выбор режи-
мов работы основной части аппаратуры осуществляют-
ся с командного пункта на одной из позиций.
Кооперативность приема отраженных сигналов со-
стоит в использовании на различных позициях вторич-
ного излучения цели, зондируемой с какой-либо одной
позиции, что существенно расширяет возможности ло-
кационного наблюдения.
Кооперативность излучения зондирующих сигналов
состоит в проведении его с разных позиций параллель-
но или последовательно и нестационарно во времени.
Кооперативность использования информации -
объединение выходной информации позиций об обна-
руженных или предполагаемых целях (об их наличии,
координатах, траекториях, признаках или классах см.
разд. 23. 24). Устраняя провалы радиолокационного по-
ля, такое объединенйе позволяет в случае перекрытия
зон наблюдения РЛС повышать точность измерения ко-
ординат, в первую очередь за счет сопоставления доста-
точно точно измеряемых значений времени запаздыва-
ния. Для сопоставления требуется отождествление
данных (см. разд. 23.1.6), поступающих о разных целях
с различных позиций.
Наряду с указанным возможно объединение значи-
тельно более полной, но и объемной информации о па-
раметрах исходных видеочастотных или высокочастот-
ных напряжений приемников (квадратурных состав-
ляющих или же амплитуд и фаз этих напряжений).
Полный вектор скорости при многопозиционном прие-
ме можно найти не только по результатам траекторной
обработки, но и точнее в ряде случаев - по эффектам
Доплера в различных точках приема. В МПРЛС расши-
ряются возможности как адаптации к условиям работы
(разд. 25), так и классификации целей (разд. 24).
Зондирование целей телевизионными сигналами
[2.51] - интересный пример слияния многопозицион-
ных систем локации и передачи информации.
18
МПРЛС активной локации с коопе-
ративным использованием информа-
ции. Это - совокупности автономно работающих од-
нопозиционных РЛС, объединяемых ЭВМ и сравни-
тельно узкополосными линиями связи. Выходная ин-
формация о наличии, координатах и признаках обнару-
женных или предполагаемых целей помогает создать
сплошное и эшелонированное по высоте радиолокаци-
онное поле. Такие МПРЛС вписываются в обслуживае-
мые ими системы управления (разд. 5.2-5.4) с общими
ЭВМ и линиями связи.
Простейшие МПРЛС активно-пас-
сивной локации. Формируются из рассмотрен-
ных систем путем добавления на позициях каналов од-
номерной или двумерной пеленгации собственных из-
лучений целей. Объединение данных о пеленгах с по-
мощью линий связи позволяет осуществлять триангу-
ляцию излучающих целей, т.е. оценивание их простран-
ственного положения при неработающих каналах ак-
тивной локации.
Недостатком пассивной части подобных МПРЛС
является существенное снижение эффективности в мно-
гоцелевых ситуациях из-за обилия ложных пересечений
(квазипересечений, см. разд. 23.5.1) пеленгов, особенно
в условиях недостаточного углового разрешения. По-
вышение последнего (в том числе за счет адаптивных
методов, разд. 21 и 25) и более совершенное отождеств-
ление улучшают положение.
Доктрина сочетания дежурного и боевого режима
ПВО. Создание радиолокационного поля при наличии
МПРЛС осуществляется с помощью РЛС дежурного
режима и РЛС боевого режима. Дежурный режим осу-
ществляется наиболее простыми, дешевыми и долго-
вечными РЛС (возможно являющимися РЛС управле-
ния воздушного движения, УВД). В чрезвычайных си-
туациях включаются помехозащищенные трехкоорди-
натные РЛС боевого режима [2.133, 2.139].
Кооперативный прием излучений целей. Будучи
организован (хотя бы для двух позиций, удаленных на
некоторую базу), расширяет возможности локации. Вы-
явление степени сходства (корреляции) принимаемых
собственных излучений при совмещении их с различ-
ными взаимными задержками Дг3 в такой корреляцион-
но-базовой системе (подсистеме), позволяет определять
с приемлемой точностью линии положения целей в ви-
де гипербол на плоскости (рис. 2.5) или поверхности
положения в виде гиперболоидов вращения в простран-
стве, соответствующие разностям расстояний rui - Гц2 =
= сД/3 (см. разд. 21.7.6). Таким образом, использование
простейшей разновидности кооперативного приема и
объединения информации на уровне сигналов (особен-
но высокочастотных) расширяет возможности многопо-
зиционной локации.
МПРЛС с кооперативным приемом и объединением
информации на уровне сигналов более сложны, чем
МПРЛС с автономным получением информации на по-
зициях. Однако в связи с повышением требований к ло-
кации и совершенствованием ее элементной базы воз-
растает интерес и к этим МПРЛС.
Вопросы, касающиеся МПРЛС, излагаются в разд.
2.2.13, 2.2.23, 6.5, 6.6, 7.6, 8.2, 8.6, 8.11, 10, 11, 18.13,
21.7.6, 22.6.3-22.6.8, 23.1-23.5, 24.
2.2.6. Условия работы средств
надгоризонтной радиолокации
Условия многоцелевой локационной обстановки,
полеты целей на малых высотах, снижение их радиоло-
кационной заметности, воздействие различных помех
(преднамеренных в условиях боевых действий), исполь-
зование противорадиолокационных ракет усложняют
работу радиолокационных средств и систем, приводя к
ряду особенностей их построения и использования.
Разрешающая способность. Разрешение заключа-
ется в возможности обнаруживать цели, измерять их
координаты, а иногда и производные координат в при-
сутствии других целей и отражающих объектов. Го-
ворят о разрешающей способности по координатам, их
производным и по траекториям целей.
Разрешающую способность по координатам харак-
теризуют разрешаемым объемом. Его чаще всего опре-
деляют так, чтобы показатели качества обнаружения и
измерения параметров цели, расположенной в центре
объема, существенно не ухудшались за счет наличия
другой, эквивалентной по своим характеристикам цели
вне этого объема.
Разрешающий объем однопозиционного радиолока-
тора - объем (рис. 2.6) с размерами Дгц, гцдрц, ruAsu -
разрешающие способности по координатам цели (даль-
ности, азимуту, углу места). При импульсном излуче-
нии разрешаемый объем радиолокатора называют
импульсным объемом.
ГцАРц
Разрешающие способности зависят от характеристик
направленности антенн и параметров сигналов. Все эти
характеристики обычно реализуют в расчете на дос-
тижение максимальной дальности наблюдения. Наибо-
лее просто решается задача повышения разрешающей
способности по дальности, практически без потерь
энергии сигнала. Еще в начале 60-х годов было проде-
монстрировано повышение разрешающей способности
по дальности до 2...3 м за счет расширения спектра
частот до 75 МГц. [2.4, 2.84]. В настоящее время разре-
шающая способность повышается до долей дециметра
за счет расширения спектра частот до 2ГГц. [5.82,5.83].
За счет потерь в энергетике и дальности уже в од-
нопозиционных системах можно использовать специ-
альные методы обработки, рассчитанные на повышение
разрешающей способности. Принципиальные возмож-
ности этих методов обсуждаются в разд. 18.11. В двух-
позиционных системах с перекрывающимися зонами
наблюдения возможно дополнительное улучшение раз-
решающей способности.
19
Темп выдачи данных. Скоротечность изменения
радиолокационной обстановки, особенно в военной ра-
диолокации, требует высокого темпа выдачи данных.
Используя элементы вычислительной техники, визуаль-
ное наблюдение заменяют поэтому полуавтоматиче-
ским (с участием оператора) или автоматическим (без
его участия). Обнаружение, измерение, разрешение
сливаются при этом в единый процесс обнаруже-
ния-измерения-разрешения, а в МПРЛС, как правило,
и отождествления (см. разд. 23.5.1).
Наблюдение целей на малых высотах. Вынуждает
выше и чаще размещать антенны РЛС с учетом кривиз-
ны Земли, используя системы РЛС с ЭВМ и линиями
связи, самолеты (спутники) дозора, а также загоризонт-
ные РЛС (см. разд. 2.2.12, 2.2.17, 2.2.21).
Наблюдение слабых сигналов на фоне помех.
Весьма существенно для активной локации, которой
свойственно двукратное рассеяние энергии, на пути до
цели и обратном. В особенности это касается малораз-
мерных целей и целей со специально пониженной лока-
ционной заметностью (см. разд. 8.11). При слабых сиг-
налах возрастает опасность помех природного происхо-
ждения, взаимных (от других радиосредств), индустри-
альных, преднамеренных.
Помехи могут маскировать полезные сигналы и
имитировать цели. В отсутствие необходимых мер за-
щиты и в том и в другом случае снижается эффектив-
ность радиолокационных средств и систем. Помехами
активным РЛС могут быть: мешающие излучения (ак-
тивные помехи), мешающие отражения (пассивные по-
мехи), а также их комбинации (разд, би 13).
Для защиты от маскирующих активных помех ак-
тивных РЛС используют повышение энергии направ-
ляемых на цели зондирующих сигналов (с закономер-
ной в отличие от помех структурой), повышение разре-
шающей способности по угловым координатам с уче-
том направлений прихода мешающих сигналов. Коор-
динаты постановщиков активных помех находятся ме-
тодами пассивной радиолокации.
Важной мерой защиты от пассивных помех, специ-
фичных для активной радиолокации, является повыше-
ние разрешения по радиальной скорости и координатам.
Существенную роль для защиты от помех играет со-
вокупность мер по оптимизации излучения и обработки
сигналов, применительно к помеховой обстановке -
адаптация к ней (разд. 16-25). Развитие МПРЛС -
также важный путь радиоэлектронной защиты РЛС
(разд. 6.6) как от помех, так и от уничтожения обычны-
ми и самонаводящимися на излучение снарядами.
Доктрина кибернетической (робототехнической)
локации. Это доктрина повышения живучести и каче-
ства работы МПРЛС (МПЛС) на основе связанных
«паутиной» типа Интернет локаторов (сенсоров) на ле-
тающих и наземных, мобильных или стационарных
платформах с радио, оптической и акустической аппа-
ратурой. Сенсоры не требуют обслуживания, т.е. явля-
ются роботами [2.142], см. также разд. 2.2.24.
Доктрина сбора знаний о средах локации. Адап-
тацию к средам локации проводят уже более полувека,
используя аналоговые и цифровые устройства компен-
сации пассивных помех с относительно короткой по
времени памятью (разд. 17, 19, 25). Современные циф-
ровые технологии позволяют, однако, собирать (от
20
МПЛС, в том числе) и длительно хранить более полные
знания о средах. Алгоритмы МПЛС, основанные на
этих знаниях (knowledge-based [2.170], [2.171]), при-
ближаются тогда к алгоритмам искусственного интел-
лекта (ИИ). Обучение путем проб и ошибок, характер-
ное для алгоритмов ИИ (разд. 5.7, 25.7), оправдано
только, если оно повышает эффективность системы.
2.2.7. Характеристики, классификация
и примеры надгоризонтных РЛС
Различают тактические и технические характеристи-
ки РЛС. Тактические характеристики определяют на-
значение и область применения РЛС, а технические -
реализацию ее устройств, определяя в совокупности ее
тактико-технические (ТТХ) характеристики [0.17].
ТТХ РЛС включают: а) предназначение ТТХ; б) зо-
ны видимости (секторы ответственности), способы об-
зора; в) количество и точности измерения координат и
других параметров движения целей; г) разрешающие
способности по координатам и другим параметрам;
д) темп выдачи данных (скорость обзора); е) пропуск-
ную способность; ж) показатели надежности, ресурс
РЛС; з) мобильность, весогабаритные параметры и
мощность первичных источников питания; и) помехо-
защищенность; к) диапазоны частот (длин волн); л) им-
пульсные и средние мощности, законы модуляции и
другие характеристики передающей системы; м) ос-
новные характеристики приемной, антенной и других
основных систем; н) характеристики вычислительных
средств; о) характеристики элементной базы.
Примеры характеристик РЛС в Справочнике.
Приводятся по рекламным каталогам и другим публи-
кациям производителей, не всегда полным и точным
(так, реальное подавление пассивных помех часто заме-
няется производителями без оговорок подавлением не-
модулированных контрольных сигналов).
Данные приведены с учетом подразделения РЛС:
> по виду излучения - на активные и пассивные РЛС;
> по месту установки - на наземные, авиацион-
ные, корабельные, автомобильные, службы обеспечения
безопасности движения, космического базирования
(пример последней вынесен в разд. 18);
> по назначению - на РЛС обнаружения целей,
управления оружием, ’обеспечения полетов, метеороло-
гические, навигационные, опознавания государственной
принадлежности, многофункциональные;
> по диапазону длин волн - на РЛС декаметрового,
метрового, дециметрового, сантиметрового, миллимет-
рового диапазона длин волн, многодиапазонные;
> по числу измеряемых координат - на трех-, двух-
координатные, однокоординатные (высотомеры) РЛС;
> по числу занимаемых позиции — на однопозици-
онные и многопозиционные РЛС.
Наряду с данными об однопозиционных РЛС приво-
дятся данные для некоторых многопозиционных.
2.2.8. Примеры характеристик наземных
активных РЛС
Наземные РЛС можно разделить на РЛС;
• надгоризонтного обнаружения (НГО);
• загоризонтного обнаружения (ЗГО, разд. 2.2.21);
• подповерхностной радиолокации (интроскопии).
Наземные РЛС НГО работают в широком диапазоне
частот 0,01-300 ГГц. Новая технология малозаметности
целей (разд. 8.11) усилила интерес к декаметровому и
метровому диапазонам. По степени мобильности они
подразделяются на стационарные и подвижные (в ча-
стности выделяют самоходные, буксируемые, возимые,
переносные).
По назначению выделяют РЛС:
> управления воздушным движением (УВД);
> обнаружения, наведения и целеуказания;
> обнаружения маловысотных целей;
> наведения орудий и зенитных управляемых ракет;
> радиолокационной разведки на поле боя;
> предупреждения о ракетном нападении (ПРИ);
> противоракетной обороны (ПРО);
> контроля космического пространства (ККП);
> метеорологические, полигонные и др.
Наряду с первичной (активной) локацией широко ис-
пользуется вторичная (с активным ответом локация),
например, в РЛС УВД (разд. 2.22, 5.3, 24.9).
Основанные на вторичной локации каналы опреде-
ления государственной принадлежности (см. разд. 24.9)
имеет большинство РЛС военного назначения.
Повышенное внимание во всех РЛС уделяется за-
щите от помех, от самонаводящихся на излучение про-
тиворадиолокационных ракет, а также распознаванию
классов (типов) воздушных целей.
Практически реализован переход к трехкоординат-
ным РЛС. Для наблюдения целей на малых и даже от-
рицательных углах места используется подъем антенн
на мачты (вышки), имеющие высоту 10...20 м. Появ-
ляются РЛС, совмещающие радиолокационное наблю-
дение на больших и средних, и на малых высотах. Из
экономических соображений информацию для управле-
ния воздушным движением (УВД) и противовоздушной
обороны (ПВО) иногда получают совместно.
Характерны тенденции'.
• автоматизации обработки сигналов и построения
трасс целей;
• многорежимного зондирования с эффективным
использованием когерентности сигналов;
• адаптации к помеховой обстановке за счет сочета-
ния различных видов селекции: амплитудной, частот-
ной, угловой, поляризационной и т.д.;
• сочетания антенных решеток, в отдельных РЛС, с
более простыми антеннами, но адаптивным подавлени-
ем помех по боковым лепесткам; удешевляющими РЛС;
• повышения надежности РЛС за счет увеличения
срока службы элементов РЛС, автоматизации диагно-
стики неисправностей и ускорения их устранения;
• сокращения обслуживающего персонала, перехода
к дистанционному контролю РЛС;
• кардинального расширения полосы частот РЛС в
интересах повышения разрешающей способности, по-
вышения точности измерения координат, надежности
распознавания классов и типов целей, электромагнит-
ной совместимости и скрытности РЛС малой дальности.
2.2.9. Примеры РЛС (РЛК) управления
воздушным движением
В системах УВД (см. разд. 5.4) используют различ-
ные наземные радиолокаторы (РЛ) и радиолокационные
комплексы (РЛК), в том числе трассовые ТРЛ и ТРЛК,
аэродромные АРЛ и АРЛК, посадочные, обзора летного
поля. Требования РЛС, РЛК, обслуживающим межгосу-
дарственные рейсы, согласуются с международной ор-
ганизацией гражданской авиации ICAO. В трассовых
РЛ часто используют диапазон длин волн 23 см, в аэро-
дромных - диапазоны 10 и 23 см [0.17].
РЛС ASR-10 SS (США-Канада). Это - аэродромная
обзорная полностью твердотельная РЛС S-диапазона
(2,7-2,9 ГГц) со скоростью обзора 10, 12, 15 об/мин.
Рассчитана на работу в
отсутствие обслуживаю-
щего персонала (рис. 2.7).
Имеет рекордное в на-
стоящее время среднее
время наработки на отказ
40 тыс. ч. Предусмотрена
модульная поставка пере-
датчика: 8 и 16 модулей с
пиковой мощностью соот-
ветственно 18 и 34 кВт
(зоны видимости показаны
Рис. 2.7
на рис. 11.5). Инструмен-
тальная дальность в зависимости от вида поставки и ско-
рости вращения 111, 148 и 165 км. Длительность импуль-
са 1мкс или же 100 мкс при коэффициенте сжатия в
приемнике 100. Коэффициент усиления антенны 35 дБ,
ширина луча по азимуту 1,4°. Поляризация - линейная и
круговая, последняя используется в условиях плохой по-
годы. Предусмотрено построение многоуровневой карты
метеообразований. Обработка сигналов цифровая в ши-
роком динамическом диапазоне, 12-разрядная.
Обеспечиваются постоянный уровень ложной тре-
воги, 4- или 8-импульсная адаптивная селекция дви-
жущихся целей, временная регулировка усиления, по-
строение карт помех и метеообразований. Коэффициент
подавления пассивных помех 53 дБ. Число сопровож-
даемых целей 500...750. Предусмотрены дистанцион-
ные контроль и управление [5.88].
РЛК «Утес-Т», «Утес-A» (Россия). Трассовый и аэ-
родромный радиолокацион-
ные комплексы систем УВД.,
Включают первичный и
вторичный радиолокаторы,
аппаратуру первичной и
вторичной обработки ин-
формации, систему переда-
чи данных, а также аппара-
туру автоматической диаг-
ностики, осуществляющую
поиск неисправностей. Ап-
паратура размещена в пере-
движных кузовах-фургонах.
Вариант внешнего вида укрытой антенны РЛ комплексов
показан на рис. 2.8.
Максимальные дальности обнаружения воздушных
судов с эффективной площадью 5 м2 при условных веро-
ятностях обнаружения 0,9 и более и ложной тревоги Ю-6
и менее составляют 360 км для «Утес-Т» и 160 км для
«Утес-А». Максимальная высота 20 км для «Утес-Т» и 12
км для «Утес-A». Ошибки измерения дальности 50 м,
азимута 6 мин - для обоих комплексов. Разрешающие
способности: по дальности 300 и 230 м, по азимуту 1,3 и
1,5°. Скорости обзора 6 и 12 или 15 об/мин соответствен-
но. Коэффициенты подавления отражений от местных
предметов 50 дБ.
21
Зондирующий сигнал включает два импульса - немо-
дулированный и ЛЧМ с одновременным излучением на
двух частотах, разнесенных на 56МГц. Потребляемая
мощность 35 и 15 кВт [5.66, 5.67].
Аэродромный обзорный радиолокатор АОРЛ-
85МТА (Россия). Включает два комплекта аппаратуры,
обеспечивая стопро-
центное резервирование.
Каждый комплект (рис.
2.9) состоит из первич-
ного канала (ПК) диапа-
зона L и вторичного ка-
нала (ВК) на основе вто-
ричного локатора «Кро-
на» (разд. 2.2.22). Ан-
тенны каналов ПК и ВК
развернуты на 180°. Ап-
паратура размещена в
контейнере.
Рис. 2.9
Характеристики первичного канала', максимальная
дальность обнаружения 140 км по цели с эффективной
площадью 5м2 при вероятности обнаружения 0,8 и ве-
роятности ложной тревоги Ю-6. Максимальная высота
10 км. Точность измерения дальности 250м, азимута 15’.
Скорость вращения антенны 10 об/мин.
Первичный канал использует ЛЧМ зондирующий сиг-
нал с девиацией 1 МГц. Длительность зондирующего им-
пульса 25 мкс, сжатого - 3 мкс. Импульсная мощность
25...40 кВт. Каждый комплект использует четыре отли-
чающиеся несущие частоты. Антенна имеет размеры 7,5x4
м, ширина диаграммы направленности 2,2°. На облучателе
антенны ПК размещена антенна подавления задних лепе-
стков ВК. Аппаратура обработки осуществляет обнаруже-
ние целей, защиту от помех, привязку информации ПК к
информации ВК как более точной. Фильтровая СДЦ по-
давляет пассивные помехи до 46дБ [5.103].
2.2.10. Примеры РЛС обнаружения,
наведения и целеуказания на средних
и больших высотах метрового диапазона
РЛС 55Ж6-1 (Россия). Транспортируемая наземная
трехкоординатная РЛС обнаружения и сопровождения
воздушных целей метрового диапазона (рис. 2.10); име-
ет раздельные антенные решетки для азимутальных и
угломестных локационных измерений. Угломестная
решетка закреплена вдоль мачты с тросовыми растяж-
ками, устойчивой к вет-
ровым нагрузкам и голо-
леду. Измерение азимута
и угла места производит-
ся с помощью раздель-
ных, вытянутых по этим
координатам антенн,
причем угломестный ка-
нал включается после
обнаружения цели ази-
мутальным каналом.
Пределы работы по ази-
муту 360°, по дальности
1200 км, по высоте 75
км, по углу места 16°.
Дальность обнаружения
истребителя на высотах
Рис. 2.10
10...20 км около 300...400 км. Точность измерения даль-
ности 400 м, азимута - 0,4°, высоты 750 м. Скорость об-
зора 6 об/мин. Время развертывания 22 ч. Подавление
помех от местных предметов 45 дБ. Предусмотрена за-
щита от помех организованного противодействия. По-
требная мощность электропитания 100 кВт. Обслужи-
вающий персонал - 4 чел. Внешний вид РЛС показан на
[5.37, 5.69].
РЛС «Небо-СВУ»(Россия). Мобильная наземная
РЛС дежурного режима для обнаружения баллистиче-
Рис. 2.11
ских и аэродинами-
ческих целей мет-
рового диапазона,
созданная в разви-
тие РЛС «Небо-СВ»
(55Ж6У) и 55Ж6
(«Небо»). В отличие
от РЛС 55Ж6, в
ней используется
одна прямоугольная
антенная решетка
(рис. 2.11).
Ширина диаграммы направленности по азимуту 6°,
по углу места 15°. Пределы работы по азимуту 360°, по
углу места 25°, по высоте 100 км. Дальность обнаруже-
ния баллистических и гиперзвуковых крылатых ракет
250...300 км на высотах 10...50 км. Дальность обнаруже-
ния истребителя 280...380 км на высотах 10...20 км. Зона
автосопровождения по азимуту 360°, по углу места
45.. .50°, по высоте 180 км. Точность измерения дальности
200 м, азимута - 0,5°, угла места - 1 ° (в диапазоне 3.. .45°).
Скорость обзора 6 и 12 об/мин. Число сопровождаемых
целей 100. Используется высокоэффективная цифровая
СДЦ. Предусмотрена защита от нескольких источников
активных помех, антенны их компенсации и пеленгации
формируются из элементов антенной решетки, подавление
одиночной помехи 24...28 дБ. Число транспортных еди-
ниц - 2. Время развертывания - 25 мин. Среднее время на-
работки на отказ - 500 ч и~в ос становления - 0,5 ч двойной
кривизны. Мощность системы электропитания - 30 кВт,
обслуживающий персонал - 4 чел. [5.69].
2.2.11. Примеры РЛС обнаружения,
наведения и целеуказания на средних
и больших высотах дециметрового
и сантиметрового диапазонов
РЛС W-2000 (США). Твердотельная, трехкоорди-
натная обзорная РЛС обнаружения и сопровождения
воздушных целей ПВО и УВД дециметрового диапазо-
на (1215... 1365 МГц). Поставляется в стационарном и
транспортабельном вариантах. Возможна работа без по-
стоянного присутствия обслуживающего персонала.
Зона обзора до 500 км по дальности, до 20° по углу
места, до 30 км по высоте, 360° по азимуту. Скорость
обзора 6 об/мин. Дальность обнаружения цели с эффек-
тивной площадью 1 м2 составляет 390 км при вероятно-
сти правильного обнаружения 0,8. Ошибки измерения
координат цели с эффективной площадью 1 м2 на даль-
ности 250 км составляют 92 м по дальности, 0,13° по
азимуту, 480 м по высоте. Разрешающие способности 296
м по дальности, 1,3° по азимуту (на дальности 250 км для
целей с эффективной площадью 15 м2).
22
Коэффициент подавления СДЦ 52 дБ. Имеется ана-
лизатор помех. Помехозащищенность от активных по-
мех достигается понижением уровня и бланкированием
боковых лепестков характеристики направленности,
программной или псевдослучайной перестройкой не-
сущей частоты (в 10 % полосе).
Используется активная ФАР шириной 9,2 м и высо-
той 7,3 м, состоящая из 2024 диполей. Ее механическое
сканирование по азимуту сочетается с фазовым по углу
места. Ширина диаграммы направленности 2° по азиму-
ту, 2,2° по углу места. Коэффициент усиления антенны
35 дБ в режиме передачи и 39 дБ в режиме приема.
Импульсная мощность РЛС 2 МВт, коэффициент
шума приемного устройства 2,4 дБ. Зондирующие им-
пульсы имеют длительность 16 мкс и нелинейную ЧМ.
Для различных углов места они могут излучаться на
разных несущих частотах, Формирование и сжатие им-
пульсов проводится на линиях с поверхностными аку-
стическими волнами (ПАВ). Встроена система контроля
и локализации неисправностей [5.15].
РЛС ARSR-4 (США). Трех координатная, стацио-
нарная РЛС УВД, ВВС и ПВО (рис. 2.12) дециметрово-
го диапазона (1215... 1400 ''
МГц). Зона обнаружения по
дальности 9...457 км, по углу
места - 7...30°, по высоте до
30 км, по азимуту 360°.
Дальность обнаружения це-
ли с эффективной площадью
2,2 м2, летящей на высоте
30 км, составляет 330 км при
вероятности правильного ’f |Г
обнаружения 0,8. Ошибки -~ ЬшМШКи
измерения: дальности 230 м, 'ЯЫ
высоты (для целей с эффек- Рис. 2.12
тивной площадью 2,2 м2, на-
ходящейся на дальности 325 км) - 900 м, азимута
0,176°. Разрешающие способности: по дальности 230 м,
по азимуту 2°. Скорость обзора 5 об/мин.
Обеспечивает автоматическое сопровождение 800
самолетов и 200 других целей. Многолучевая зеркаль-
ная антенна с диаметром обтекателя 16,8 м имеет облу-
чатель в виде антенной решетки размерами 5,1x3,6 м.
В ее 23 строках размещены 600 излучателей с верти-
кальной и горизонтальной поляризациями. Использу-
ются вертикальная и круговая (при интенсивности
осадков более 3 мм/ч) поляризации. Ширина диаграммы
направленности в горизонтальной плоскости 1,4°, уро-
вень боковых лепестков по азимуту - 35 дБ. Проводит-
ся двухчастотное импульсное зондирование при дли-
тельностях импульсов 90 мкс и 60 мкс и несущей час-
тоте второго импульса на 83 МГц ниже несущей перво-
го. Нелинейная ЧМ с девиацией частоты 1,3 МГц, обес-
печивает длительность сжатых импульсов 1,4 мкс. Об-
работка сигналов цифровая. Коэффициент подавления
СДЦ 40 дБ. Предусмотрены стабилизация ложных тре-
вог с усреднением по дальности, нанесение карты ме-
шающих отражений, карты метеообразований, выявле-
ние отметок от птиц, перестройка несущей частоты и
частоты повторения импульсов. Среднее время между
перерывами в работе для ремонта антенны более 1 г.
Среднее время наработки на отказ 1500 часов [5.32].
РЛС 64Л6Е или
«Г амма-С 1Е» (Россия).
Мобильная трехкоорди-
натная РЛС обнаружения,
наведения и целеуказания
сантиметрового диапазона
с цифровой обработкой
информации и плоской
одномерной ФАР, вра-
щающейся по азимуту
(рис. 2.13). Зона обнару-
жения: по дальности
10...300 км (10...400 км в
дополнительном режиме),
по высоте до 30 км, по уг- Рис- 213
лу места -2...+30° и -2...+55°.
Ошибки измерения дальности 50 м, азимута 15 мин,
угла места 10... 15 мин, высоты 400 м. Разрешающие
способности по дальности 250 м, по азимуту 1,4° Ско-
рость обзора 6 об/мин. Число выдаваемых трасс целей
за обзор 100. Среднее время наработки на отказ 400 ч.
Автоматизированная система контроля и диагностики
обеспечивает среднее время восстановления 0,5 ч. Вре-
мя развертывания (свертывания) 40 мин. Число основ-
ных транспортных единиц 2. Подавление отражений от
местных предметов 45 дБ. Средняя генерируемая мощ-
ность 10... 12 кВт. Сопрягается со средствами защиты от
противорадиолокационных ракет [5.71].
РЛС 59Н6Е или «Противник-ГЕ» (Россия). Мо-
бильная трехкоординатная РЛС L-диапазона с трассо-
вой обработкой, высокой разрешающей способностью,
помехозащищенностью и автоматизацией процесса из-
мерений, не требую-
щая регулировок и на-
строек в процессе ра-
боты (рис. 2.14).
Дальность обнаруже-
ния воздушных целей
при круговом обзоре
400 км. Границы из-
мерения высоты:
нижняя 50 м, верхняя
120 км. Точности оп-
ределения координат:
дальности 50 м, ази-
мута 10 мин, угла мес-
та 8 мин, высоты 350. Среднее время наработки на отказ
1000 ч. Обслуживающий персонал -2 чел [5.70].
РЛС AN/TPS-59 (США). Мобильная наземная трех-
координатная РЛС обнаружения и сопровождения воз-
душных целей дециметрового диапазона. Максимальная
дальность обнаружения цели с эффективной площадью
1 м2 более 400 км. Сектор обзора по углу места 0...190,
по азимуту - 360°. Ошибки измерения дальности менее
30 м, азимута - менее 0,2°, угла места - около 0,1°. Разре-
шающие способности по дальности 80 м, по азимуту -
около 3,2°, по углу места - около 1,6°.
Скорости обзора 6 и 12 об/мин. Пропускная способ-
ность 500 целей при скоростях до М = 4.
Среднее время наработки на отказ 1400 ч. Обеспечи-
вается автоматизация контроля рабочих характеристик.
Среднее время восстановления 40 мин. Мобильность ха-
Рис. 2.14
23
рактеризуется временем развертывания 1 ч и временем
свертывания 0,5 ч. Длина волны около 23 см. Импульс-
ная мощность около 35 кВт, средняя мощность 6,3 кВт.
Шумовая температура приемника 540 К. Используется
удлиненная вверх ФАР размером 9,2x4,2 м, вращаю-
щаяся по азимуту. Зондирование проводится смежны-
ми по времени и разнесенными по частоте ЛЧМ радио-
импульсами с коэффициентом широкополосности 256
при весовой обработке на приемной стороне. Обработ-
ка сигналов цифровая.
Элементная база полностью твердотельная, что опре-
делило высокую надежность РЛС. Помехозащищенность
характеризуется подавлением помех от местных предме-
тов более чем на 50 дБ, от гидрометеоров - на 30 дБ
[2.59]. Проведен ряд модификаций, направленных на
улучшение данных РЛС.
РЛС AN/FPS 117. Развитие РЛС AN/TPS-59. Вы-
пускается в подвижных и стационарных вариантах.
Рис. 2.15
Стационарный вариант, пред-
назначенный для зоны ПВО
Аляски, отличается дистанци-
онным контролем техническо-
го состояния из удаленного
технического центра. Благо-
даря высокой надежности, об-
служивается эпизодически по
результатам контроля [5.45].
Внешний вид стационарной
РЛС показан на рис. 2.15.
Экспериментальная ши-
рокополосная РЛС Senrad
(США). РЛС рассчитана на
обнаружение и сопрово-
ждение воздушных це-
лей на дальностях до
370 км при круговом об-
зоре со скоростью 7,5
и 15 об/мин в поддиапа-
зонах частот диапазона
S (850... 942 МГц и
1215... 1400 МГц). С це-
лью последующего вы-
бора окончательного
Рис. 2.16
решения предусмотрены две антенны одинакового раз-
мера 7,5x2,25 м (рис. 2.16) с практически одинаковыми
коэффициентами усиления 27,5...29 дБ и косеканс-
квадратными характеристиками направленности в вер-
тикальной плоскости. В первой, параболической антен-
не обеспечивается уровень боковых лепестков -22,5 дБ
при ширине характеристики направленности 3...2,3°.
Во второй антенной решетке обеспечивается уровень
боковых лепестков -40 дБ при ширине характеристики
направленности 3,8...2,8°.
Генерация сигналов обеспечивается двумя мощны-
ми ЛБВ с максимальными значениями средней мощно-
сти 6 кВт и пиковой мощности 160 кВт.
Предусмотрен ряд различных режимов излучения. В
этих режимах в каждом поддиапазоне диапазона S из-
лучаются зондирующие сигналы на различных несущих
частотах, все с полосой 2 МГц. Длительности несжа-
тых импульсов зависят от режима, но длительности
всех сжатых импульсов составляют 0,7 мкс при уровне
боковых лепестков -30 дБ.
В режиме максимальной дальности (МД) в каж-
дом частотном поддиапазоне излучаются импульсы
длительности 120 мкс (в дальнейшем 250 мкс) с перио-
дом 6,1 мс.
В режиме селекции движущихся целей (СДЦ) в усло-
виях ясной погоды после каждого импульса режима МД
излучается тройка 10-микросекундных импульсов с ин-
тервалом 1 мс на общей несущей частоте, позволяющая
реализовать двукратное череспериодное вычитание.
Частоты троек импульсов меняются.
В режимах СДЦ в условиях дождя и преднамерен-
ных пассивных помех после каждого импульса режима
МД на общей несущей частоте излучается 10-импуль-
сная пачка 30-микросекундных импульсов. На прием-
ной стороне стоят устройства двукратной череспериод-
ной компенсации и 8-точечного БПФ в сочетании со
стабилизацией условной вероятности ложных тревог в
сигнальных фильтрах. Следующая 10-импульсная пачка
излучается на другой частоте.
Наконец, введен режим излучения с полосой 150 МГц
при гетеродинно - фильтровой обработке с частичной
фазочастотной демодуляцией (разд. 19.3.4).
Достоинства РЛС Senrad следующие:
• повышена надежность автоматического обнару-
жения и сопровождения целей: а) снижены возможно-
сти постановки активных помех; б) ослаблены эффек-
ты флюктуаций цели, провалов характеристики направ-
ленности, слепых скоростей СДЦ;
• обеспечены определение высоты цели по запазды-
ванию отраженных от земли сигналов, а также распо-
знавание целей по дальностным портретам за счет вы-
сокого разрешения по дальности в режиме излучения с
полосой частот 150 МГц;
• отпала потребность в специализированном запрос-
чике, поскольку диапазон частот системы RBS
(разд. 2.2.22, 5.4, 24.9) перекрывается диапазоном час-
тот одной из передающих ЛБВ Senrad [2.130].
2.2.12. Примеры РЛС
обнаружения маловысотных целей
РЛС 39Н6Е или «Каста-2Е2» (Россия). Мобильная
трехкоординатная твердотельная РЛС дециметрового
диапазона с зеркальной поднимаемой антенной и циф-
ровой обработкой информации (рис. 2.17).
Зона обнаружения по дальности 5... 150 км, по азимуту
360°, по углу места 25°, по высоте 6 км. Дальности обна-
ружения целей, летящих на высоте 100 м, равны соответ-
ственно 41 км и 55 км в за-
висимости от высоты подъ-
ема антенны (14 и 50 м),
а целей, летящих на высоте
1 км, - 95 км. Ошибки из-
мерения дальности 100 м,
зимута 40 мин, плоскост-
ных координат 900 м, ско-
рости 20 м/с.
Определяются эшелоны
высот полета: 0...2 км;
2...4 км; более 4 км.
Разрешающие способ-
ности по дальности 300 м,
по азимуту 5,5°. Скорости
обзора 6 и 12 об/с. Число
Рис. 2.17
24
сопровождаемых трасс 50. Подавление отражений от
местных предметов более 50 дБ. Для защиты от им-
пульсных и шумовых активных помех предусмотрены:
стабилизация уровня ложных тревог; перестройка рабо-
чих частот в полосе 10 % от несущей, автоматическая
смена 127 и 255-элементных М-кодов; критерийная
обработка сигналов и изменение частоты следования
импульсов.
Среднее время наработки на отказ 700 ч, среднее
время восстановления 0,3 ч (показывается местонахож-
дение отказавших и запасных элементов). Время вклю-
чения 3,3 мин, время развертывания 20 мин. Продолжи-
тельность непрерывной работы до 20 сут. Потребляемая
мощность до 23 кВт [5.72].
РЛС 36Д6 (Ук-
раина). Мобиль-
ная трехкоординат-
ная РЛС ПВО S-диа-
пазона с подъемом
антенны на вышку
для увеличения
дальности обнару-
жения низколетящих
целей (рис. 2.18).
Развитие распро-
страненной РЛС
19Ж6М. Дальности
обнаружения без и с
27 м для целей:
1) с эффективной площадью 1 м2 при высоте полета
Рис. 2.18
использованием вышки высотой
100 м - 45 и 52 км, при высоте полета 1000 м - 118 и
130 км, при высоте полета 2 км - 145 и 175 км, макси-
мальная дальность - 180 км;
2) с эффективной площадью 0,1 м2 при высоте полета
60 м - 28 и 38 км, при высоте полета 100 м - 35 и 46 км.
Ошибки измерения дальности 50 м, азимута 18 мин,
высоты 400 м. Количество сопровождаемых трасс 120.
Помехозащита: разнос частот между лучами, подавле-
ние приема активных шумовых помех по боковым ле-
песткам и в главном луче, стабилизация уровня ложных
тревог, подавление отражений от местных предметов
50 дБ. Используется запросчик систем РЛО «Пароль»
или Мк ХА, Мк XII. Определение местоположения с
помощью системы GPS. Аппаратура передачи данных
по радиоканалу. Среднее время наработки на отказ
800 ч. Потребляемая мощность от электросети или ди-
зель - генератора 55 кВА. Время свертывания (развер-
тывания) без вышки 1 ч, с вышкой 2 ч [5.73].
2.2.13. Примеры РЛС наведения зенитных
управляемых ракет
РЛС 30Н6Е (Россия). Многофункциональный ра-
диолокатор подсвета и наведения (РПН) мобильной зе-
нитной ракетной системы С-300 ПМУ1 (разд. 5.4.2) -
трехкоординатный, сантиметрового диапазона длин
волн (рис. 2.19), когерентно-импульсный с ФАР, кото-
рая может подниматься на вышку высотой 19 м.
Обеспечивает автоматическое обнаружение и захват
аэродинамических и баллистических целей, одновре-
менное сопровождение шести целей, пуск и наведение
12 ЗУР по шести целям, опознавание «свой-чужой».
Может вести боевую работу автономно и по внешнему
целеуказанию. Дальность обнаружения целей с эффек-
площадью
составляет
с вероятно-
правильного
тивной
1 м2
140 км
стью
обнаружения 0,9 и
ложной тревоги 10-6.
Максимальная ско-
рость целей 2800 м/с.
Ошибки измерения
по дальности 3...5 м,
по азимуту и углу
места 0,02°. Разре-
шающие способно-
сти 100 м по дально-
Н-"?'
Рис. 2.19
сти, 5 м/с по скорости, 1,3° по азимуту и 1,2° по углу
места. Сектор обзора (угол места х азимут) составляет
при обнаружении: аэродинамических целей на средних
и больших высотах соответственно 14x64° и 5x64°; ма-
ловысотных целей 1x90°; баллистических целей 10x32°.
Секторы поиска по внешнему целеуказанию 4x4°, 2x2°.
Импульсная мощность 75 кВт, средняя мощность
каждого из двух передатчиков 5 кВт. Коэффициент шу-
ма приемника 7...9. Размер антенной системы 2,5x3 м,
ширина диаграммы направленности 0,9° по азимуту и
0,8° по углу места. Частота следования импульсов ква-
зинепрерывных зондирующих сигналов до 100 кГц
[5.36, 5.75]. В дальнейшем система С-300 ПМУ1 с опи-
санной здесь РЛС может перейти в систему «Триумф»
со своей РЛС (см. разд. 5.4.2) [5.49, 5.76].
РЛС 9С32 (Россия). Локатор многоканальной стан-
ции наведения ракет (МСНР) самоходной зенитной ра-
кетной системы С-300В (разд. 5.4.2) - трехкоординат-
ный, сантиметрового диапазона, с ФАР, когерентно-
импульсный. Проводит секторный поиск аэродинами-
ческих и баллистических целей, одновременно сопро-
вождает до 12 целей и обеспечивает пуск и наведение
12 ЗУР по шести целям.
Предусмотрены режимы работы: а) по целеуказанию
(ЦУ) командного пункта системы; б) автономной рабо-
ты (АР). Сектор наблюдения целей в режиме ЦУ 5°
по азимуту и 6° по углу места, в режиме АР - ±30°
по азимуту, 0...180 по углу места, установка азимутов
проводится путем поворота ФАР. Дальности обнаруже-
ния и автосопровождения самолетов-истребителей, ле-
тящих на высоте 5 км, соответственно 150 и 140 км в
режиме ЦУ, 140 и 130 км в режиме АР. Ошибки изме-
рения в режиме автосопровождения самолетов-истреби-
телей - 5...25 м по дальности, 0,3...1,5 м/с по скорости,
0,72...7,2 мин по азимуту и углу места. Разрешающие
способности 100 м по дальности, 5 м/с по скорости, Г
по азимуту и углу места. Импульсная мощность 150
кВт, средняя мощность 10... 13 кВт, чувствительность
приемника 10‘17 Вт. Антенная система включает: а)
пассивную ФАР, обеспечивающую формирование луча
шириной 1 ° в обеих плоскостях и его фазовое управле-
ние; б) дополнительные антенны квадратурных авто-
компенсаторов помех. Типы зондирующих сигналов: а)
квазинепрерывный с смодулированными и ЛЧМ ра-
диоимпульсами в пачке применяется и для работы по
данным ЦУ и автономной работы; б) импульсный с
ЛЧМ - применяется только в режиме автономного по-
иска. Обработка квазинепрерывного сигнала - корреля-
25
ционно-фильтровая с накоплением в узкополосных
фильтрах промежуточной частоты. Формирование и
обработка импульсного ЛЧМ сигнала - на дисперсион-
ных линиях задержки [0.68, 5.43, 5.47]. Система С-300В
с описанной РЛС развивается в систему «Антей-2500»
со своей РЛС [5.48].
РЛС 9С35А, 9С35М1 (Россия). Радиолокатор само-
ходной огневой установки зенитного ракетного ком-
плекса «Бук». Двухзеркальная антенна РЛС размещена
под радиопрозрачным обтекателем (рис. 2.20).
Рис. 2.20
Сектор поиска цели 120 х 6° при автономной работе,
10x6° при внешнем целеуказании Время обзора 4 и 2 с.
РЛС имеет защиту от пассивных, активных маскирую-
щих и имитирующих (синхронных, несинхронных, уво-
дящих по дальности, углам и скорости) помех. Пеленгу-
ет и сопровождает постановщики активных шумовых
помех. РЛС сопряжена с телевизионным оптическим
визиром. Имеет импульсный и квазинепрерывный ре-
жимы радиоизлучения.
Импульсный режим излучения используют при ра-
боте по малоскоростным целям в активных помехах и
низком уровне пассивных помех. Зондирующий сигнал -
ЛЧМ импульс длительностью 50 мкс на одной из четы-
рех несущих частот. Девиация 900 кГц, длительность
сжатого импульса 1,6 мкс. Средняя мощность 0,5 кВт.
Дальности обнаружения и захвата на сопровождение
цели с ЭПР 1 м2 на высоте 3 км составляют соответст-
венно 70км при вероятности обнаружения 0,5 и 45 км
при вероятности захвата 0,9. Коэффициент подавления
помех от местных предметов не менее 38 дБ.
Квазинепрерывный режим излучения используется
при большом уровне пассивных помех и сопровожде-
нии низколетящих целей. Дальности обнаружения цели
на высоте 3000 м и захвата ее на сопровождение состав-
ляют 60 и 40 км. При поиске цели зондирующий сигнал
имеет период 50 мкс, при автосопровождении - от 40 до
111 мкс. Скважность в последнем случае равна 10, а пе-
риод зависит от дальности и скорости цели. Средняя
мощность передатчика 1 кВт [5.18].
Реализовано распознавание трех классов целей: аэ-
родинамических, баллистических, вертолетов [5.92], ав-
томатическое или путем анализа оператором акустиче-
ского портрета эхо-сигнала на слух.
Дальнейшая модернизация предполагает введение
ФАР, обеспечивающей одновременный обстрел четырех
целей, подъем ее телескопической мачтой до 21 м [5.120].
РЛС AN/ MPQ-53 зенитного ракетного комплекса
«Пэтриот» (США). Многофункциональная мобильная
РЛС сантиметрового диапазона (5...6,7 см). Предназна-
Рис. 2.21
чена для обнаружения целей, начиная с дальностей
160... 180 км (бомбардировщики), НО... 120 км (истре-
бители), 80... 100км (ракеты), сопровождения (всего
90... 125 объектов с наведением на девять из них), а
также подсвета в режиме полуактивной радиолокации.
Сектор обзора в режиме поиска целей -45...45° по
азимуту и 1...73° по углу места, сектор сопровождения
в режиме наведения через ракету 55...-55° по азимуту и
1 ...83° по углу места. Предусмотрено, что в режиме
«молчания» РЛС AN/MPQ-53 может до последних эта-
пов наведения момента получать информацию о целях
от самолета Е-3 системы AWACS.
В зависимости от режима работы передатчик РЛС
формирует сигналы, различающиеся по несущей часто-
те, виду модуляции, длительности и частоте следования
импульсов.
Антенная система AN/MPQ-53 (рис. 2.21) установле-
на под углом 67° относительно горизонта. Она включает
передающую 5161 -эле-
ментную ФАР диаметром
2,44 м, приемную 251 -эле-
ментную ФАР диаметром
0,44 м и пять 51-эле-
ментных ФАР, предназна-
ченных для адаптивной
компенсации помех по бо-
ковым лепесткам. Ниже
расположена ФАР запро-
счика AN/TPX-46(M).
Используется моно-
импульсный метод изме-
рения угловых координат
с выделением при приеме суммарного и двух разност-
ных сигналов. Приемная система осуществляет усиле-
ние и сжатие импульсов, моноимпульсную обработку,
регулировку чувствительности, стробирование импуль-
сов по дальности, доплеровскую обработку сигналов,
обнаружение и защиту от помех. Окончательная обра-
ботка сигналов - цифровая.
По данным обработки осуществляется автоматиче-
ское управление работой РЛС и наведением ракет. Ти-
повая длительность полного цикла работы по поиску
целей (наиболее трудоемкая часть цикла), их сопровож-
дению и наведению на них ЗУР около 3,2 с. Эта дли-
тельность сокращается при упрощении воздушной об-
становке. Боевой расчет состоит из двух операторов.
За время эксплуатации системы разработаны раз-
личные модификации ЗРК «Пэтриот» [2.59, 5.99].
2.2.14. Примеры РЛС (РЛК) разведки
на поле боя
РЛК 1Л220У (Украина). Автоматизированный мо-
бильный радиолокационный комплекс S-диапазона с ФАР
размером 4x8 м (рис. 2.22). Определяет координаты и рас-
познает классы стреляющих систем, корректирует стрель-
бу артиллерии и определяет точки падения снарядов про-
тивника^ выявляющие его позицию. Дальности разведки:
минометов до 30 км, артиллерии 18...20 км, реактивных
систем залпового огня (РСЗО) - 30...40 км, тактических
ракет - 55 км. Дальности контроля стрельбы артиллерии
40...50 км, РСЗО - 70 км, тактических ракет 70...90 км.
Срединные отклонения для артиллерийских снарядов -
40.. .50 м, для РСЗО 70 м, для тактических ракет 70.. .90 м.
26
Зондирующий сигнал
длительностью 13 мкс
или 26 мкс. Периоды
следования 264...312 мкс
или 528...624 мкс. Сек-
тор сканирования луча
антенны по азимуту 60°.
Луч сканирует над гори-
зонтом на основе данных
цифровой карты рельефа
местности. Пропускная
способность 50 траекто-
рий/мин. Боевой расчет -
3 чел. [5.77].
РЛС Buer-S (Герма-
ния). Мобильная РЛС
обнаружения и сопрово-
ждения наземных и низ-
колетящих целей диапа-
зона 3 см с ФАР и нави-
гационной привязкой
(рис. 2.23). Инструмен-
тальная дальность 40 км.
Возможна перестройка
частоты от пачки им-
пульсов к пачке. Автома-
тически распознает цели
по дальностным портре-
там, используя широко-
13-элементный код Баркера
полосную частотную
(stepped frequency) манипуляцию.
РЛС Buer-S - основной элемент многосенсорной сис-
темы Buer, включающей телевизионный и инфракрас-
ный датчики [5.63].
РЛС «Кредо-1 Е» (Россия). РЛС обнаружения на
поле боя средней дальности и корректировки стрельбы
артиллерии. Дальность обнаружения солдат 15... 16 км,
техники до 40 км, корректировки стрельбы до 13 км.
Дисплей позволяет выделять цветами цели с различной
скоростью движения. Масса - 18 кг [5.46].
РЛС Arine (Испания).
РЛС разведки на поле боя
(рис. 2.24). Видоиз-
менение РЛС AN/PPS-5
(США) с уменьшением
мощности излучения для
уменьшения вероятности
перехвата (LPI). Излуча-
ются когерентные им-
пульсы с частотой следо-
вания 4 кГц. Диапазон ра-
бочих частот расширен
до 8... 12 ГГц(2...3 см).
Рис. 2.24
Состоит из трех блоков общей массой 42 кг, время
сборки 2 мин. Средняя мощность передатчика 7 Вт. Ко-
эффициент шума приемника 5 дБ. Разрешение по даль-
ности 40... 160 м в зависимости от дальности. Обнару-
живает ползущего-идущего солдата на расстоянии
3,6... 10 км, группу солдат или малую автомашину на
расстоянии 10 км, движущийся танк на расстоянии
20 км, зависший-летящий вертолет на расстоянии
10...20 км [5.118], [2.137а].
2.2.15. Примеры РЛС контроля
космического пространства
и противоракетной обороны
РЛС «Дон-2Н» (Россия). Многофункциональная
РЛС сантиметрового диапазона с дальностью действия
в несколько тысяч километров. Предназначена для об-
наружения и сопровождения баллистических целей и
наведения на них противоракет, а также контроля кос-
мического пространства. Возможности РЛС продемон-
стрированы в международном эксперименте по обна-
ружению малоразмерных космических объектов [5.111].
Она - единственная из всех РЛС в мире смогла обнару-
жить и построить траекторию шарика диаметром 5 см.
Точность сопровождения цели: по дальности 10 м,
по углу 0,6’. Размещена в сооружении (рис. 2.25) в виде
правильной усеченной пирамиды с гранями, наклонен-
ными под углом 60°, размером верхней части 100 м, вы-
сотой около 40 м. На четырех сторонах установлены ан-
тенные решетки: круговые приемные диаметром 16 м и
прямоугольные передающие 7x8 м2. Приемные решетки
могут формировать независимые группы узких лучей
для моноимпульсных измерений. Передающее устрой-
ство генерирует импульсы различной длительности с
ЛЧМ и фазовой манипуляцией. Излучаемая импульсная
мощность 250 МВт.
Рис. 2.25
Высокоскоростной процессор обеспечивает цифро-
вую обработку сигналов на промежуточной частоте.
Программно-алгоритмический комплекс реализует об-
наружение сложных баллистических целей (СБЦ), их
классификацию по типу траекторий, вскрытие состава
СБЦ с выделением тяжелых элементов в присутствии
активных помех, облаков диполей, плазменных следов,
ложных целей и др.[0.64, 0.65, 070, 5.40].
РЛС THAAD (США). Твердотельная РЛС модуль-
ного построения (рис. 2.26а) с фазированной антенной
решеткой (рис. 2.266). Работает в X диапазоне.
Рис. 2.26
27
Обеспечивает обнаружение, классификацию, расчет
точки встречи и сопровождение цели, управление огнем
и оценку результата уничтожения. Использует совре-
менные мощные приемопередающие модули, совре-
менную обработку сигналов и радиолокационных дан-
ных. Является элементом обороны театра военных дей-
ствий на больших высотах (разд. 5.4.5) [5.105].
РЛС AN/FPS-115 PAVE PAWS (США). Предназна-
чена для обнаружения и определения характеристик бал-
листических ракет морского базирования и межконти-
нентальных. Обеспечивает также контроль космического
пространства. РЛС осуществляет скоростную селекцию
носителя, расчет точек старта и падения. Дальность об-
Рис. 2.27
наружения 5500 км. Две
ФАР диаметром актив-
ной части 22,1 м уста-
новлены на двух сторо-
нах здания высотой
32 м (рис. 2.27), накло-
нены под углом 70° и
обеспечиваю обзор в
суммарном секторе
240° по азимуту и в
секторе 3...850 над го-
ризонтом. Ширина луча 2,2°. 1792 активных элемента
создают импульсную мощность 582 кВт в диапазоне
420.. .450 МГц. Работа автоматизирована [5.112].
РЛС «Воронеж-ДМ» (Россия). РЛС предупреждения
о ракетном нападении метрового диапазона с полным
поляризационным приемом. Антенна и ее элементы по-
казаны на рис. 2.28 а, б). Первый образец установлен в
Ленинградской области и восполняет сплошное радиоло-
кационное поле в северо-западном направлении [5.128].
Рис. 2.28
РЛС «Руза» (Россия) - мегаваттная РЛС миллимет-
для наблюдения орбитальных
рового (Ка) диапазона
Рис. 2.29
объектов с механически на-
правляемой ФАР диаметром
7,2 м. (рис. 2.29). Дальность
обнаружения цели с эффек-
тивной площадью 0,01 м2 со-
ставляет около 420 км. Точ-
ность углового измерения
0,2'. Число сопровождаемых
объектов - 30. Ширина лучей
передающей и приемной ан-
тенн по половинной мощно-
сти 4,2 и 5,0'. Усиление передающей антенны 60 дБ.
Сектор электронного сканирования 50'. Мощности
двух усилительных гироклистронов 500 кВт складыва-
ются в пространстве. Возможно излучение зондирую-
щих сигналов без внутриимпульсной модуляции и с
ЛЧМ модуляцией с девиациями частоты 4,6 и 100 МГц.
Для ЛЧМ модуляции и демодуляции используются
фильтры на ПАВ с девиацией частоты 4,6 МГц. Моно-
импульсная обработка проводится в пяти каналах с ди-
намическим диапазоном 60...80 дБ [5.53].
Экспериментальная РЛС TIRA (Германия). Это
двухканальная РЛС обнаружения, сопровождения воз-
душных и космических целей и получения их изобра-
жений института FGAN (рис. 2.30,а).
Рис. 2.30
Дециметровый канал обнаруживает и сопровождает
цели, сантиметровый диапазона Ки - обеспечивает высо-
кие разрешающие способности: по дальности - за счет по-
лосы частот до 1 ГГц и более; по угловым координатам -
за счет инверсного (обратного) синтеза апертуры
(разд. 18.12). Изображение ИСЗ показано на рис. 2.30,6.
2.2.16. Примеры авиационных
активных РЛС
Авиационные РЛС включают: а) РЛС обзора воз-
душного пространства; б) РЛС обзора земли; в) много-
функциональные РЛС.
К РЛС обзора воздушного пространства относят: а)
РЛС дальнего радиолокационного обнаружения (дозо-
ра) и наведения (управления); б) РЛС перехвата и при-
целивания средств воздушного нападения; в) РЛС за-
щиты своих самолетов; г) РЛС обхода препятствий
(грозовых образований).
Для обзора земли используют РЛС: а) бокового об-
зора с вдольфюзеляжной антенной; в) бокового обзора с
синтезированной апертурой (РСА), см. разд. 7.4 и 18.12;
г) подповерхностной локации [0.17, 2.30, 2.60, 2.109].
Показатели качества РЛС повышаются путем улуч-
шения синтеза апертуры, расширения полосы частот,
интерферометрического измерения высоты элементов
поверхности и селекции движущихся по ней целей.
Авиационный комплекс радиолокационного до-
зора и наведения А-50Э (Россия). Предназначен для
обнаружения и сопровождения воздушных, надводных
и наземных неизлучающих целей, определения их госу-
дарственной принадлежности, получения пеленгов на
источники излучения, наведения на выбранные цели,
приема команд, выполнения функций пункта управле-
ния. Включает самолет А-50Э (модификация Ил-76МД)
и радиотехнический комплекс (РТК). Основа РТК -
28
Рис. 2.31
трех координатная импульсно-доплеровская РЛС с циф-
ровой СДЦ и внефюзеляжной грибовидной антенной
(рис. 2.31). Дальность
обнаружения бомбар-
дировщика 650 км, ис-
требителя 300 км, кры-
латой ракеты 215 км,
колонны танков 250 км,
морских целей - до
радиогоризонта. Чис-
ло сопровождаемых
воздушных целей до
300, число наводимых
истребителей до 30. Дальность передачи информации
по радиолиниям: до 350 км в миллиметровом и деци-
метровом диапазонах, до 2000 км в KB-диапазоне, более
2000 км через спутники. Продолжительность патрули-
рования (на удалении 1000 км от аэродрома взлета) - до
6 ч, с одной дозаправкой -9 ч. Экипаж: летный -
5 чел., экипаж РТК - 11 чел. [5.50, 5.58, 5.79].
Бортовой радиолокационный комплекс Э-801
(Россия). Включает вертолет Ка-31 и радиотехнический
комплекс (рис. 2.32). Контролирует воздушную и над-
водную обстановку с
передачей информа-
ции на корабельные и
наземные пункты сис-
тем управления, ох-
ранных и таможенных
служб [5.80]. Диапа-
зон РЛС дециметро-
вый. Зона обнаруже-
ния 360°, время обзора 10 с. Дальность обнаружения
истребителей 150 км, надводных объектов 250 км. Чис-
ло сопровождаемых объектов до 20. Дальность переда-
чи информации до 150 км. Барражирование до 2,5 ч на
высотах до 3,5км. Экипаж 2 чел.
Авиационный комплекс радиолокационного до-
зора и наведения Е-ЗБ (США). Создан на основе авиа-
лайнера Боинг 707 для работы в системе AWACS
(Airbom Warning and Control System), но используется и
в других системах. Экипаж: летный - 17 чел. и радио-
технического комплекса (РТК) - 22 чел.
Основу РТК оставляет восьмирежимная РЛС
AN/APY-2 десятисантиметрового диапазона, прошед-
шая ряд модернизаций. Обзор пространства со скоро-
стью 6 об/мин осуществляется с помощью антенны с
размерами 7,3x1,5 м, размещенной в радиопрозрачном
обтекателе над фюзеляжем самолета и имеющей низкий
уровень боковых лепестков. Зона поиска разбивается на
32 сектора, в каждом из которых на протяжении обзора
может реализоваться свой режим работы: а), б) им-
пульсно-доплеровские без сканирования и со сканиро-
ванием по углу места; в) без доплеровской селекции с
отсечкой сигналов ниже линии горизонта; г) без допле-
ровской селекции с зондированием морской поверхно-
сти сверхкороткими импульсами; д) пассивного пелен-
гования источников помех; е) контроля технического
состояния РЛС; ж) подмены другого самолета Е-3.
В состав РТК входит аппаратура тактической систе-
мы распределения информации JTIDS (Joint Tactical
Information Distribution System). Модернизация РТК
продолжается. Так, 16-разрядный процессор цифровой
обработки заменяется 32-разрядным. Планировалось
включение в РТК станции радиотехнической разведки
AN/AYR-1, аппаратуры GPS и т.д. [2.59, 5.39].
Бортовая РЛС БРЛС-8Б «Заслон» (Россия). Мно-
гофункциональная, многорежимная импульсно-допле-
ровская РЛС сантиметрового диапазона с электронным
сканированием луча и пассивной ФАР самолетов МиГ-31
и др. Дальность обнаружения целей с эффективной
площадью 19 м2 в передней полусфере 180...200 км, в
задней 60...80 км. Сектор обзора по азимуту ±70°, по
углу места - 60...+70°. Обзор угол места/азимут 5745°
проводится за 5,5 с, а 20790° - за 8,7с с возможностью
перемещения центра сектора ±35°. Зона сопровождения -
полуконус с углом при вершине в верхней полусфере
140°, в нижней полусфере - 130°. Число одновременно
сопровождаемых и атакуемых целей - до 14, в том чис-
ле в режиме подсвета - 4. Используется моноимпульс-
ная пеленгация. Диаметр антенны (рис. 2.33) 1,1м, ши-
рина диаграммы направленности 2,5°; время перемеще-
ния луча в любую позицию 1,3 мс.
Рис. 2.33
Квазинепрерывное излучение с частотой следования
импульсов 200 кГц переходит при атаке в непрерывный
подсвет (средние мощности передатчиков 2,5 и 2,0 кВт).
Коэффициент шума приемника - 5,5 дБ, его динамиче-
ский диапазон 80 дБ. Реализован алгоритм двухпорого-
вого обнаружения, вдвое сокративший время обнару-
жения цели. Мощность питания: 31 кВт на переменном
и 2 кВт на постоянном токе [5.56].
РЛС «Жук» (Россия). Многофункциональный, мно-
горежимный трехсантиметровый радиолокатор самоле-
та МИГ-29 и его модификаций с антенной типа ФАР и
цифровой обработкой сигналов. В режиме «воздух-
воздух» сопровождает 10 целей, одновременно наводит
управляемое оружия на 2...4 цели, обеспечивает автома-
тическое огибание рельефа местности при полете на
малых высотах. В режиме «воздух-земля» обеспечива-
ет: картографирование земной поверхности реальным
лучом диаграммы направленности, доплеровское обу-
жение этого луча, синтезирование апертуры и ее искус-
ственную остановку, обнаружение и сопровождение
движущихся наземных целей, определение высоты и
скорости полета самолета. Дальность обнаружения це-
лей в передней полусфере 80 км, зоны обзора по азиму-
ту ±20, ±60, ±90°. Импульсная мощность РЛС 5 кВт,
средняя мощность 1 кВт. Среднее время наработки на
отказ 120 ч, масса 250 кг, объем 800 дм*’ [5.81].
Экспериментальная бортовая РЛС Pamir (Гер-
мания). Пиковая мощность 1,28 кВт. Может выдавать
трехмерную информацию (разд. 18. 11.3) и селектиро-
вать наземные движущиеся цели. На центральной час-
тоте 9,45 ГГц обеспечены рекордные полосы до 1,8 ГГц.
29
Разрешение по дальности около 1 дм, разрешение в
поперечном направлении за счет синтеза апертуры I дм
на дальности 30 км, 1 фут (около 3 дм) на дальности
100 км. На панораме Берлина в режиме наивысшего
разрешения можно вычленить рейхстаг (рис. 2.34).
Рис. 2.34
Полоса частот 1,8 ГГц реализуется в результате пя-
тиканальной обработки ЛЧМ импульсов, разделенных
по частоте и по времени. Антенна в законченном виде
представляет собой активную антенную решетку из 256
приемно-передающих рупорных модулей, расположен-
ную под крыльями самолета С-160. Обзор по азимуту
±45°. Селектируются движущиеся цели [5.94].
Радиолокационный импульсный высотомер
HG9550 с низкой вероятностью перехвата (LPI). По-
следняя обеспечивается за счет когерентности сигнала и
его малой мощности (менее 1 Вт), быстрой перестройки
несущей частоты и частоты следования импульсов, из-
менений кода сигнала и управления мощностью. Пре-
дотвращает столкновения летающих объектов с землей
при полете на малых высотах, обеспечивая огибание
рельефа местности. Используется на самолетах С-130 J,
Р-16идр. [5.117].
Многофункциональная РЛС AN/APQ-181 само-
лета Стеле В-2 с пониженной вероятностью перехва-
та (LPI). Наряду с предотвращением столкновений с
землей и огибанием земной поверхности вплоть до вы-
сот 60 м, обзором земной поверхности с использовани-
ем синтеза апертуры и селекции движущихся целей,
решает задачи наблюдения воздушной обстановки и на-
ведения оружия, а также навигации, наблюдения ме-
теорологической обстановки и дозаправки (имеет всего
21 режим работы). Включает электрически управляе-
мую активную конформную антенную решетку, вписы-
вающуюся в конструкцию самолета (рис. 2.35). В целях
скрытности изменяет частоту в широкой полосе частот
12... 18 ГГц (2...3 см), а также периоды следования им-
пульсов, имеет малую пиковую мощность [5.100, 5.101].
Рис. 2.35
2.2.17. Примеры корабельных и береговых РЛС
Корабельные РЛС предназначены для:
> обнаружения и сопровождения воздушных и над-
водных целей;
> обзора надводной и береговой поверхности в ин-
тересах навигации;
> целеуказания и наведения зенитных, противоко-
рабельных и других управляемых ракет и орудий;
> контроля и управления полетами авиации, наве-
дения палубных истребителей;
> обеспечения поисково-спасательных операций.
Береговые РЛС обеспечивают судовождение в при-
брежной зоне, охрану морских границ.
Вращающиеся антенны корабельных РЛС устанав-
ливают на мачтах и стабилизируют от качки [0.17, 2.52].
РЛС «Подберезовик-ЭТ1» (Россия). Корабельная
трехкоординатная РЛС дециметрового (35 см) диапазо-
на с частотным качанием луча в вертикальной плоско-
сти. Предназначена для обнаружения и опознавания
воздушных и надводных целей, обеспечения целеуказа-
ния системам ПВО и управления полетами авиации.
Обзор пространства в верти-
кальной плоскости ведется од-
ним или двумя лучами «каран-
дашного» типа при круговом
электромеханическом вращении
антенной системы (рис. 2.36).
Стабилизация лучей при качке -
электронная.
Зона обзора: по дальности 500
км, по высоте 40 км, по углу места
30°. Распределение энергии в про-
странстве осуществляется за счет
изменения числа излучаемых им-
пульсов и их длительности. Даль-
ность обнаружения: истребителя
не менее 300 км, ракеты - не ме-
нее 55 км, корабля - дальность
прямой видимости. Точность из-
мерения координат: дальности - 150 м, пеленга - 24’, угла
места-30’. Темп обзора 5 или 10 с [0.76, 5.65].
РЛС ряда «Фрегат» (Россия). Широко применяемые
трехкоординатные РЛС оценки надводной и воздушной
обстановки. Модульное построение обеспечило их соз-
дание для кораблей разных классов. Модификации отли-
чаются диапазоном волн, мощностью, конструкцией ан-
тенн. Ряд РЛС двухдиапазонные.
РЛС «Фрегат-М2ЭМ». Корабельная трехкоорди-
натная РЛС, работающая в сантиметровом и коротко-
волновой части дециметрового диапазона. Применяется
на надводных кораблях большого и среднего водоиз-
мещения. Предназначена для обнаружения и опознава-
ния воздушных и надводных целей, выдачи информа-
ции корабельным системам управления оружием, обес-
печения целераспределения и целеуказания средствам
ПВО корабля и управления полетами летательных ап-
паратов. Зона обзора: по дальности 300 км, по высоте
30 км, по углу места 55°. Дальность обнаружения ис-
требителя 230 км, ракеты 50 км, корабля - дальность
прямой видимости; минимальная дальность обнаруже-
ния 2 км. Точность измерения координат не хуже: даль-
ности 120 м, пеленга - 2 Г, угла места 24'.
Рис. 2.36
30
РЛС имеет два частотных канала с развернутыми в
противоположные стороны антенными решетками, что
снижает период обзора до 2,5 с. Один канал (Е-диа-
пазон) обеспечивает в основном работу на больших и
средних дальностях, второй (Н-диапазон) - в ближней и
средней зоне при повышенных точности и разрешаю-
щей способности по угловым координатам. Антенна за-
просчика системы опознавания - линейная решетка.
Антенный пост выдерживает воздействие ударной вол-
ны, работоспособен при влажности 100%, воздушном
потоке до 70 м/с, диапазоне температур -40...+60 °C,
качке до 40°. Размещение антенного поста на корабле
показано на рис. 2.37.
Рис. 2.37
В РЛС использованы сложные зондирующие сигна-
лы, цифровая обработка, адаптация к помеховой обста-
новке, встроенная система диагностики. Передающее
устройство Е-диапазона имеет усилительную цепочку из
ЛБВ и 1-2 амплитронов, импульсная мощность соответ-
ственно 60 кВт и 300 кВт. В Н-диапазоне ЛБВ и клис-
трон создают мощность 60 кВт. Коэффициент шума при-
емных устройств 3 и 5 дБ. Динамический диапазон более
110 дБ и наличие вспомогательного канала приема обес-
печивают подавление сигналов отражателей с площадью
более 100 м2 (береговая черта), принимаемых по боковым
лепесткам антенны [0.76, 5.42, 5.60].
РЛС AN/SPY-1A системы «Иджис» (США). Мно-
гофункциональная РЛС диапазона 2,2...3,7 ГГц. Обес-
печивает поиск, обнаружение и сопровождение
250...300 воздушных и надводных целей, наведение до
18 ЗУР, выдачу информации об обстановке в радиусе
более 200 миль от корабля. Дальность обнаружения
воздушных целей: высотных 320...450 км; маловысот-
ных (углы места 0...50) 80...82 км.
В РЛС использованы четыре стационарные плоские
ФАР (рис. 2.38). Ширина диаграммы направленности 1°.
Ошибка углового сопровождения воздушной цели около
0,02...0,04 этой ширины. Частота обновления данных
1...15 Гц. Частота следо-
вания импульсов с дли-
тельностями 40 и 20 мкс
составляет 40 Гц, а с дли-
тельностью 0,4 мкс по-
вышается до 600 ± 100 Гц
и 1430±100 Гц. Импульс-
ная мощность 4 МВт.
Предусмотрена переест-
ройка рабочей частоты,
возможность кратковре-
менного радиомолчания
[5.26].
РЛС «Скаут» с пониженной вероятностью перехва-
та (LPI), Нидерланды,
межевропейская фир-
ма Thales. Обзорно-
навигационная РЛС
для малых и средних
дальностей, малого
размера и массы, вы-
сокой надежности.
Используется непре-
рывный ЧМ сигнал.
Размещена на фрегате
«De Zeven Provincien»
(рис. 2.39) и др. [5.63,
5.95, 5.96].
Береговая РЛС «Балтика-Б» (Россия). Предназна-
чена для управления движением судов, контроля мор-
ских участков границы. Обеспечивает определение ко-
ординат, скорости, курса и линейных размеров судна,
сигнализацию отклонения судна от оси фарватера, пре-
вышения скорости, опасного сближения. Количество
автосопровождаемых целей - до 200. Информация РЛС
отображается на фоне электронной карты с элементами
инфраструктуры портов и навигации.
Точность определения дальности точечной непод-
вижной цели 5...7 м, угла 5... 10 мин. Разрешающая
способность по дальности 12 м, по направлению 0,3°.
РЛС работает в диапазоне 33,4...34,2 ГГц (8мм).
Импульсная мощность 10 кВт. Длительность зонди-
рующего импульса 0,15 или 0,045 мкс.
Антенное приемо-передающее устройство выполне-
но в виде моноблока (рис. 2.40) с безредукторным при-
водом антенны. Волноводно-щелевые антенны 2 типов
длиной 2,5 м формируют диаграммы направленности
шириной 0,23° в горизонтальной плоскости, 7 и 3° в
вертикальной.
Цифровая фильтрация сигналов в сочетании с межпе-
риодной и межобзорной обработкой обеспечивает селек-
цию целей на фоне отражений от волн [5.108].
Результаты визуального наблюдения акваторий и
ситуаций на борту документируются двумя телевизион-
ными камерами, управляемыми вручную, а в режиме
слежения автоматически.
2.2.18. Примеры метеорологических РЛС
Эти РЛС предназначены для наблюдения рассеянии
радиоволн гидрометеорами, частицами аэрозоля и дру-
гими неоднородностями воздуха (разд. 8.9) [2.147, 7.42].
Подразделяются на стационарные и бортовые. При
оценивании температуры, давления и влажности возду-
ха, а также скорости и направления ветра стационарны-
ми РЛС запускаются шары - зонды с пассивными отра-
жателями или активными ответчиками.
Радиопеленгационный метеорологический ком-
плекс РПМК-1 «Улыбка» (Россия). Выдает темпера-
Рис. 2.38
31
турно-влажностно-ветровые параметры атмосферы в
интересах прогноза погоды, обеспечения полетов авиа-
ции, стрельбы артиллерии, пусков ракет и реактивных
систем залпового огня, расчета зон заражения [5.38].
Режим работы - активно-пассивный. В активном
(радиолокационном) режиме определяет наклонную
дальность, угол места и азимут радиозонда, в пассивном
(радиопеленгационном) режиме - только угол места и
азимут зонда. Имеет повышенную мобильность.
Максимальная дальность зондирования 200 км, мак-
симальная высота зондирования 30...40 км [5.38, 5.78].
Стационарная наземная РЛС WSR - 88D (США).
После модернизации (испытания закончились в 2003г.)
считается современным стацио-
нарным доплеровским метеора-
даром [5.52, 5.106]. В процессе
модернизации внедрена техноло-
гии полного поляризационного
зондирования и приема. Разме-
щается на зданиях или специ-
альных вышках (рис. 2.41). Ра-
бочий диапазон: 10... 11,1 см.
Радиоимпульсы простые с дли-
тельностями 1,57 и 4,7 мкс и час-
тотой повторения 318... 1304 Гц;
пиковая мощность 750 кВт.
Диаметр антенны 8,5 м, ее коэф-
Рис. 2.41 фициент усиления 45 дБ, ширина
Рис. 2.42
сигналы 4МГи х 610...40) мкс
луча - 0,95 х 0,95°, скорость сканирования 36%.
Бортовая двухдиапазонная доплеровская РЛС PR-2
(США). Предназначена для вертикального зондирования
облачности и осадков [5.107]. Разработана в самолетном
варианте (рис. 2.42), разрабатывается в спутниковом вари-
анте для высоты орби-
ты 407 км. Осуществ-
ляет передачу и прием
в линейном поляриза-
ционном базисе одно-
временно на частотах
13,4 и 35,6 ГГц при
импульсной мощности
около 500 Вт на каж-
дой. Использует ЛЧМ
с частотой повторения
5 кГц. Эффективные диаметры антенн 0,4 м на частоте
13,4 ГГц и 0,14 м на частоте 35,6 ГГц. Осуществляет элек-
тронное сканирование в пределах ±25° поперек линии пу-
ти. Ширина сектора обзора в плоскости земли 6... 10 км
для самолетного варианта и 100...245 км для спутниково-
го. Точность измерения вертикальной скорости осадков от
0,3 до 1 м/с, в зависимости от диапазона частот.
2.2.19. Примеры РЛС обеспечения
безопасности дорожного движения
Автомобильные РЛС создаются фирмами Германии
(в дорожно-транспортных происшествиях Европы трав-
мируется 200 тыс. и гибнет 9 тыс. человек ежегодно).
Обнаружение, измерение координат и скоростей, элек-
тромагнитная совместимость и даже классификация со-
путствующих объектов, комфортность ставятся как за-
дачи РЛС. Радиолокационные датчики могут совме-
щаться с телевизионными и инфракрасными (рис. 2.43),
хотя это увеличивает стоимость.
Рис. 2.43
Многофункциональная автомобильная РЛС
UMRR-S (Германия). Несущая частота около 24 ГГц,
полосы частот 0,2 и 3 ГГц, диапазоны дальностей соот-
ветственно 0,75...60 м и 0,25... 15 м, частота следования
Рис. 2.44
импульсов 40 и 125 Гц, интервалы взаимных скоростей
-25...25 и-Ю...Юм/с, поле зрения 40x13°.
РЛС контроля движения «Искра-1Д» (Россия).
Обеспечивает выбор до двух самых быстрых целей в
потоке машин, измерение и фиксацию скорости при от-
ношении отражающей поверхности цели к суммарной
поверхности группы или крупногабаритной машины
1:100 и разнице скоростей от 4 км/ч. Предусмотрено
стационарное использование или
в движущейся патрульной ма-
шине. Дальность измерений 300,
500 или 600 м в диапазоне ско-
ростей 30...240 км/ч с погреш-
ностью 2 км/ч. Импульсно-
доплеровский локатор с несущей
частотой 24,15±0,1 ГГц. Средняя
мощность излучения до 10 мВт.
В комплексе с видеокамерой
(рис. 2.44) обеспечивает доку-
ментирование нарушений.
2.2.20. Особенности и примеры
декаметроеых загоризонтных и резонансных
надгоризонтных активных РЛС
Свойства декаметрового диапазона и назначение
ЗГ РЛС. Скрытые за горизонтом цели удается наблю-
дать с помощью радиолокаторов декаметрового диапа-
зона волн (10... 100 м, 3...30 МГц) и не удается, как пра-
вило, наблюдать на более коротких волнах.
Волны декаметрового диапазона могут:
❖ огибать кривизну Земли (явление дифракции).
Дифракционное распространение поверхностных дека-
метровых волн с вертикальной поляризацией обеспечи-
вает дальности локации над морем до 150...500 км в за-
висимости от эффективной площади отражаемого объ-
екта. Это ЗГ РЛС с поверхностной волной',
❖ отражаться от ионосферы Земли и ее поверхно-
сти, обеспечивая дальности скачкообразного распро-
странения от 0,8 до 4 тыс. км при односкачковом и бо-
лее 4 тыс. км при многоскачковом распространении (см.
также разд. 11.4). При этом дальность обнаружения дви-
жущихся целей, расположенных ниже ионосферы, от их
высоты практически не зависит. Такие РЛС называются
РЛС с пространственной волной.
Различные ЗГ РЛС обеспечивают наблюдение’.
> надводных кораблей и состояния моря;
> самолетов, вертолетов, крылатых ракет над мо-
рем и сушей;
32
> плазменных неоднородностей в атмосфере и кос-
мическом пространстве, в том числе образованных при
запусках баллистических ракет [2.36, 2.79].
Декаметровые волны и граничащий с ними участок
метровых волн, который условно относится здесь к де-
каметровым волнам, резонируют с рядом целей (с ма-
лоразмерными, в том числе), что обеспечивает повыше-
ние дальностей обнаружения целей и противодействует
их радиолокационной маскировке (разд. 8.5, 8.11).
Особенности ЗГ РЛС:
> распространение полезных и шумовых помеховых
сигналов на декаметровых волнах зависит от суточного,
сезонного и т.п. состояния ионосферы (см. разд. 11).
Кроме того, декаметровый диапазон загружен излуче-
ниями связных и вещательных радиостанций. Поэтому
приходится систематически оптимизировать выбор ра-
бочего поддиапазона частот;
> применение больших антенн порядка долей и
единиц километров в силу больших рабочих длин волн
(10... 100 м). Даже при этом условии согласованная
(разд. 18.8) азимутальная разрешающая способность со-
ставляет 1... 10°, что обеспечивает низкие линейные раз-
решающие способности поперек линии визирования
5...50 км на дальности 300 км и (50...500 км) на дально-
сти 3000 км. Невысока разрешающая способность и
вдоль линии визирования, поскольку при невысоких не-
сущих частотах используют неширокие полосы частот
зондирующих сигналов;
> излучение зондирующих сигналов с большой энер-
гией и длительностью для обеспечение большой дально-
сти действия при невысокой направленности излучения;
> использование разноса передающей и приемной
позиций для ослабления помех передатчика приему сла-
бых отраженных сигналов;
> использование адаптивной угловой селекции для
ослабления ионосферных помех и увеличения дальности
действия ЗГ РЛС с поверхностной волной (особенно в
ночных условиях, когда затухание в ионосфере ослаблено);
> использование прямого (в направлении зондиро-
вания) вторичного излучения целей в бистатических
ЗГЛС на пространственных волнах.
ЗГ РЛС с поверхностной волной SWR-503 (Канада).
Рассчитана на работу в прибрежных экономических зо-
нах (200 морских миль = 366 км). Выдает данные в ин-
формационный центр органов правопорядка, противо-
действующих расхищению морских богатств, наркотор-
говле, контрабанде, терроризму и т.п.
Работает в диапазоне частот 3...7 МГц. Возможна
работа в диапазоне 7... 10 МГц, что повышает разре-
шающую способность, но снижает дальность действия.
Имеет передающую и приемную кабины (рис. 2.45).
Рис. 2.45
Передающая кабина излучает фазоманипулирован-
ные импульсы со средней мощностью 1,6 кВт и скваж-
ностью 10 через четырехэлементную решетку. Прием-
ная кабина подключена к антенне протяженностью 900
м, состоящей из 24 четырехэлементных подрешеток,
сектор обзора 120°. Для информационного обмена ис-
пользуются оптические линии связи
Морские суда обнаруживаются на дальностях
220. ..270 миль, айсберги - на дальностях 90. ..300 миль,
малоразмерные самолеты (низколетящие в том числе)
на дальности 80... 110 миль, крупноразмерные самолеты
на дальностях 140...300 миль. Дальности в ночных ус-
ловиях (адаптация не предусмотрена) меньше, чем в
дневных, на 20...25 миль [5.61].
ЗГ РЛС с пространственной волной AN/TPS-71
(США). Прототип этой ЗГ РЛС был развернут в пери-
од холодной войны (по 1993 г.) на военно-морской базе
Амчитка (Аляска, личный состав 235 чел.). В противо-
наркотических целях две РЛС развернуты в настоящее
время в Виржинии и Техасе, наблюдая за Карибским
морем и частью Атлантического океана (рис. 2.46), а
третью РЛС предполагается развернуть в Пуэрто-Рико.
На частотах 5...28 МГц перекрываются дальности
500... 1600 миль в секторе 64°.
Антенная решетка (рис. 2.47) протяженностью 2,8 км
содержит 372 парных моноимпульсных элемента и
формирует 18 лучей при приеме.
Рис. 2.47
Излучение непрерывное, ЛЧМ, с частотной модуля-
цией и девиацией частоты 25 кГц. Разрешающая спо-
собность до 6 км по дальности и 15 км по азимуту. Об-
работка цифровая с доплеровской защитой от пассив-
ных помех [5.62].
2—4251
33
РЛС дальнего обнаружения малозаметных целей
«Резонанс» (Россия). Предназначена для обнаружения
широкого класса целей, в том числе выполненных по
технологии малозаметности «Стеле».
Использует явление повышения эффективной пло-
щади цели по мере приближения к резонансу, когда ее
малозаметность рассчитана на высокочастотные диапа-
зоны радиоволн.
Каждая из трех антенных решеток метрового диапа-
зона (рис. 2.48) обеспечивает одновременный приём
информации по 16 азимутальным каналам в секторе 60°.
Зона обзора 360° формируется электронным сканирова-
нием секторов.
Рис. 2.48
Максимальный угол места 70°, максимальная высота
100 км. Истребитель на высоте 10 км обнаруживается
на дальности 350 км.
Точность измерения: дальности - 300 м; угла места -
1,5°; азимута - 1,5°; скорости-0,5 м/с.
Защита РЛС от активных помех обеспечивается пе-
рестройкой рабочей частоты в широком диапазоне и
системой адаптивной компенсации.
Предусмотрен автоматический выбор оптимальных
параметров и режимов РЛС [5.40,а].
Экспериментальная РЛС «Подсолнух-Э» (Россия).
Разновидность станций декаметрового диапазона с по-
верхностной волной, предназначенная для контроля
прибрежной экономической 200-мильной зоны [5.115].
2.2.21. Особенности и примеры
запросчиков и ответчиков вторичной
радиолокации
Запросчики и ответчики используются в системах
организации и управления воздушным движением и ра-
диолокационного опознавания, см. в разд. 5.4 и 24.9
о системах УВД, RBS (в том числе RBS в адресном ре-
жиме S), Мк-ХП (в том числе в режиме 5), «Пароль».
Ответчики воздушных судов взаимодействуют с други-
ми бортовыми системами.
Моноимпульсный обзорный вторичный радио-
локатор «Крона» (Россия). Выпускается в исполнени-
ях трассового или аэродром-
ного вторичного радиолока-
тора (ВРЛ), автономного или
сопрягаемого с первичным.
Внешний вид ВРЛ, сопря-
женного с аэродромным пер-
вичным локатором и установ-
ленного на башне, показан
на рис. 2.49.
Рис. 2.49
Обеспечивает работу в режимах УВД и RBS. Подго-
товлен к работе в режиме S. Пропускная способность
400 целей за обзор, 36 целей на одном азимуте. Харак-
теристики ВРЛ по вариантам приведены в табл. 2.1 при
вероятности обнаружения 0,95 [5.86].
Таблица 2.1. Основные характеристики
ВРЛ «Крона»
Характеристики Трассовый Аэродромный
RBS УВД RBS УВД
Максимальная дальность, км 400 400 200 200
Максимальная высота, км 20 20 12 12
Разрешающая способность:
по дальности, м 100 150 100 150
по азимуту, град 0,6 0,9 0,6 0,9
Точность измерения дальности, м 50
Точность измерения азимута, мин 4,8 1 6 4,8 1 6
Скорость вращения антенны 6 1 2
Импульсная мощность передатчика 2 кВт с автома-
тической регулировкой в 62 секторах на 3, 6, 12 дБ.
Чувствительность приемников -116 дБ/Вт. Предусмот-
рен выбор восьми законов ВАРУ в каждом из секторов.
Двухдиапазонная антенная решетка с размерами
8x1,8м обеспечивает излучение и прием в диапазоне
RBS (1030 и 1090 МГц, вертикальная поляризация) и
только прием в диапазоне УВД (740 МГц, горизонталь-
ная поляризация). Ширина диаграммы направленности
суммарного канала 2,45° для RBS, 3,5° для УВД.
Вся аппаратура размещена в контейнере, предусмот-
рено 100-процентное резервирование. Наработка на от-
каз 20 тыс. ч. Аппаратура контролируется выносным
ответчиком. Автономные ВРЛ комплектуются антенно-
мачтовыми устройствами с высотами 5...37,7 м.
Автономный комплексированный вторичный
радиолокатор 11Ж6 «Стюардесса» (Россия). Предна-
значен для обнаружения, опознавания и сопровождения
воздушных объектов, оснащенных ответчиками всех
известных систем: УВД, RBS, «Пароль» и Мк ХА (см.
разд. 24.9). Максимальная дальность обнаружения 400 км,
максимальная высота 25 км при вероятности 0,95. Мак-
симальный угол места 50°. Производительность систе-
мы обработки: 250 целей за обзор, 30 целей на одном
азимуте. Моноимпульсный метод измерения азимута во
всех диапазонах. Точность определения дальности 40 м,
азимута: в диапазоне RBS - 4', в диапазоне УВД - 6'.
Разрешающая способность по дальности 100 м, по ази-
муту: в диапазоне
RBS - 0,5°, в диапазо-
не УВД-0,8°.
Антенная система
(рис. 2.50) состоит из
двух фазированных
решеток: двухдиапа-
зонной УВД/RBS
(верхняя) и системы
«Пароль» (нижняя).
Модульное построение обеспечивает гибкую комплек-
тацию для военных и гражданских потребителей. Сред-
няя наработка на отказ 4 тыс. ч, ресурс 100 тыс. ч [5.87].
Цифровой запросчик AN/UPX-37 системы Мк-ХП.
Обеспечивает запрос в существующих режимах систем
RBS (включая режим S) и Мк-ХП (включая режим 5),
34
Рис. 2.51
см. разд. 24.9. Предназначен для автономного использо-
вания или в составе наземных, корабельных и самолет-
ных РЛС. Отвечает требованиям ICAO и NATO. Произ-
водительность 1000 целей за обзор, 60 целей на одном
азимуте. Инструментальная дальность не менее 550 км.
Точность измерения дальности 115м, разрешающая спо-
собность: по дальности 115м, по азимуту - несколько
больше ширины диаграммы направленности антенны.
Определение азимута моноимпульсное.
Частота передатчика 1030 ± 0,01 МГц, импульсная
мощность одного модуля 2 кВт, второго модуля 4 кВт.
Мощность регулируется до -9 дБ с шагом 1 дБ. Макси-
мальная скважность 0,02.
Частота приемника 1090 ±
± 0,5 МГц. Чувствитель-
ность, измеренная с антенно-
го входа, не хуже -112 дБ/Вт
при вероятности декодиро-
вания 0,9. Ширина полосы
пропускания 8 МГц.
Модульно-цифровое по-
строение (рис. 2.51) опти-
мизирует характеристики для различных применений.
Резервировано 65% устройств обработки и памяти.
Имеет цифровой и аналоговый выходы [5.89].
Автономный перевозимый запросчик 73Е6 сис-
темы «Пароль». Предназначен для общего и индиви-
дуального опознавания воздушных и надводных объек-
тов. Сопрягается с РЛС и РЛК большой дальности дей-
ствия. Обеспечивает запрос в I, II, III, IV и VI режимах
III и VII диапазонов (см. разд. 24.9.7). Максимальная
дальность опознавания 750 км с вероятностью 0,98.
Максимальная высота - 40 км. Количество целей, опо-
знаваемых на одном азимуте, до 20. Аппаратура запро-
счика размещена в перевозимом
прицепе (рис. 2.52).
Разрешающая способность по
дальности: в VII диапазоне в за-
висимости от режима от 500 до
2000 м, в III диапазоне от 1500 до
5000 м. Разрешающая способ-
ность по азимуту: в VII диапазоне
2...4°, в III диапазоне 8... 12°.
Обеспечивается подавление
боковых лепестков по запросу в
VII диапазоне, по ответу в VII и III
диапазонах. Предусмотрена адап-
тивная автоматически включаемая защита от активных
шумовых помех. Имеет защиту от несинхронных помех.
В VII диапазоне: частота передатчика/1=1532±1 МГц;
мощность не менее 9,8 кВт; чувствительность приемо-
дешифрирующего тракта -116 дБ/Вт; частоты приема
f2 = 1458 ± 1 МГц, и Уз = 1470 ± 1 МГц; полоса пропус-
кания 5 МГц.
В III диапазоне: частота передатчика/=668±4 МГц;
мощность не менее 5,4 кВт; чувствительность -111 дБ/Вт;
частота приема совпадает с частотой запросного сигна-
ла; полоса пропускания 16 МГц. В обоих диапазонах
предусмотрено включение половинной мощности. Ос-
новная антенна - зеркального типа двойной кривизны с
размерами 5,56x4,0 м2. Ширина диаграммы направлен-
ности в горизонтальной плоскости в VII диапазоне 3°, в
III диапазоне 6°. Максимальный угол места 45°. Макси-
мальная скорость вращения при сопряжении с РЛС 6
об/мин. Динамическая ошибка слежения не более 15'.
Дистанционное управление и индикация выполнения
команд обеспечиваются на расстояниях до 2000 м.
Работоспособность сохраняется при скорости ветра
до 25 м/с и обледенении до 8 мм. Вся аппаратура охва-
чена непрерывной автоматической диагностикой [5.59].
Самолетный ответчик СО-96 (Россия). Использу-
ется в военной и гражданской авиации. Обслуживает
запросы ВРЛ систем УВД и RBS и взаимодействует с
ответчиком (запросчиком-ответчиком) системы «Па-
роль». Обеспечивает прием запросных сигналов дис-
петчерских локаторов (837,5 МГц, горизонтальная по-
ляризация), обзорных ВРЛ (1030МГц, вертикальная по-
ляризация), посадочных локаторов (9370 МГц), а также
зондирующих сигналов первичных РЛС (2905±75 МГц),
которые не оборудованы специальными запросчиками.
Чувствительность приемного устройства составляет:
- 84±4 дБ/Вт или -66±2 дБ/Вт на частоте 837,5 МГц
в зависимости от режима работы;
- 104±4 дБ/Вт на частоте 1030 МГц;
- 65±3 дБ/Вт на частотах 9370 и 2905 МГц.
Частота ответных сигналов 1090 МГц в режимах А и
С системы RBS (вертикальная поляризация), 740 МГц в
остальных режимах (горизонтальная поляризация). Им-
пульсная мощность двух твердотельных передающих
устройств 300...800 Вт. При взаимодействии с бортовой
аппаратурой наведения истребителей ответчик только
излучает сигналы, поступающие в виде импульсных ко-
дов. По командам ответчика системы «Пароль» СО-96
выдает на него коды бортового номера или высоты.
Информация о высоте полета поступает на ответчик от
барометрических датчиков. Ответчик имеет встроенную
систему контроля с полнотой охвата 95%. Наработка на
отказ 5000 ч. Потребляемая мощность от бортовой сети
27 В не более 50 Вт [5.84].
Ответчик самолетный адресный ОСА-4. В отли-
чие от ответчика СО-96 работает с запросчиками систе-
мы RBS (новыми адресными в режиме S и старыми без-
адресными в режимах А и С), а также совместно с сис-
темой предупреждения столкновений [5.85]. Соответст-
вует четвертому уровню режима S (см. в разд. 24.9.4).
Ответчик 680. Малогабаритный унифицированный
ответчик системы РЛО «Пароль». Используется для
опознавания как воздушных, так и надводных или на-
земных объектов, что достигается модульным построе-
нием. Обеспечивает общее и индивидуальное опознава-
ние, выдачу информации о высоте полета и запасе топ-
лива, выдачу сигналов от сопрягаемой аппаратуры ав-
томатизированного наведения истребителя.
Включает приемо-передатчики III и VII диапазонов,
процессор обработки данных, антенно-фидерные уст-
ройства, оперативный и вспомогательный блоки управ-
ления, используемый при предполетном контроле рабо-
тоспособности.
Выходная импульсная мощность на частоте /
150-600 Вт, на частотах^ и fa 600-1600 Вт. Скважность
- до 100. На частоте / чувствительность приемника
Рпр Мин = - Ю6±7 дБ/Вт, его полоса пропускания А/ =
= 26 МГц; на частоте А чувствительность приемника
Лфмин = -Ю7±6 дБ/Вт, полоса пропускания Д/= 5 МГц; на
частоте^ (10-см диапазон) чувствительность приемника
/)пРмин = -95,5±8 дБ/Вт, полоса пропускания Д/= 5 МГц.
35
Наработка на отказ твердотельного от-
ветчика 2000 ч [5.83].
В Радиолокационный ответчик «Мус-
ЗЙ'И сон-502» (Украина). Служит для опреде-
ления местонахождения объектов, тер-
ЙЯИ ннщих бедствие. Ответчик массой 1,7 кг
(рис. 2.53) устанавливается на спасатель-
ном средстве. Излучает ответный сигнал
ЯВВВ при приеме зондирующего сигнала РЛС
I трехсантиметрового диапазона. На экране
I W | РЛС сигнал ответчика отображается в виде
’Sm серии дуг или пунктирной линии, исходя-
Рис. 2.53 щей из точки местонахождения объекта.
Дальность обнаружения судовыми РЛС -
15 миль, самолетными (с высоты 1 км) - 30 миль. Пре-
дусмотрена световая индикация приема сигналов РЛС.
Чувствительность приемника -50 дБ/мВт. Ответный
сигнал - импульс длительностью 100 мкс с 12 периода-
ми частотной модуляции. Рабочий диапазон частот
9,2...9,5 ГГц. Эффективная излучаемая мощность не
менее 400 мВт [5.97].
Цифровой ответчик STR 2000 (Германия-Фран-
ция). Работает в режимах 1, 2, 4, А, С, S (3-й уровень)
систем RBS, Мк-ХП, может наращиваться до режима 5.
Режимы могут быть включены на пульте управления в
любой комбинации. Сопрягается с компьютером систе-
мы предупреждения столкновений и криптокомпьюте-
ром режима 4. Внешний вид ответчика с пультом
управления показан на рис. 2.54. [5.91].
Рис. 2.54
2.2.22. Примеры пассивных РЛС (РЛК)
Станция радиотехнической разведки (пассивная
РЛС) 85В6 «Орион» (Россия). Мобильная автоматиче-
ская станция радиотехнической разведки (пассивной ра-
диолокации) источников радиоизлучений наземного, мор-
ского и воздушного базирования. Пеленгует источники
этих излучений и измеряет их параметры. Распознает ис-
точники излучений и их носители, сопоставляя получен-
ную информацию с хранящейся в базе данных.
Высокое быстродействие станции обеспечивается за
счет спектрально-временного анализа со сжатием (см.
разд. 19.3.5) и моноимпульсной пеленгации излучений в
диапазоне частот 0,2... 18,0 ГГц с расширением до 40 ГГц.
Полоса мгновенного приема 500МГц, разрешающая
способность по частоте 1 МГц.
Рубеж обнаружения на высоте 10 км не менее 400 км.
Зона обзора по азимуту 0...3600, по углу места 0...200.
Точность измерения: длительности импульсов -
0,1 мкс, периода их следования 1 мкс, азимута 1-2° в диа-
пазоне частот 0,2...2 ГГц и 0,2° в диапазоне 2-18 ТТц. Пи-
тание от встроенного дизель-генератора или сети. Разме-
щается в одной транспортной единице (рис. 2.55) [5.109].
Рис. 2.55
Трехкоординатный
РЛК пассивной локации
85В6 «Вега» (Россия).
Предназначен для ис-
пользования в системах
ЗРВ, РЭБ, раннего опо-
вещения, контроля радио-
электронной обстановки и
управления воздушным
движением. Объединяет
данные трех станций
«Орион» (рис. 2.55), уда-
Ц ленных до 30 км от пунк-
та управления.
Пункт управления, со-
вмещенный с одной из станций,, обобщает информацию
о целях, осуществляет триангуляционное измерение их
координат (см. разд. 23.5.1), отображает их траектории
и передает информацию на вышестоящий КП. Средне-
квадратичная ошибка измерения на удалении 150 км не
более 5 км [5.57].
РЛК пассивной локации «Vera» (Чехия). Предна-
значены для обнаружения, опознавания, распознавания,
Рис. 2.56
определения координат и
сопровождения воздушных,
надводных и наземных це-
лей, в том числе постанов-
щиков помех, по излучени-
ям их РЭС [5.113]. Обеспе-
чивают решение задач
управления воздушным
движением, ПВО, противо-
корабельной обороны, раз-
ведки поля боя. Рабочий
диапазон частот 1... 18 ГГц.
Число автоматически со-
провождаемых целей - до
200. Принцип определения
координат - разностно-даль-
номерный. Возможный вид антенн показан на рис. 2.56.
Предусмотрены варианты построения РЛК «Vera»:
> определение плоскостных координат включает
центральный и два разнесенных пункта, развернутые «в
линию». Наблюдается сектор радиусом до 450 км, ши-
риной 120° Максимальная высота целей 25 км. Мини-
мальный угол места ограничен радиогоризонтом. Сред-
неквадратическая ошибка определения разности хода
сигналов при приеме 1...25 импульсов 20...4 нс, пло-
скостных координат сх,у = Ю...200 м в зависимости от
положения цели и числа принятых импульсов;
> определение пространственных координат вклю-
чает центральный и три разнесенных пункта, удаленных
от него 10...70 км в зависимости от направленности пе-
ленгуемых излучений. Ошибка определения простран-
ственного положения Qx<y>h = 10...800 м.
2.2.23. Примеры многопозиционных
активно-пассивных РЛС (РЛК)
МПРЛС АСУ корпуса (дивизии) ПВО (Россия).
Являются подсистемами соответствующих АСУ (разд.
5.4.1 и [5.102]). Основаны на кооперативности исполь-
зования информации однопозиционных (моностатиче-
ских)РЛС(см. РЛС разд. 2.2.10-2.2.12 российского про-
36
изводства). Рассчитаны на значительное повышение ка-
чества информации без использования кооперативности
излучения и приема моностатических РЛС.
РЛК «Барьер» (Россия). Предназначен для автома-
тического обнаружения, сопровождения и распознава-
ния воздушных, а также наземных и надводных целей.
Состоит из группы бистатических звеньев длиной до 50
Рис. 2.57
км с приемопередающими постами, обеспечивающих
зоны обнаружения барьерного типа высотой 0...7 км и
шириной 1,5...8 км методом локации на просвет, каж-
дое с производительностью до 5 целей. Зондирующие
сигналы с мощностью излучения 1...10 Вт излучаются
через слабонаправленные антенны в диапазоне частот
390...430 МГц, позволяя одновременно передавать не-
прерывные ФМ или ЧМ сигналы связи. Прием ведется
поднятой на мачту фази-
рованной антенной ре-
шетки (рис. 2.57), форми-
рующей 3 луча, каждый
шириной 12° в горизон-
тальной и 20° в верти-
кальной плоскости. При-
емные тракты имеют ди-
намический диапазон 70 дБ
и подключены к двена-
дцатиразрядным АЦП.
Вид выходной информа-
ции - трассы целей с точностью измерения координат
0,08...0,2 км поперек барьера и 1,5...2 км вдоль барье-
ра. По форме сигнала, рассеиваемого при пересечении
барьера, распознаются четыре класса воздушных целей -
крылатая ракета, легкий самолет, тяжелый самолет,
вертолет. Информация поступает в АСУ через вынос-
ной индикаторный пост. Потребляемая мощность до
1 кВт для приемопередающего поста и до 0,75 кВт для
выносного поста. Возможна работа без обслуживающе-
го персонала [5.74].
Полуактивный (пассивный) многопозиционный
комплекс Silent Sentry (США). Обнаруживает и со-
провождает аэродинамические (маловысотные, в том
числе) и баллистические цели, согласно [2.140] на
больших дальностях. Дословно Silent Sentry - «немой»
(т.е. не излучающий) «страж». Схема распространения
сигналов показана на рис. 2.58.
В качестве зондирующих сигналов используют из-
лучения связных (на основе ЧМ) и телевизионных стан-
ций. Отраженные сигналы принимают антеннами при-
емной кабины (кабин), на которую (которые) трансли-
руют зондирующие сигналы в качестве опорных для оп-
тимального корреляционного приема (см. разд. 21.7.4).
РЛК защиты от противорадиолокационных ракет
(ПРР) «Газетчик-Е» (Россия). Дополняет защищаемую
РЛС автономной РЛС обнаружения ПРР метрового (де-
циметрового) диапазона с быстрой перестройкой частоты
и круговой зоной обзора (рис. 2.59,а). РЛК обнаруживает
ракеты, летящие со скоростью 200 ...800 м/с, на дально-
сти 7,5 км с вероятностью 0,95 [5.116].
Рис. 2.59
Информация используется для автоматического
управления'.
• режимом зондирования защищаемой РЛС и часто-
той собственного излучения;
• отвлекающими излучателями, имитирующими за-
щищаемую РЛС;
• устройствами постановки аэрозольных и диполь-
ных (рис. 2.59,6) помех головкам самонаведения ракет.
2.2.24. Тенденции развития современной
радиолокации
Расширение областей применения радиолокации.
Достаточно рассмотреть иллюстрации (см. рис. 2.7-2.57
и некоторые последующие), чтобы убедиться в этом.
Повышение информативности активных РЛС.
Достигается за счет расширения полосы частот сигна-
лов и синтеза апертуры в авиационных РЛС (см. РЛС
Pamir, рис. 2.34). Это уже обеспечивает, и даже с из-
бытком, технику распознавания целей (см. разд. 24).
Повышение надежности РЛС, Увеличение време-
ни наработки на отказ до 40 тыс. ч (РЛС ASR-10SS) и
более сокращает эксплуатационные расходы и расши-
ряет возможности применения необслуживаемых РЛС.
Повышение помехозащищенности РЛС. Является
сложной задачей, которая облегчается при использова-
нии современных методов адаптации (см. разд. 25).
Повышение живучести авиационных РЛС в бое-
вых условиях. Обеспечивается в определенной мере
повышенной скрытностью носителей РЛС (с вооруже-
нием!) за счет противолокационной маскировки, повы-
шенной скрытностью локационного и связного излуче-
ния, мобильностью носителей.
Повышение живучести наземных РЛС в боевых
условиях. В настоящее время живучесть большинства
наземных стационарных моностатических РЛС ПВО
недостаточна, что приводит к утверждениям [см. 2.157]
о кризисе активной локации. Живучесть РЛС ПВО, не
взирая на финансовые затраты, можно повысить путем
перехода к многопозиционным системам [2.21, 2.86,
2.90, 2.99, 2.100, 2.140, 2.142], обеспечивающим:
• кооперативность использования излучения зонди-
рующих и приема отраженных сигналов (разд. 2.2.5),
наряду с кооперативностью использования информа-
ции, поступающей с различных позиций;
37
• высокую мобильность и нестационарность работы
излучающих позиций (не обязательно наземных) при
маскировке и мобильности приемных позиций.
Для локаторов малой дальности можно использовать
также маскировку сигналов путем перехода к широко-
полосным сигналам: шумоподобным, с перестройкой
рабочей частоты и, даже, короткоимпульсным. Однако
расширение динамического диапазона разведприемника
и оптимизация его работы (разд. 19.14) способны, в
принципе, реодолевать все эти мероприятия.
Стоимость мероприятий по введению многопозици-
онности можно уменьшать, исходя из того, что наибо-
лее дорогостоящим элементом активного радиолокато-
ра в настоящее время является антенная решетка. Она
должна размещаться на приемной (или приемно-
передающей, но преимущественно не излучающей в хо-
де боевых действий) мобильной платформе, замаскиро-
ванной оптическими имитаторами. Не менее двух излу-
чающих платформ должны содержать менее дорого-
стоящие антенны и, будучи мобильными, автоматиче-
скими, но охраняемыми, играть роль фонарей, разби-
ваемых лишь частично. «Фонари» могут работать по-
очередно в зависимости от складывающейся обстанов-
ки, быстро переключаясь по единой программе и быст-
ро же меняя позиции в отсутствии излучения.
Наземные «фонари» могут постепенно дополняться
«фонарями» на вертолетах, самолетах, дирижаблях и
ИСЗ. Увеличение числа платформ, умеренные широко-
полосность и шумоподобность сигнала, не сильно ус-
ложняя антенны, повышают живучесть.
Зенитные ракетные комплексы (разд. 2.2.13,
разд. 5.4.2), а возможно, и автономные РЛС малой
дальности типа «Газетчик-Е», позволяют наводить про-
тиворакеты на противолокационные и другие ракеты,
направляемые противником на защищаемую РЛС.
2.3. Оптическая локация
2.3.1. Активная оптическая локация
Может проводиться с использованием некогерент-
ных (прожекторных) и когерентных (лазерных) оптиче-
ских сигналов. См. также разд. 7.7, 8.6.8, 8.12, 13.8, 13.9,
17.12,21.13,23.11,24.16, 25.11.
Прожекторная локация. Использовалась в период
первой и второй мировых войн. Отраженные сигналы
видимого диапазона наблюдались визуально. Некоге-
рентность последнего (см. разд. 13.8) ограничивала его
угловую концентрацию. Прожекторы инфракрасного
(ИК) диапазона используются в современных системах
ночного видения. Преобразователи ИК преобразуют
принятые изображения в видимые.
Лазерная локация. Появилась в начале 60-х годов в
результате создания источников когерентного излуче-
ния - лазеров. Лазерной локации присущ ряд важных
особенностей:
> когерентность и малая длина волны излучения ла-
зеров (позволили получать узкие диаграммы направ-
ленности от единиц до десятков угловых секунд) даже
при небольших излучателях (единицы дециметров). При
расходимости излучения в одну угловую секунду (Г' =
= 510-6 рад) поперечный размер облучаемой области на
дальности 200 км составляет всего 1 м, позволяя раз-
дельно наблюдать элементы цели);
38
> временная и пространственная когерентности
излучения лазеров обеспечивают стабильность часто-
ты при высокой спектральной плотности их мощности.
Наряду с остронаправленностью лазерного излучения
это определяет помехозащищенность лазерных средств
от действия естественных источников излучения.
> высокая частота колебаний приводит к большим
доплеровским сдвигам частоты при взаимных переме-
щениях цели и локатора. Обеспечивая высокую точ-
ность измерения радиальной скорости, это требует
расширения полосы приемных устройств;
>распространение волн оптического диапазона в
газообразных и жидких средах сопровождается их зна-
чительным рассеянием (приводит к атмосферным по-
мехам обратного рассеяния на входе приемного уст-
ройства и является демаскирующим фактором).
2.3.2. Структурная схема (рис. 2.60)
и особенности построения лазерного
локатора
Рис. 2.60
Лазеры являются основными элементами лазерных
локаторов. Используются лазеры:
• на двуокиси углерода СО2 (X = 1,06 мкм);
• на ионах неодима (X = 1,06 мкм или X = 0,53 мкм
при оптическом удвоении частоты);
• на рубине (X = 0,69 мкм);
• на парах меди (X = 0, 51 мкм, X = 0,58 мкм) и др.
Газовые СО2-лазеры обладают высокими средними
выходными мощностями (до десятков киловатт), высо-
кой монохроматичностью (ширина спектра несколько
килогерц), высоким КПД (до 20%), работают как в не-
прерывном, так и в импульсном режимах (ги - несколь-
ко микросекунд), компактны. Твердотельные неодимо-
вые и рубиновые лазеры используются в основном в им-
пульсном режимах (ги = 20...40 нс, частота повторения
0,1... 100 Гц); энергия их излучения в импульсе - до еди-
ниц джоулей; КПД - единицы процентов. Лазеры на
парах меди обеспечивают высокую частоту повторения
(до десятков килогерц) при средней мощности доЮОВт.
Формирующая оптическая система (ФОС). Обес-
печивает требуемое распределение потока лазерного
излучения в пространстве Типичная ФОС включает не-
управляемые зеркала 3, линзы и управляемые дефлек-
торы Д, обеспечивающие перемещение луча.
Приемный телескоп (ПРТ). Концентрирует отра-
женные от целей лазерные сигналы на фотоприемном
устройстве.
Фотоприемное устройство. В нем используется либо
прямое усиление видеосигналов после оптического детек-
тирования, либо усиление радиосигналов на промежуточ-
ной частоты после оптического гетеродинирования.
Видеочастотное усиление используется преимуще-
ственно в видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазо-
нах, в которых имеются малошумящие приемники с
внешним фотоэффектом (выбиванием электронов кван-
тами оптического излучения из фотокатода).
Радиочастотное усиление используется в ИК диапа-
зоне, в котором внешний фотоэффект не реализуется
из-за недостаточной энергии кванта излучения, зато ге-
теродинный прием снижает значимость шумов внут-
реннего фотоэффекта (см. разд. 17.12).
Особенности гетеродинного приема. В состав фо-
топриемного устройства вводят лазерный гетеродин и
смеситель в виде полупрозрачного зеркала или светоде-
лительной призмы (см. рис. 17.15,6). При этом в случае
взаимной когерентности излучений лазерного гетеро-
дина и передающего устройства возможна когерентная
обработка (см. разд. 17.12) принимаемого сигнала. По-
этому гетеродинный прием используется не только для
подавления внутренних шумов в ИК диапазоне, но и
для извлечения информации из фазовой структуры при-
нимаемого поля в видимом, ИК и УФ диапазонах.
Вариант интерферометрического приема. На вхо-
де фотоприемного устройства суммируются поля от
двух или нескольких пространственно-разнесенных то-
чек (областей) плоскости приемной апертуры. По ре-
зультату интерференции полей определяют их взаим-
ную когерентность и фазовые соотношения. По набору
измерений при различном разносе точек приема могут
восстанавливать пространственное распределение ам-
плитуды и фазы принимаемого поля. Интерферометри-
ческий прием используется в отсутствие гетеродина для
извлечения информации из фазовой структуры прини-
маемого поля, а также для увеличения углового разре-
шения и синтезирования апертуры.
Адаптивный вариант современных лазерных ло-
каторов. Используется для компенсации искажений
волновых фронтов сигналов в атмосфере и средах ла-
зерных генераторов (см. разд. 25).
Области применения лазерных локаторов'.
• измерение дальности и угловых координат движу-
щихся целей - кораблей, самолетов, искусственных
спутников Земли и т.д. (лазерные дальномеры, локато-
ры типа MCMS, PAIS и др.);
• высокоточные измерения скоростей перемещения
целей и потоков жидкостей и газов (лазерные доплеров-
ские измерители скоростей и анемометры);
• получение некоординатной информации о целях,
включающей параметры поверхности (шероховатости,
кривизны), параметры вибрации и движения вокруг
центра масс, изображения и др. (многофункциональные
лазерные локаторы типа КА-98, Lotaws и др.);
• высокоточное наведение систем оружия (лазерные
локаторы подсвета целей, обзора пространства и целе-
распределения);
• обеспечение стыковки космических аппаратов, по-
садки самолетов, судовождения (лазерные навигацион-
ные системы);
• элементы технического зрения в автоматических и
роботизированных системах (системы измерения даль-
ности, формирования изображения, селекции и распо-
знавания целей и др.);
• диагностика параметров и измерение вариаций ха-
рактеристик окружающей среды, включая атмосферу, а
также контроль ее загрязнения продуктами хозяйствен-
ной деятельности человека (лидары типа DIAL и др.).
Аббревиатура Lidar (Light Detection And Ranging) озна-
чает обнаружение света и определение дальности.
2.3.3. Пассивная оптическая локация
Использует собственное оптическое излучение на-
гретых участков поверхности цели или ионизированных
образований в ее окрестности. Максимум излучения аб-
солютно черного тела при температуре Т (по Кельвину)
приходится на длину волны А.тах * 2898/7 мкм (см.
разд. 13.9.1). Длина волны Хтах для реальных целей на-
ходится в инфракрасной области спектра', лишь при
Т « 4000 К .максимум совпадает с красной видимого
спектра, а при Т » 5000 К - с желтой областью. Средст-
ва пассивной оптической локации обычно работают в
ближнем ИК диапазоне. В число таких средств входят
тепловые головки самонаведения, пассивные приборы
ночного видения и др. Их используют также в системах
ракетнокосмической обороны (разд. 5.4.3 и [6.48]).
2.3.4. Полуакт ивная оптическая
локация
Использует явление вторичного излучения (отраже-
ния) целями оптических волн от источника естествен-
ного интенсивного первичного излучения. Чаще всего
таким источником является Солнце. Средства полуак-
тивной локации, основанные на этом принципе, назы-
вают оптико-электронными станциями (ОЭС). К сред-
ствам полуактивной оптической локации можно отне-
сти также биологические зрительные системы. Несмот-
ря на использование вторичного излучения, ОЭС часто
относят к средствам пассивной оптической локации.
2.3.5. Общие особенности оптической
локации
Определяются используемым диапазоном частот.
Высокая направленность зондирующего излучения и
узкие поля зрения приемных каналов существенно ог-
раничивают возможности оптических локационных
средств по обзору пространства. Поэтому поиск и обна-
ружение цели оптическими локационными средствами
осуществляются в большинстве случаев с использова-
нием внешнего целеуказания, для чего они сопрягаются
с радиолокационными системами. В процессе приема
слабых сигналов проявляется квантовая природа элек-
тромагнитных волн (см. разд. 13.8.3).
Квантовые шумы сигнала ограничивают чувствитель-
ность идеального оптического приемника в отсутствие
помех на уровне энергии хотя бы одного фотона [hf =
=(2,65...4,97)10”19 Дж для видимого диапазона]. В оп-
тическом диапазоне облегчается получение некоорди-
натной информации о цели, ее размерах, форме, ориен-
тации и т.д. (см. разд. 24.16). При получении некоорди-
натной информации используют поляризационные и
фотометричёские характеристики рассеянного излу-
чения, регистрируют изображение цели. Получение не-
координатной информации часто является основной за-
дачей оптических локационных средств.
39
Создание преднамеренных помех для оптической
локации возможно (разд. 6.4), но сложнее, чем для ра-
диолокации.
2.3.6. Примеры систем оптической локации
Приводимые примеры систем (станций, комплексов)
ОЛС, ОЛК подразделяются на примеры, относящиеся к
пассивным системам, полуактивным системам (опти-
ко-электронным станциям, ОЭС), активным и комбини-
рованным системам оптической локации. Деление ус-
ловное: один и тот же дорогостоящий телескоп с тече-
нием времени часто получает более широкое, комбини-
рованное предназначение.
Примеры пассивных ОЛС и их
комбинаций с п о л у а к т и в н ы м и. К
этим системам относится ряд систем контроля космиче-
ского, воздушного и наземного пространства.
Спутниковые системы MIDAS, DSP и SBIRS
(США). Развиваются, начиная с 1960 г., для обнаруже-
ния стартов баллистических ракет в оптическом диапа-
зоне по факелу двигательной установки (см. также разд.
5.4). Спутники MIDAS (Missile Infrared Defence Alarm)
работали в диапазоне длин волн 3... 5 мкм и были низ-
коорбитальными. На спутниках размещался телескоп с
диаметром входного отверстия 0,9 м и мозаичное фото-
приемное устройство. Начиная с 1970 г., пять более но-
вых спутников DSP (Defence Support Program) десяти-
метровой длины размещаются на геостационарных
(35680 км) экваториальных орбитах.
Оптическая аппаратура включает многоцелевой те-
лескоп с диаметром 0,9 м (рис. 2.61,а) и ряд приемных
элементов в двух инфракрасных диапазонах (аналог
двухцветного наблюдения). Каждый приемный элемент
просматривает 6 тыс. секторов пространства, образую-
щих пятно с диаметром 3 м на поверхности земли.
а) б) в)
Рис. 2.61
Аппаратура вращается вокруг оси с периодом 5,7 с.
Время обнаружения и подтверждения траектории раке-
ты составляет 2 мин. Данные передаются по радио через
стационарные тихоокеанскую и австралийские назем-
ные станции в штаб Norad (США).
Планировалось создание 30 новых спутников для за-
мены отслуживших и усиления группировки, а также на-
земных подвижных станций приема и объединения дан-
ных спутников. Последняя программа SBIRS (Space Based
Infrared System) предусматривает дополнительное форми-
рование низкоорбитальной группировки спутников SBIRS
Low с оптико-электронной аппаратурой (рис. 2.61,6), на-
чиная с 2002 г., в интересах войск и флотов вне США.
Начиная с 2004 г. планировалась замена спутников
DSP спутниками SBIRS High (рис. 2.61,в) [6.48].
Оптико-электронная система AEOS (США). Сис-
тема (Advanced Electro-Optical System) предназначена в
основном для сопровождения и распознавания низкоор-
битальных космических аппаратов в тени Земли и обла-
дает для этого системой автоматического сопровож-
дения малоразмерных объектов, перемещающихся с
высокой угловой скоростью. Размещена на о. Мауи (Га-
ваи) и используется ВВС США.
Включает телескоп с рекордными диаметром пер-
Рис. 2.62
вичного зеркала 3,67 м и мас-
сой 120 т (вид изнутри пока-
зан на рис. 2.62), а также под-
систему адаптивной компен-
сации искажений в турбу-
лентной атмосфере.
На расстоянии 400 км
обеспечивает разрешающую
способность 10 см в попереч-
ной плоскости при поле обзо-
ра - 1 мрад. Может использо-
ваться и как полуактивная сис-
тема, работающая за счет сол-
нечного подсвета дальних объ-
ектов в видимом диапазоне. Частично используется для
астрономических наблюдений [9.42, 9.52].
Примеры полуактивных ОЛК
(ОЛС) и их комбинаций с пас-
сивными. К этим комплексам (станциям) отно-
сятся средства обнаружения, измерения координат (в
интересах наведения в том числе), распознавания кос-
мических и воздушных объектов, метеообеспечения и
экологического контроля окружающей среды.
Оптико-электронный комплекс GEODSS (США).
Иначе, Ground-Based Electro-Optical Deep Space Surveil-
lance. Предназначен для обнаружения, распознавания и
каталогизации космических аппаратов (включая геоста-
ционарные ИСЗ), астероидов и т.п. Разработан Масса-
чусетским технологическим институтом и размещен в
Сокорро. Важнейший элемент системы контроля кос-
мического пространства США. Оптико-электронные
средства комплекса работают в видимом и ближнем ИК
диапазонах. Диаметры приемных телескопов от 38 см
до 106 см. Вид главного телескопа показан на рис. 2.63.
Он позволяет сопро-
вождать объект с уг-
ловым размером 12"
(«размером в бейс-
больный мяч, находя-
щийся на дальности
20 тыс. миль»). Теле-
визионная камера
включает 4096x4096
элементов размером
15 мкм. Изображения
звезд, вращающихся относительно Земли с постоянной
скоростью, могут автоматически стираться.
Дальность получения информации в ночных условиях
оценивается величиной 40 тыс.км, в дневных - 9 тыс. км.
Частично используется для астрономических наблюде-
ний [9.50, 9.51].
Оптико-электронная станция AMOS (США).
Станция AMOS (Air force Maui Optical Station) предна-
значена для обнаружения, сопровождения и получения
координатной и некоординатной информации (инфор-
мации распознавания) о космических объектах, нахо-
дящихся на орбитах до 32 тыс. км в видимом диапазоне
длин волн. Размещена на о. Мауи (Гаваи) [9.52].
40
Диаметры главных зеркал телескопов 155 и 122 см.
Для распознавания объектов привлекаются фотометри-
ческие и спектрофотометрические характеристики изо-
бражений. При их получении используются методы
компенсации влияния турбулентной атмосферы. Внеш-
ний вид станции показан на рис. 2.64.
Рис. 2.64
Телевизионные оптические визиры зенитных ра-
кетных комплексов. Используются в ЗРК малой и сред-
ней дальности США, Франции, России и т.д. для обнару-
жения и распознавания освещенных солнечным светом
целей и наведения на них зенитных управляемых ракет
[0.38]. Дальность обнаружения в хороших метеоусловиях
определяется дальностью прямой видимости.
Рис. 2.65
2.3.7. Примеры активных лазерных ОЛС
Эти ОЛС используются для измерения угловых ко-
ординат, дальностей и радиальных скоростей различ-
ных объектов, в том числе элементов воздушных масс,
сбора некоординатной информации, наведения управ-
ляемого оружия, навигационного и метеообеспечения,
контроля окружающей среды.
Лазерный локатор Firepond (США). Имеет прие-
мо-передающий телескоп диаметром 1,2 м, обеспечи-
вающий расходимость излучения до 2" (рис. 2.65) [9.14,
9.51]. Был создан Мас-
сачусетским техноло-
гическим институтом
для локации космиче-
ских аппаратов, осна-
щенных уголковыми
отражателями, на
дальностях до 6000 км,
а также земной страто-
сферы и мезосферы на
высотах 100...300 км.
Лазерное обеспечение
изменяется в зависи-
мости от решаемых
задач. Для решения
атмосферных задач
лидар, оснащенный в
середине 90-х годов NdrYAG-лазером со средней мощ-
ностью 25 Вт университета Клемсон. Он испускает луч
с частотой следования импульсов 31,7 Гц диаметром
около 10 мм.
Лидар является в настоящее время элементом радио-
астрономической обсерватории Millstone Hill вблизи
Бостона, включающей РЛС некогерентного зондирова-
ния ионосферы, оптические спектрометры, интерферо-
метры и т.д. [9.49].
В ранних версиях лидара использовался фотодетек-
тор на основе HgCdTe, чувствительный к длине волны
10,6 мкм. По результатам проводок ИСЗ ошибка изме-
рения радиальной скорости составила 1,3 мм/с.
Вертолетная ОЛС Fiberiek 1.54 (США). Обеспечи-
вает огибание ландшафта и предотвращает столкнове-
ния с проводами и другими препятствиями без непо-
средственного представления изображений пилоту.
Передающий неодимовый NdiYLF-лазер работает в
относительно безопасном для глаза диапазоне 1,54 мкм,
обеспечивая спиральное сканирование излучаемых им-
пульсов длительностью 5 нс с частотой следования
15 кГц при средней мощности 1 Вт. Для повышения чув-
ствительности фотоприемника на основе InGaAs исполь-
зовано термоэлектрическое охлаждение до -25° С [9.41].
Исследовательская лазерный локатор Hercules
(США). Включает неодимовый NdrYLF-лазер на длине
волны 1,047 мкм при апертуре диаметром 4,8 см. Обес-
печивается излучение импульсов длительностью 10 нс
с частотами следования 2 или 16 кГц и пиковыми мощ-
ностями 12 или 1,2 кВт.
Матрица фотоприемников, состоящая из 256x256
элементов, при частоте следования 16 кГц просматри-
вается за 4 с. Оптический фильтр с полосой пропускания
25нм (по длине волны) ослабляет фоновое излучение.
Направленность излучения 0,5 мрад, направленность
приема 0,8 мрад [9.41].
2.3.8. Пример комбинации
активных ОЛС с полуактивными
и пассивными
Исследовательский локатор TSLR (США). Пред-
назначен для гибкого макетирования комбинаций ла-
зерной, телевизионной и тепловой локации с высоким
разрешением. Передающий СО2 лазер активной части
TSLR со средней мощностью 15 Вт, сопряженный с те-
лескопом диаметром 17,8 см, обеспечивает программи-
руемый обзор пространства и модуляцию колебаний по
частоте, амплитуде и поляризации. Приемная система
активной части TSLR включает длиннофокусный теле-
скоп и матричный фотоприемник на основе InSb, со-
стоящий из 256x256 элементов. Гетеродинным детекто-
ром служит HgKdTe фотодиод, охлаждаемый до 77°К.
Часть элементов активной части TSLR используется в
телевизионном и тепловом каналах [9.41].
2.4. Акустическая локация
2.4.1. Общие сведения
Особенно широкое применение акустическая лока-
ция получила в водной среде, акустические волны в ко-
торой затухают существенно медленнее электромагнит-
ных, но она применяется и в воздушной среде.
Пассивные акустические методы в воздушной среде
используют в неконтактных акустических взрывателях
средств поражения. Звукоулавливание и пеленгация
объектов по создаваемым ими звукам предшествовали,
наряду с инфракрасной пассивной локацией, радиоло-
кации самолетов. Вынесенные акустические датчики
совместно со средствами передачи информации могут и
сейчас использоваться в многопозиционных локацион-
ных системах, обеспечивая информацию о закрытых
для радиоволн участках местности.
41
Наряду с акустическими колебаниями звуковых час-
тот используют колебания более высоких, ультразву-
ковых частот и более низких, инфразвуковых.
Инфразвуковые (сейсмические) колебания вызыва-
ются в толще суши, воды и атмосферы Земли землетря-
сениями, ураганами, а также взрывами и даже движени-
ем отдельных транспортных средств. Сейсмические
волны могут распространяться в толще Земли со скоро-
стью (0,1... 14)х 10J м/с и использоваться для обнаруже-
ния землетрясений, взрывов, геофизической разведки
ископаемых.
Ультразвуковую и звуковую активную и пассивную
гидролокацию широко используют в морской навигации
для обнаружения невидимых глазом подводных препят-
ствий, в рыбном промысле для обнаружения косяков и
крупных рыб, в гидрогеологии, океанографии для поис-
ка полезных ископаемых и исследования морского дна,
в военном деле для обнаружения и измерения коорди-
нат подводных лодок, мин, надводных кораблей, наве-
дения на них торпед и ракет. На акустические средства
военного назначения распространяется идеология ра-
диоэлектронной борьбы (разд. 6) [0.42, 6.9, 9.2-9.37].
2.4.2. Особенности гидроакустических
колебаний
Характерной особенностью гидроакустических ко-
лебаний является низкая скорость их распространения
v » 1,5-10'’ м/с, значительно меньшая скорости света в
вакууме с « 3108 м/с. Это приводит к сокращению длин
волн Я = vlf и обеспечению хороших разрешений по
дальности активной локации даже при узких полосах
частот. Хотя акустические колебания в воде затухают
слабее электромагнитных, степень их затухания велика.
Наименьшее затухание наблюдается в диапазоне звуко-
вых частот 0,5...2 кГц.
Дальность распространения волн средней интенсивно-
сти в одном направлении достигает при этом 15...20 км. В
диапазоне ультразвуковых частот, больших 15...20 кГц,
длина волны укорачивается и становится менее 10 см.
Существенно возрастает затухание, особенно в поверх-
ностном слое воды, содержащем ряд неоднороднос-
тей (пузырьков воздуха, микроорганизмов и т.д.). Даль-
ность распространения волн средней интенсивности
снижается до 3...5 км. Наряду с явлением затухания
сказываются явления рефракции и сверхрефракции (см.
разд. 11.5).
Рассеяние акустических колебаний неоднородно-
стями (явление реверберации) приводит к образованию
непреднамеренных гидролокационных пассивных по-
мех. Удары волн о поверхность суши, шумы перекаты-
ваемой гальки, звуки, создаваемые рыбами - источники
непреднамеренных активных помех.
2.4.3. Пассивная гидролокация -
шумопеленгование
Позволяет выявлять источники акустического излу-
чения, классифицировать их, определять пеленги с точ-
ностью от 1...2° до десятых долей градуса. Методы пе-
ленгации сходны с радиотехническими. Индикация ча-
ще всего слуховая.
Устройства пассивной гидролокации устанавлива-
ются на надводных судах и подводных лодках. Исполь-
зуются прибрежные и донные преобразователи гидро-
42
акустических колебаний в электрические. Распростра-
нена установка гидроакустических буев (поплавков).
Информация снимается с помощью кабелей или по ка-
налам радиосвязи, в том числе с использованием само-
летов-ретрансляторов. Возможна многопозиционная
корреляционная обработка сигналов (см. разд. 21.7.4).
2.4.4. Активная гидролокация
Активный гидролокатор сходен по структуре с ак-
тивным радиолокатором. Излучает интенсивные смо-
дулированные или модулированные по фазе (частотно-
модулированные, например) импульсные или непре-
рывные колебания. Мощности (средние и импульсные)
лежат в пределах от сотен ватт до сотен киловатт в за-
висимости от выбранной максимальной дальности.
Максимальная дальность ГЛС составляет от не-
скольких единиц до нескольких десятков километров в
зависимости от типа ГЛС и текущих параметров среды.
Несущую частоту выбирают, исходя из
• повышения направленности излучения и приема
при увеличении частоты;
• снижения затухания при уменьшении частоты. Не-
сущая, в связи с изложенным, чаще всего составляет от
сотен герц до сотен килогерц.
Для преобразования электрических колебаний в ме-
ханические и обратно используют прямые и обратные
пьезо- или же магнитострикционные эффекты. Наряду
с гидроакустическими антеннами зеркального (рефлек-
торного) и рупорного типов получили распространение
антенные решетки.
ГЛС могут быть важной составной частью гидроаку-
стических комплексов (систем) военного назначения,
решающих задачи обнаружения, измерения и классифи-
кации целей с выдачей информации для их поражения.
Широкое распространение получают рыболокаторы
вертикального (до глубин 0,6 км) и горизонтального
(до дальностей 0,5; 2; 6 км) действия.
Разновидности ГЛС используются в морской геоло-
гии и обеспечивают подводные промыслы (наведение
инструментов или труб в скважины).
Созданы ГЛС бокового обзора с высоким разрешением
(максимальная дальность 300 м при несущей 0,3 МГц).
Разрабатываются ГЛС звуковидения со сверхвысоким
разрешением (максимальная дальность 10...20 м при не-
сущих 1...3 МГц) [см. 0.42, 9.11, 9.28, 9.33].
2.4.5. Примеры гидроакустических
локаторов
FCV-1500 (Япония). Активный гидролокатор для
поиска рыбных косяков. Использует два независимых
приемо-передатчика, обеспечивающих работу на двух
частотах из ряда 15, 28, 38, 50, 88, 107, 200кГц. Мощ-
ность 1, 2 или 3 кВт в за-
висимости от типа ис-
пользуемого преобразо-
вателя. Частота следова-
ния импульсов от 0,33 до
33 Гц. Длительность им-
пульса в зависимости от
частоты от 0,2 до 10 мс.
Цветной 15" дисплей
(рис. 2.66) с максималь-
ной шкалой дальности
4 тыс. футов (1220 м) с
Рис. 2.66
выбором метрической системы шкалы отображает от-
ражения различного характера различными цветами для
лучшего выделения косяков. Режимы отображения: эхо
НЧ-локатора, ВЧ-локатора, совмещенное. Осуществляет-
ся автоматическая аудио-визуальная сигнализация обна-
ружения рыбы, уменьшения глубины до заданной [9.54].
Низкочастотный сонар AN/AQS-22 (США). Пред-
назначен для обнаружения, классификации и сопровож-
дения подводных лодок. Обеспечивает также подводную
связь. Включает активно-пассивный погружаемый гид-
роакустический буй и систему обработки, размещенную
на вертолете SH-60R (рис. 2.67, справа - буй крупным
планом). Буй опускается на кабеле длиной до 780 м.
Формирует луч кардиоидной формы. Использует 5 час-
тотных диапазонов в полосе от 10 Гц до 2,4 кГц или до
20 кГц в зависимости от типа [9.57]. Генерируемые сиг-
налы: непрерывный, импульсный с линейной и нелиней-
ной (гиперболической) частотной модуляцией. Уровень
излучаемого сигнала не менее 200 дБ [9.55, 9.56].
Рис. 2.67
2.5. Интроскопические разновидности
и аналоги локационных методов
Интроскопией называют методы определения внут-
ренней структуры неживых и живых объектов, т.е. раз-
новидности или аналоги локационных методов. О раз-
новидностях говорят, используя электромагнитные и
механические волновые процессы локационных диапа-
зонов. Об аналогах говорят при расширении диапазона
частот колебаний вплоть до перехода к постоянному
току с одной стороны, рентгеновским лучам и гамма-
квантам - с другой.
К разновидностям интроскопии относят:
• подповерхностную активную георадиолокацию, в
том числе противоминную;
• подповерхностную активную нелинейную радио-
локацию;
• подповерхностную пассивную радиолокацию;
• дефектоскопию;
• медико-биологическую интроскопию;
• экспериментальную геофизику [9.6, 9.11, 9.13,9.22].
2.5.1. Подповерхностная активная
георадиолокация
Решает задачи выявления структурных неоднород-
ностей земной поверхности, водоемов, строительных
конструкций на глубинах от долей до десятков метров.
Используется в археологии, геологии, криминалистике,
строительстве и т.д. для обнаружения скрытых предме-
тов, пустот, дефектов, оценки структуры и толщины
слоев грунта и льда. Особенности локации: практиче-
ское отсутствие направленности антенн, рефракция
волн на сосредоточенных объектах.
Георадары серии «Око» (Россия). Позволяют решать
разнообразные задачи за счет работы в широком диапазо-
не центральных частот 25...1700 МГц, обеспечиваемом
сменными антенными блоками. Глубины зондирования
30...I м с разрешающей способностью по дальности
2...0,03 м соответственно. Перемещение антенного блока
возможно оператором по земле, в лодке, автомобилем или
летательным аппаратом при скорости перемещения до
30 км/ч. Визуализация «радарограмм» непосредственная
или после математической обработки на ПЭВМ.
Передающая антенна возбуждается импульсами ам-
плитудой 70...700 В длительностью 5...1 мкс с часто-
той 20...400 кГц. Чувствительность приемника не хуже
300 мкВ. Потребляемые мощности 5...8 Вт [5.82].
2.5.2. Подповерхностная активная
противоминная радиолокация
Это - составная часть подповерхностной георадио-
локации (см. разд. 2.5.1). В 65 странах мира зарыто в
почву уже около 100 миллионов мин, представляющих
угрозу для людей. Технические средства обнаружения
мин по требованиям ООН должны обнаруживать их с
вероятностью более 99,6%. [2.136,а]. Обнаружители
мин в металлических оболочках бессильны против пла-
стиковых мин. Поэтому повсеместно разрабатываются
георадары - миноискатели с высокой разрешающей
способностью. На обнаружение мин, находящихся
близко к поверхности, влияют отражения волн от раз-
дела почва-воздух. Из-за возможности подрыва при
плотном контакте антенн с поверхностью предпочти-
тельно наклонное зондирование [2.136,а].
Радиолокационная система дистанционного обна-
ружения мин (США). Включает РЛС, компьютер, дис-
плеи, вспомогательную инфракрасную аппаратуру пе-
реднего обзора, аппаратуру навигации (дифференциаль-
ная GPS, см. разд. 9.4), картографирования и связи. Уста-
новлена на автомобиле Хаммер (рис. 2.68). Обеспечивает
обнаружение и распо-
знавание мин на рас-
стоянии до 30 м. Точ-
ность определения ме-
стоположения 0,25 м.
Антенная система
имеет один передаю-
щий (центральный
средний) и два прием-
ных рупора (по краям).
Изменение частоты
РЛС от 0,5 до 4 ГГц
позволяет возбуждать
мины на резонансных
Рис. 2.68
частотах. Использует непрерывный сигнал со ступенча-
тым изменением частоты. Излучаемая мощность 1 Вт,
планируется повысить до 10 Вт. Скорость движения ог-
раничивается величиной 5 км/ч [5.104].
2.5.3. Подповерхностная активная
нелинейная радиолокация
Обеспечивает обнаружение электронных взрывате-
лей и подслушивающих устройств под поверхностями
стен, полов, чемоданов и др. Основана на эффекте
вторичного излучения гармоник (второй, третьей) нели-
нейными элементами электронных устройств при пер-
вичном излучении, близком к гармоническому [2.126].
43
Нелинейный радар «Orion» (США). Включает
приемопередающее устройство с приемом на второй и
третьей гармониках, антенну с круговой поляризацией и
телескопической штангой, дисплей. Частота передатчика
902...928 МГц на территории США и 850... 1000 МГц
для экспортных моделей подбирается при поиске сво-
бодного канала. Мощность подбирается в пределах
0,01... 1 Вт. Масса - 1,8 кг.
Нелинейный радар «Родник-23» (Россия). Излуче-
ние непрерывное с тремя значениями мощности 0,4, 0,8
и 2 Вт. Частота излучения 910 МГц. Прием - на второй
и третьей гармониках. Поляризация антенны круговая.
Индикация звуковая и визуальная. Дальность обнару-
жения радиомикрофонов 0,6...6 м.
2.5.4. Подповерхностная пассивная
радиолокация
Основана на различии между интенсивностью ра-
диотеплового излучения тела человека и постороннего
предмета. Обеспечивает обнаружение объектов (писто-
лета, взрывчатки), скрытых под одеждой.
Миллископ. Рабочий диапазон частот таких прибо-
ров - миллиметровый. Разрешающая способность в кар-
тинной плоскости 2...3 см. Расстояние досмотра - 10 см.
Время досмотра - 10 с. Масса прибора - около 0,5 кг.
2.5.5. Дефектоскопия
Это комплекс методов неразрушающего контроля
изделий, проводимого путем облучения их ультразвуко-
выми колебаниями, квазистатическими магнитными и
электрическими полями, радио-, инфракрасными, ви-
димыми, рентгеновскими и гамма-излучениями. К де-
фектоскопии относится выявление пустот в объектах
путем активной ультразвуковой локации.
2.5.5. Медико-биологическая
интроскопия
Обеспечивает получение информации о строении
живых организмов и обменных процессах в них в целях
диагностики и лечения.
Классическая (бистатическая) рентгенография.
Вырабатывает теневые изображения тканей организма:
костей, легких, бронхов, основываясь на различном по-
глощении рентгеновских лучей. Ввод специальных ве-
ществ повышает контрастность рентгенограмм.
Рентгеновская медико-биологическая томография.
Томография (томас - слой, греч.) обеспечивает получе-
ние объемных изображений органов человека и живот-
ных. Участки тела зондируют для этого с различных
направлений. Объемные изображения (томограммы)
получают путем совместной обработки информации в
ЭВМ (разд. 23.13).
Оптическая медико-биологическая локация в ви-
димом диапазоне. Миниатюризация источников света
и развитие оптико-волоконных (см. также разд. 4.7.5)
методов передачи излучений позволили освещать по-
лости тела (например, желудок) и, наблюдая их, осуще-
ствлять надежную диагностику ряда заболеваний.
Акустическая медико-биологическая локация.
Используется в различных отраслях медицины: офталь-
мологии, урологии, онкологии, гинекологии, кардиоло-
гии и др. Методы активной импульсной ультразвуковой
локации (эхобиометрии) позволяют уточнять размеры
глаза, его хрусталика, Активная акустическая локация с
непрерывным излучением (акустическая доплерогра-
фия) позволила оценивать скорость притока крови к
глазу на основе эффекта Доплера. Ультразвуковая эхо-
кардиоскопия позволила наблюдать двумерное изобра-
жение сердца в динамике [9.28, 9.36].
2.5.6. Экспериментальная геофизика
Осуществляет интроскопию толщи Земли для полу-
чения информации о залежах полезных ископаемых,
Позволяет обнаруживать подземные ядерные взрывы,
обеспечит, возможно, предсказание землетрясений.
Информация добывается путем электроразведки,
радиометрии и, особенно, сейсморазведки.
Электроразведка. Электроразведка учитывает
структуру полей, возбуждаемых источниками постоян-
ного тока или переменного тока низкой частоты.
Радиометрия. Учитывает интенсивность радиоак-
тивных излучений горных пород, первичных или вто-
ричных. Бурение скважин (каротаж) повышает эффек-
тивность электроразведки и радиометрии [9.26].
Сейсморазведка. Взрывы, действия невзрывных ис-
точников, землетрясения возбуждают в толще Земли
упругие продольные, поперечные и комбинированные
волны инфранизких частот, приходящие к приемным
позициям. Многопозиционный прием этих волн обеспе-
чивает получение информации об изменениях упругих
свойств недр вдоль и вглубь земной поверхности.
2.6. Расположение материала
по локационным РЭС в Справочнике.
Ссылки на литературу
Материал разд. 2 развивается в разд. 7, 8, 11-25.
Взаимодействие других систем с локационными обсуж-
дается в разд. 1, 3-6, 9, 10. О математических и библио-
графических вопросах см. разд. 14-15, 26-29.
Материал по общим вопросам локации и радиолока-
ции имеется в прилагаемом списке литературных ис-
точников, разделы 0, 1,2, 5-8.
Материал по оптической локации имеется в [0.13,
0.29, 1.20, 1.59, 1.87, 7.37], источниках разд. 9 списка
литературы.
Материал по акустической локации в [0.16, 0.42],
источниках разд. 9 этого списка.
Дополнительные источники - в разделах библио-
течных каталогов по радиолокационным РЭС УДК
621.396.96, ББК 32.95 (3.95), по РЭС лазерной локации
УДК 621.373.826: 621.396.96, ББК 32.86 (3.86), по РЭС
акустической локации УДК 621.8, ББК 32.87 (3.87). См.
также разделы РЭС транспорта авиакосмического
УДК 629.7, ББК 39.47 (0.47), 39.57 (0.57), водного
УДК 629.1, ББК 39.67 (0.67), военной авиации
УДК 623.7, ББК 68.9 (Ц.9) и т.д. (см. разд. 29).
44
3. НАВИГАЦИОННЫЕ РЭС
3.1. Общие сведения
Термин «навигация» перешел в русский язык из ла-
тинского в петровскую эпоху как синоним морского
надводного судовождения. В настоящее время он рас-
пространился: на вождение воздушных, космических и
подводных судов, наземных транспортных средств и
подразделений сухопутных войск в отсутствие видимых
ориентиров; на геодезическую привязку средств под-
водной разведки ископаемых; на вождение робототех-
нических устройств по производственным территориям.
Навигационные РЭС подразделяют по:
• характеру физических явлений, используемых для
решения задач навигации;
• конкретным их разновидностям;
• признаку использования внебортовых средств;
• признаку возможности первоначального само-
стоятельного местоопределения.
Так, для решения задач навигации используются фи-
зические явления различного характера:
• искусственные и природные волновые поля;
• эффекты инерции вращающихся и не вращающих-
ся масс;
• природные и искусственные статические поля и
признаки.
По конкретным разновидностям используемых фи-
зических явлений выделяют:
> радионавигацию;
> оптическую навигацию;
> акустическую (гидроакустическую, в частности)
навигацию;
> инерциальную навигацию;
> навигацию на основе статических геофизических
полей (магнитометрическую, барометрическую и т.д.
навигацию).
По признаку использования внебортовых средств
выделяют методы навигации'.
> неавтономной - с их использованием;
> автономной - без их использования.
По возможности первоначального самостоятельно-
го местоопределения различают методы навигации:
> позиционной, позволяющей определять теку-
щую позицию объекта самостоятельно, без привлечения
данных о предыдущей позиции;
> непозиционной, не позволяющей этого.
Особенно распространены методы позиционной не-
автономной радионавигации (см. разд. 3.2) и непози-
ционной автономной навигации (см. разд. 3.3), в част-
ности, инерциальной. Освоение ЭВМ облегчило объе-
динение данных и использование методов комплексной
навигации [0.19, 0.20, 0.26, 0.42, 0.56, 3.1-3.43].
3.2. Радионавигация
Различают следующие виды радионавигации'.
> неавтономная глобальная (вдоль всей поверхно-
сти Земли) и дальняя (максимальные дальности более
700 км) навигация летательных аппаратов и надводных
судов;
> неавтономная ближняя (с максимальными даль-
ностями менее 700 км) навигация судов (разведки по-
лезных ископаемых, в том числе), летательных аппара-
тов, их посадки в условиях плохой видимости;
> обеспечение безопасности полета летательных
аппаратов путем автономного измерения их истинной
высоты над поверхностью Земли;
> получение непозиционной радиотехнической ин-
формации в интересах автономной навигации путем из-
мерения вектора (или составляющих) скорости лета-
тельного аппарата относительно Земли.
Возникшие задачи космической радионавигации
решаются совместно с задачами управления космиче-
скими аппаратами (см. разд. 5. 22).
Как и в радиолокации, в радионавигации использу-
ют миллиметровые, сантиметровые, дециметровые,
метровые, декаметровые (короткие) волны. Дополни-
тельно применяют сверхдлинные (л = 100... 10 км),
длинные (10...1 км) и, реже, промежуточные (1 ...0,1 км)
волны. Сверхдлинные волны обеспечивали глобаль-
ность навигации в отсутствие ИСЗ, хотя в настоящее
время она достигается с помощью ИСЗ на дециметро-
вых волнах.
Специфические требования к радионавигацион-
ным системам (РНС). Массовость аппаратуры пользо-
вателей приводит к требованию максимального ее уп-
рощения, в том числе за счет усложнения остальной ап-
паратуры (наземной, спутниковой и т.д.). Противопо-
ложные требования универсальности, резервирования
навигационной аппаратуры, пригодности ее к переходу
в режим автономной навигации также существенны в
ряде случаев. К РНС, как и к другим РЭС, предъявля-
ются, наряду с этим, требования помехозащищенности
и живучести.
Выполнение всей совокупности требований облегча-
ется при сочетании принципов неавтономной и автоном-
ной навигации, объединения данных различных источ-
ников информации, широкого использования первично-
го, а также вторичного излучения. Противоречивость
требований приводит к многообразию структур РНС.
По структурным особенностям РНС выделяют:
> маячные позиционные неавтономные РНС (даль-
номерные, угломерно-дальномерные, угломерные, раз-
ностно-дальномерные, квазидальномерные), основан-
ные на создании специализированных источников излу-
чения (маяков) вне объектов навигации и приеме их из-
лучений на этих объектах;
> пеленгаторные РНС, неавтономные и автономные,
обеспечивающие получение позиционной информации
объектами навигации за счет направленного приема;
> РНС с использованием локационной инфор-
мации, являющиеся обычно системами объединения по-
зиционной и непозиционной информации.
3.2.1. Маячные дальномерные,
угломерно-дальномерные и угломерные РНС
Определение положения объекта в указанных сис-
темах проводится по результатам измерений: дально-
стей от него до нескольких маяков; дальности и направ-
ления линии визирования на один маяк; направлений на
несколько маяков. Координаты маяков полагаются точ-
45
но известными. Соответственно говорят о дальномер-
ных, угломерно-дальномерных и угломерных маячных
системах.
Маячные дальномерные РНС. Основаны на изме-
рениях дальности. Как и в радиолокации, используется
метод активного запроса и ответа. Совокупность запро-
счиков на объектах (передатчики, приемники) и ответ-
чика на маяке (приемник, передатчик) образует систему
активного запроса и ответа (САЗО). В отличие от ра-
диолокации (см. рис. 2.1,в), где один запросчик с остро-
направленной антенной поочередно собирал данные от
большого числа ответчиков, здесь большое число за-
просчиков обслуживается одним ответчиком с практи-
чески всенаправленной антенной. Точному значению
измеряемого (навигационного) параметра - дальности
соответствует геометрическое место точек: линия по-
ложения объекта в виде окружности г = сГ3/2 = const
на плоскости (рис. 3.1,а) и его поверхность положения в
виде сферы в пространстве. Пересечение двух линий
положения на плоскости (рис. 3.1,6) или трех поверхно-
стей положения в пространстве (при отсеивании лож-
ных пересечений за счет имеющейся грубой информа-
ции о положении объекта) определяет позицию объекта
П в виде точки. Вследствие ошибок измерения точеч-
ная позиция размывается практически в область
положения, размеры которой удается сужать. Высоко-
точные дальномерные системы используют в исследо-
ваниях континентального шельфа (подводного продол-
жения суши) с судов, ведущих поиск месторождений
нефти и газа.
Рис. 3.1
Маячные угломерно-дальномерные РНС. В мас-
совых системах ближней навигации предпочтение отда-
ется угломерно-дальномерному методу. Достаточную
для решения этой задачи точность обеспечивают, ис-
пользуя всего один маяк. Его ответный канал обеспе-
чивает измерение дальности до маяка любого запраши-
вающего объекта. Информация дополняется беззапрос-
ным азимутальным каналом маяка. Своеобразие про-
странственно-временной модуляции этого канала со-
стоит в кодировании излучения в зависимости от ази-
мутального направления излучения (примеры кодиро-
вания описаны в разд. 9.2). Принятый код (навигацион-
ный параметр излучения маяка) определяет на плоско-
сти проведенную через маяк М прямую положения объ-
екта (рис. 3.1,в), которая вместе с окружностью поло-
жения характеризует позицию объекта П - центр его
области положения. Угломерно-дальномерный метод
используется, например, в отечественных системах
46
ближней навигации РСБН, в зарубежных системах
ближней навигации VOR-DME. В пределах зон дейст-
вия ошибки местоопределения составляют от километ-
ров до долей километра.
Маячные угломерные РНС. Включают однопози-
ционные маяки с изменением кода сигналов в зависи-
мости от направления излучения (рис. 3.1,г). Позицию
объекта навигации на плоскости можно находить по ре-
зультатам приема излучений хотя бы двух таких маяков
(рис. 3.1,д), не устанавливая на нем передающей аппа-
ратуры. Низкая точность местоопределения не позволя-
ет, однако, применять такие РНС даже в целях ближней
навигации, не говоря о более дальней.
3.2.2. Маячные разностно-дальномерные
и квазидальномерные РНС
При больших дальностях до маяков передающая
часть запросной аппаратуры объектов навигации стано-
вится громоздкой. Отказ же от нее требует дополни-
тельных мер повышения точности местоопределения.
Одной из таких мер является синхронизация моментов
излучения сигналов на маяках - синхронизация на них
отсчетов времени. Еще большие возможности откры-
ваются при установке электронных часов как на маяках,
так и на объектах навигации - синхронизации отсчетов
времени на всех элементах РНС. Рассмотрим варианты
синхронизации подробнее.
Маячные разностно-дальномерные РНС. Вклю-
чают группы маяков с синхронизацией моментов излу-
чения сигналов. Для ее обеспечения один из маяков
группы является ведущим, остальные - ведомыми. Каж-
дый из ведомых маяков излучает сигнал после приема
сигнала ведущего маяка по истечении установленного
для него промежутка времени. Известные взаимные
сдвиги моментов излучения легко исключаются при
приеме кодированных сигналов маяков на объектах на-
вигации. Поэтому после приема излучений любой пары
маяков Mz, Му можно принять в качестве навигационно-
го параметра разность времен распространения радио-
волн от этих маяков до объекта навигации - tj =
= (rz - Гу)/с, пропорциональную соответствующей разно-
сти расстояния rz - Гу = Дг/у. Для уточнения временного
интервала - (j наряду с огибающими сигналов может
привлекаться их фазовая структура.
Точно измеренным значениям Дг/у соответствуют
линии положения на плоскости в виде гипербол
(рис. 3.2,а) и поверхности положения в пространстве в
виде гиперболоидов вращения. Фокусами гипербол и
гиперболоидов являются пункты расположения маяков
Mz, Му. Точка пересечения двух гипербол Дг(/ = const',
Д1у£ = const" на плоскости (/ = 1 ,у = 2, к = 3, рис. 3.2,6)
или соответственно трех гиперболоидов вращения в
пространстве позволяет найти позицию П (область по-
ложения) объекта. В отличие от дальномерного и угло-
мерного методов рассматриваемый метод местоопреде-
ления называют разностно-дальномерным. Серьезным
достоинством разностно-дальномерного метода являет-
ся отказ от использования запросчиков на объектах на-
вигации, что упростило их бортовую аппаратуру. В от-
личие от угломерного метода существенно повышается
точность местоопределения объектов на больших рас-
стояниях от маяков. Все это привело к широкому ис-
пользованию разностно-дальномерных маячных систем
в дальней и глобальной навигации. Примерами таких
систем с наземными маяками давно являлись системы
дальней навигации LORAN и глобальной навигации
OMEGA. Погрешности измерения положений объекта в
пределах зон действия систем составляют от километ-
ров до долей километра в зависимости от типа и моди-
фикации системы. Варианты используемых при измере-
ниях сигналов рассматриваются в разд. 9.4. Разностно-
дальномерные радионавигационные маячные системы
использовались также при проведении работ на конти-
нентальном шельфе. Разностно-дальномерные измере-
ния могут проводиться и в многопозиционных системах
пассивной радиолокации (см. разд. 21.7.4).
Рис. 3.2
Маячные квазидальномерные РНС. Рассчитаны
на согласование отсчетов времени электронных часов
объектов навигации с аналогичными отсчетами времени
на маяках. Бытовые электронные часы с нетермостати-
рованными эталонными (кварцевыми) генераторами ко-
лебаний характеризуются в настоящее время уходами
отсчетов времени менее секунды за сутки. Относитель-
ная нестабильность отсчетов времени (частоты) состав-
ляет при этом менее (24-60-60)"1 « 1О‘Э. Совершенство-
вание эталонов позволяет снизить эту нестабильность в
108 раз. Временные уходы снизятся тогда до 0,01 мкс за
сутки и менее. Уходы снижаются также при переходе к
более частым (несколько раз в сутки) согласованиям
временных отсчетов на маяках и объектах. Резервом
повышения точности оказывается, наконец, отслежива-
ние направлений и скоростей неслучайных (системати-
ческих) составляющих уходов времени на объектах.
Количественные изменения приводят к качественно
новым результатам. Последнее очевидно в предположе-
нии идеальной синхронизации времени на объектах на-
вигации и маяках: при известном заранее моменте /из1
излучения сигнала /-м маяком момент его приема /Пр i
однозначно определяет дальность г, = с(гПр i - 6» /) маяка
до объекта. Появляется возможность перейти от разно-
стно-дальномерного метода к дальномерному методу,
не устанавливая на объектах громоздкой и энергоемкой
(в случае дальней навигации) запросной аппаратуры.
Прием сигналов от двух маяков в отсутствие помех оп-
ределяет на плоскости уже не гиперболу, а пару точек
положения, одна из них отбрасывается на основе гру-
бых координатных данных (рис. 3.3,а). Прием сигналов
от трех маяков определяет положение объекта в про-
странстве.
Из-за неидеальной синхронизации реализуют факти-
чески не дальномерный, а квазидальномерный метод.
При этом последовательный прием сигналов от ряда
маяков создает резерв исходных данных, хотя и с из-
вестными ошибками (рис. 3.3,6). Его расходуют на по-
вышение точности как местоопределения, так и вре-
менной синхронизации. Общие алгоритмы и методы
оценивания показателей качества используемого при
этом следящего косвенного измерения многомерных
параметров поясняются в разд. 22.
Квазидальномерный метод первоначально осваивал-
ся в качестве дополнительного режима сверхдлиновол-
новых глобальных систем OMEGA с наземными маяка-
ми, но составляет в настоящее время основу наиболее
перспективных спутниковых систем GPS (США) и
ГЛОНАСС (Россия). Ошибки местоопределения дово-
дятся до десятков и даже единиц метров (см. разд. 9.4 и
9.5). Уменьшенные ошибки соответствуют сложным
кодированным сигналам (см. разд. 18.6.6). Надобность в
специальных системах ближней навигации и навигации
для разведки ископаемых становится проблематичной.
В системах GPS и ГЛОНАСС могут проводиться и фа-
зовые измерения, учитывающие малые разности частот
и характеризующие производные дальностей. В этом
смысле иногда говорят о квазидальномерном квазидоп-
леровском методе работы этих систем (см. разд. 9.4).
После широкого освоения спутниковых систем роль на-
земных навигационных систем систематически снижа-
ется. В настоящее время решается вопрос, сохранять ли
одну из старых наземных систему LORAN в качестве
резерва спутниковой или полностью отказываться от ее
использования (см. разд. 9.4.6).
3.2.3. Пеленгаторные РНС
Реализуют угломерный метод определения местопо-
ложения объекта навигации на основе направленного
приема (а не излучения). Могут создаваться в двух ва-
риантах: запросном и беззапросном.
По запросу объекта навигации (самолета) в первом
варианте включается многопозиционная система пелен-
гаторов. Наряду с пеленгацией по максимуму (при ха-
рактеристике направленности без провалов) использу-
ется пеленгация по минимуму (при характеристике на-
правленности с центральным провалом).
По пеленгам из нескольких пунктов приема связной,
например, излучающей аппаратуры объекта (рис. 3.4,а),
определялось и передавалось на объект его положение
без установки на нем специализированной навигацион-
ной аппаратуры.
Недостаточные точность и пропускная способность
привели к неконкурентоспособное™ описанного метода
в навигации, хотя многопозиционные системы пеленга-
торов используются в радиотехнической и радиоразвед-
ке (см. разд. 6.5).
Беззапросный вариант обеспечивают установкой на
объекте воздушной навигации пеленгатора - автоматиче-
47
ского радиокомпаса РК. Положение объекта (рис. 3.4,6)
находят по пеленгам наземных излучающих радио-
средств PC с известными координатами.
Рис. 3.4
В морской навигации используют радиосекстанты
(радиосекстаны) - пеленгаторы радиоизлучений Солнца,
Луны и т.д. Достоинством последних является автоном-
ность навигации, даже в условиях плохой видимости, не-
достатком - невысокая точность местоопределения.
3.2.4. РНС с использованием
радиолокационной информации
В качестве систем (подсистем), выдающих навига-
ционную информацию, используют следующие типы
радиолокаторов.
Радиовысотомеры. Измерители истинной высоты
летательных аппаратов над поверхностью Земли
(рис.3.5,а). Служат для обеспечения безопасности поле-
та и посадки на Землю. В космических комплексах из-
меряют высоту полета над поверхностью планеты.
Рис. 3.5
Доплеровские измерители путевой скорости и уг-
ла сноса (ДИСС). Измеряют составляющие вектора
скорости движения летательного аппарата вдоль по-
верхности Земли. Выдаваемая информация является не-
позиционной. Лишь ее интегрирование позволяет найти
позицию самолета относительно точки вылета (см. ме-
тод счисления пути в разд. 3.3), что используется при
автономной навигации самолетов.
Измеряемые величины рассчитываются по допле-
ровским сдвигам частот F^ (/=1,2,...) сигналов, отра-
женных отдельными участками поверхности Земли
(рис. 3.5,6). Доплеровские измерители могут использо-
ваться также в космических аппаратах, совершающих
облет планеты. В комплексе с радиовысотомерами мо-
гут обеспечить один из вариантов слепой посадки лета-
тельных аппаратов.
Радиолокаторы обзора поверхности. Позволяют
визуально или автоматически определять положение
объекта по характеру местности. Наряду с навигацион-
ными, решают задачи радиолокационного картографи-
рования, радиолокационной разведки, в перспективе -
определения влажности и состояния посевов, разведки
ископаемых.
3.3. Особенности непозиционной навигации
Получение непозиционной информации обеспечива-
ет автономность навигации или повышает степень ее
автономности.
К методам непозиционной навигации относят:
• метод счисления пути;
• обзорно-сравнительные (корреляционно-экстре-
мальные) методы.
Возможны нерадиотехнические и радиотехнические
(разд. 3.2.4) средства реализации всех этих методов.
Широкое распространение получили, в частности, сред-
ства инерциальной навигации', гироскопы, акселеромет-
ры, многофункциональные датчики. Остановимся на
последних подробнее [3.8].
3.3.1. Метод счисления пути
Средства и особенности инерциальной навигации.
Текущую позицию объекта навигации устанавливают
косвенно по его начальной позиции и результату дву-
кратного интегрирования вектора ускорения или одно-
кратного интегрирования вектора скорости.
Для этого необходимо:
^измерять указанные векторы или один из них
с помощью акселерометров (см. ниже) или ДИСС
(разд. 3.2.4);
> сохранять информацию о начальной ориентации
объекта.
Информацию получают:
• непосредственно от позиционных гироскопов -
датчиков угловых отклонений',
• в результате интегрирования угловых скоростей,
выдаваемых скоростными (дифференцирующими) гиро-
скопами - датчиками угловых скоростей (разд. 23.9.1).
Позиционные механические гироскопы. Выпол-
няются в виде маховиков, быстро вращающихся в воз-
духе или жидкости со скоростью до Ю5 об/мин.
Раскручивание маховиков (роторов) требует при
этом затрат времени и энергии (электрической, пневма-
тической).
Прикрепленный к объекту тройной (карданов) под-
вес обеспечивает длительное сохранение первоначаль-
ной ориентации оси вращения гироскопа при различных
эволюциях объекта - тем большее, чем выше качество
подшипников рамок гироскопа.
Позиционные гироскопы с
тремя степенями свободы часто
заменяют парами аналогичных
гироскопов с двумя степенями
свободы (рис. 3.6), облегчая
съем информации.
Так, некоторые варианты ги-
роскопов (гировертикаль или ги-
рогоризонт), например, сохра-
няют первоначальное положение
вертикальной оси объекта, а зна-
чит, и горизонтальной плоско-
сти, нормальной к этой оси.
Рис. 3.6
48
Другой вариант гироскопа (гироазимут или гиропо-
лукомпас) сохраняют тогда первоначальную ориента-
цию в этой плоскости.
Скоростные (дифференцирующие) гироскопы.
Выдают информацию об угловых скоростях изменения
ориентации объектов навигации в заданных плоскостях
(см. разд. 23.9.1).
Показатели качества механических гироскопов.
Считают, что уходы углового положения осей роторов
не должны превышать величины (1...2)10"2 град/ч для
приборов средней точности и (0,3...1)10"2 град/ч для
приборов высокой точности.
Недостаточными в известной мере считают, однако,
диапазон измеряемых гироскопами угловых скоростей
и их надежность. Чрезмерными считают время приве-
дения в готовность (связанное с раскручиванием рото-
ров), энергопотребление, массу, размеры и, наконец,
стоимость гироскопов при высоких точностных харак-
теристиках. Разрабатываются поэтому аналоги механи-
ческих гироскопов, не содержащие быстровращающих-
ся механических элементов.
К их числу принадлежат кольцевые лазерные и во-
локонно-оптические гироскопы [3.8].
Кольцевой лазерный гироскоп. Представляет со-
бою лазер (см. разд. 2.3.2), активное вещество которого
расположено в резонаторе в виде замкнутого кольцево-
го волновода (световода). Для пояснения его работы
обратимся к кольцевому световоду (рис. 3.7,а), по кото-
рому в противоположных направлениях распространя-
ются оптические колебания от общего источника. Осе-
вое вращение кольца с угловой скоростью Q приведет к
ярко выраженному на высоких частотах эффекту Доп-
лера. Знак доплеровского изменения частоты противо-
положен для волн, распространяющихся в разные сто-
роны. Разность частот этих волн пропорциональна час-
тоте Q в любой точке кольца. После введения в кольцо
активного вещества образованный при этом лазер (рис.
3.7,6) генерирует колебания двух частот, разность кото-
рых пропорциональна угловой скорости Q.
& Ф1~ Ф'2~ П
а) б) в) г)
Рис. 3.7
Интеграл от разностной частоты определяет угловое
смещение объекта относительно оси гироскопа. Для по-
вышения добротности колебательной системы кольце-
вого лазерного гироскопа используют ее трех-зеркаль-
ную (рис. 3.7,в) или четырехзеркальную конструкцию.
Возможную нечувствительность к малым угловым ско-
ростям (из-за явления «захвата» при генерации) устра-
няют путем дополнительного периодического «закру-
чивания» лазера с частотой порядка 100 Гц.
Волоконно-оптический гироскоп. Дополнительно-
го «закручивания» не требует. Работает в режиме рас-
пространения в противоположных направлениях выну-
жденных колебаний, возбуждаемых от отдельных лазе-
ров со своими резонаторами. Для измерения угловой
скорости используют возникновение разности фаз ко-
лебаний, распространяющихся по спирали (рис. 3.7,г) в
противоположных направлениях, которая обусловлена
эффектом Доплера.
Достоинством волоконно-оптических гироскопов яв-
ляются их малые стоимость, габаритные размеры, масса,
энергопотребление. Ожидают быстрого повышения по-
казателей их качества по мере совершенствования техно-
логии волоконно-оптической связи (разд. 4.7.5).
Акселерометры. Являются датчиками линейных
ускорений объектов навигации по отношению к некото-
рым характерным осям.
Простейший механический акселерометр показан на
рис. 3.8. Чувствительным элементом является «проб-
ная» масса т, отклоняющаяся под действием ускорения
от нейтрального положения. Это отклонение Ах ограни-
чивается противодействием пружин. Оно пропорцио-
нально составляющей ах вектора ускорения вдоль оси
пружин. Датчик Д переводит отклонение Ах в электри-
ческий ток.
Рис. 3.8
Акселерометры обычно располагают на стабилизи-
рованной (по данным гироскопов) гироплатформе. Со-
ставляющие вектора ускорения измеряются при этом в
стабилизированной системе координат.
Ошибки акселерометров постоянно снижаются.
Считают, что они не должны превышать 0,05...0,1 %
измеряемой величины для акселерометров средней точ-
ности и 0,02...0,05 % для акселерометров высокой точ-
ности; снижаются зоны нечувствительности.
Видоизменяются и конструкции акселерометров. В
стержневых кварцевых акселерометрах массу и пружи-
ну заменяют кварцевым стержнем с «пробной» массой.
Длина стержня изменяется при воздействии ускорения
на эту массу. При этом изменяется резонансная частота
изгибных колебаний стержня. Изменяется и легко кон-
тролируемая частота колебаний генератора, в котором
стержень заменяет колебательный контур.
Твердотельные многофункциональные датчики.
Малогабаритны и представляют собой комбинации
кварцевых стержневых акселерометров и лазерных ги-
роскопов. Сочетание таких датчиков и микроЭВМ по-
зволяет отказаться от гироплатформ.
Ошибки инерциальной навигации. Возрастают с
течением времени в отсутствие корректировок.
Считают, что при использовании механических ги-
роскопов и акселерометров круговая вероятная ошибка
местоопределения и вероятная ошибка измерения ско-
рости доходят до 0,5...2 км и 0,5... 1 м/с за 1 ч навигации
соответственно. Для фиксированных дальностей нави-
гации ошибка местоопределения меньше для быстро-
49
движущейся ракеты, чем для более медленно движуще-
гося самолета.
При небольших скоростях и больших дальностях
данные средств инерциальной навигации приходится
корректировать, используя для этого методы позицион-
ной радионавигации или обзорно-сравнительные мето-
ды непозиционной навигации.
3.3.2. Обзорно-сравнительные методы
навигации
Обеспечивают уточнение текущего положения объ-
екта путем сопоставления результатов обзора местно-
сти, акватории или небосвода, магнитного или баромет-
рического поля и рельефа Земли с хранящимися в памя-
ти характеристиками.
Так, периодические радиолокационные измерения
высоты полета и обзор местности позволяют корректи-
ровать траекторию полета беспилотных и пилотируемых
летательных аппаратов с инерциальными системами на-
вигации независимо от метеоусловий (см. разд. 3.4).
Наряду с радиолокационными могут использоваться
оптико-локационные датчики, инфракрасного диапазо-
на в том числе.
Чем точнее работают гироскопы и акселерометры,
тем меньшая обзорно-сравнительная информация тре-
буется для вождения объекта по заданной траектории.
Астроинерциальные системы навигации. Полу-
чают дополнительную информацию в процессе обзора и
сравнения наблюдаемых положений астрономических
объектов относительно объекта навигации с ожидаемы-
ми. Могут использоваться на морских судах, страто-
сферных или космических летательных аппаратах.
Секторы автоматического наблюдения астрономиче-
ских объектов обычно сужают до единиц градусов на
основе предшествующей навигационной и астрономи-
ческой информации.
Вновь получаемые данные снижают влияние оши-
бок, возникающих вследствие дрейфа гироскопов и их
колебаний из-за гравитационных аномалий и эллипсои-
дальности Земли.
В отсутствие оптической видимости наблюдение из-
лучений небесных тел в оптическом диапазоне заменя-
ется наблюдением их излучений в радио диапазоне.
Модульное построение облегчает дополнение
средств инерциальной навигации астронавигационными
датчиками.
3.4. Комплексирование навигационных
средств
Противоречивость ряда требований к навигационной
аппаратуре (см., например, разд. 3.2) и невысокое каче-
ство информации, выдаваемой отдельными средствами,
заставляют в ряде случаев комплексировать их на объ-
ектах навигации.
В результате комплексирования могут решаться за-
дачи различной степени общности и сложности'.
• выбор наиболее эффективного в данный момент
навигационного средства из имеющихся;
• компенсация недостатков одного из навигацион-
ных средств за счет другого;
• оптимальное использование совокупной навигаци-
онной информации.
Остановимся на этих задачах.
Выбор наиболее эффективного навигационного
средства из имеющихся. Проводился ранее в отсутст-
вие микроЭВМ и других вычислительно-логических
средств. Вся совокупная информация выносится при
этом на приборную доску и выборочно используется
оператором (штурманом, летчиком).
Компенсация недостатков одного из навигацион-
ных средств за счет другого. Эффективно проводится
в настоящее время при использовании вычислительных
средств. В качестве примера сошлемся на навигацион-
ную систему TERCOM (Terrain Contour Matching) кры-
латых ракет США, в которой недостатки инерциальной
системы навигации компенсируются за счет обзорно-
сравнительного (см. разд. 3.3.2) метода навигации.
РНС TERCOM. Обеспечивает процедуры:
• программного вывода ракеты в заданные районы
коррекции траектории (в том числе при малой высоте
полета);
• коррекции траектории по данным корреляционно-
экстремальной системы навигации, т.е. системы нави-
гации обеспечивающей максимум нормированной кор-
реляционной функции между измеренным и ожидае-
мым двумерным распределением навигационного пара-
метра, в данном случае высоты элементов местности.
Поддержание заданной высоты полета и проведение
коррекций траектории осуществляют с использованием
датчиков высоты полета. Основным датчиком является
радиовысотомер, непрерывно оценивающий истинную
высоту ракеты над поверхностью Земли. Второй, баро-
метрический датчик оценивает усредненное значение те-
кущей высоты полета относительно уровня моря. Разности
оценок барометрического датчика и высотомера, вычис-
ляемые в районах коррекции траектории, характеризуют
высоты участков местности над уровнем моря вдоль мар-
шрута полета ракеты. Аналогичные высоты (с учетом воз-
можных отклонений от заданной программы полета по
курсу и времени) заложены в память ЭВМ.
Сравнение текущей и заложенной в память инфор-
мации позволяет уточнить положение ракеты в момент
коррекции и исправить дальнейший ее курс. Использу-
ется так называемое корреляционное сравнение (см.
разд. 21.7), 24.10-24.15 метод поиска максимума (экс-
тремума) корреляционной функции называют при этом
корреляционно-экстремальным.
В качестве признака района коррекции наряду с при-
знаком характера колебаний рельефа может учитывать-
ся его средняя высота над уровнем моря.
Исходную информацию, закладываемую в память
ракеты, можно получать с помощью фотоприборов, ус-
тановленных на разведывательных ИСЗ [0.34].
Оптимальное использование совокупной навига-
ционной информации. Является наиболее общей и
сложной задачей комплексирования, решаемой на осно-
ве вычислительной техники.
Пригодные для этой цели общие алгоритмы объеди-
нения информации приводятся в разд. 22.
3.5. Особенности гидроакустической
навигации
Средства инерциальной и радионавигации не могут
решать ряда общих задач подводного судовождения,
обеспечения безопасности надводного и подводного,
гражданского и оборонного судовождения.
50
В связи с расширением поиска подводных нефтяных
и рудных месторождений развивается техника надвод-
ного и, особенно, подводного позиционирования, по-
зволяющая возвращаться с буровыми устройствами к
ранее выявленным участкам морского дна.
В перечисленных случаях средства радионавигации
дополняются гидроакустическими навигационными
средствами, основанными, как и гидролокационные, на
использовании распространения акустических колеба-
ний в водной среде (см. разд. 2.4) [0.42, 9.9].
Навигационные эхолоты. Определяют глубину по
запаздыванию гидроакустического эхо-сигнала.
Работают на несущих частотах 20...50 кГц для изме-
рения больших глубин и на частотах 100...200 кГц для
измерения малых глубин. Ошибки измерения глубины в
последнем случае около долей метра.
Навигационные гидроакустические лаги. Изме-
ряют абсолютную скорость судна относительно дна.
Сходны по принципу действия с доплеровскими радио-
навигационными измерителями путевой скорости и уг-
ла сноса ДИСС (рис. 3.5,6).
Число лучей в измерителях подобного типа может
снижаться до двух, один из которых направлен вниз по
ходу судна, а второй также вниз, но против хода судна.
Гидроакустические маяки. Предназначены для оп-
ределения места судна относительно определенных
участков дна, снабженных маяками.
Различают две разновидности маяков: запросные
маяки - транспондеры и беззапросные - пингеры.
Транспондеры, экономя энергию по сравнению с
пингерами, позволяют непосредственно и достаточно
точно измерять дальность.
Системы позиционирования с короткой базой могут
включать три приемных гидрофона на интервале 5...20 м,
работающих по одному придонному транспондеру.
Использование фазометрии позволяет сократить этот
интервал в системах со сверхкороткой базой до 0,2...0,3 м.
В системах позиционирования с длинной базой ис-
пользуется несколько придонных транспондеров на ин-
тервалах до 10... 15 км.
Гидроакустические средства подледного плава-
ния (эхоледомеры). Позволяют измерять расстояние от
горизонта подводного судна до нижней границы ледо-
вого покрова, а также глубину под килем.
При измерении расстояния от горизонта подводного
судна до нижней границы ледового покрова (в пределах
до 200 м) используют несущие частоты около 80 кГц.
При измерении глубины (до 400 м) используется вдвое
меньшие частоты. Сходны с ГЛС.
Эхоайсбергомеры. Это специализированные ГЛС
для наблюдения за льдом по курсу судна.
3.6. Расположение материала
по навигационным РЭС в Справочнике.
Ссылки на литературу
Материал настоящего раздела дополняется вопроса-
ми пространственно-временной модуляции в навигаци-
онных РЭС с развитием вопросов высокоточной спут-
никовой навигации (разд. 9).
К разд. 3 и 9 имеют отношение общие вопросы ра-
диоэлектроники, распространения волн, дальности дей-
ствия РЭС, методы оптимизации, обнаружения сигна-
лов и измерения их параметров, кодирования, адапта-
ции к помехам и условиям распространения волн, жиз-
ненного цикла РЭС, массового обслуживания и надеж-
ности, матричного описания работы элементов РЭС
(разд. 1, 11—28). Могут представлять интерес вопросы
взаимодействия РНС с другими РЭС (разд. 2, 4-8, 10).
Материал по навигационным РЭС можно найти в
литературных источниках [0.19, 0.20, 0.42, 0.56 и ис-
точниках раздела списка литературы 3]. Дополнитель-
ные литературные источники по навигационным РЭС
следует искать в разделах каталогов УДК 621.98, ББК
32.95 (3.95), транспорт авиакосмический УДК 629.7,
ББК 39.47 (0.47) и 39.57 (0.57), транспорт водный УДК
629.1, ББК 39.67 (0.67), военная авиация УДК 623.7,
ББК 68.9 (Ц9) и т.д. ( разд. 29).
51
4. РЭС ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
4.1. Общие сведения
Передачу' информации между пунктами осуществля-
ют в РЭС связи, локации, навигации, управления и т.д.
Ниже излагаются основные понятия техники передачи
информации, описываются классификация и структура
сетей связи, принципы построения многоканальных
систем связи, разновидности линий связи. Основное
внимание уделяется цифровым методам передачи ин-
формации. Учитывается возможность передачи инфор-
мации управления, локации и т.д. по неспециализиро-
ванным сетям связи.
4.2. Основные понятия и определения
4.2.1. Сообщение, информация, сигнал
Творческая деятельность человека, действие ряда
автоматических устройств связаны с хранением, пере-
работкой и передачей разновидностей сообщений', речи,
текста, изображений и т.д. Сведения, содержащиеся в
таких сообщениях, как и получаемые в локации и нави-
гации, называют информацией. Информацию, пригод-
ную для обмена между вычислительными устройства-
ми, называют данными. Физические возмущения среды,
цепей и т.п. в виде волновых процессов, токов и т.д.,
обеспечивающие передачу информации, называют сиг-
налами. Сообщения и сигналы разделяют на непрерыв-
ные и дискретные. Примерами непрерывных сообще-
ний являются речь и музыка, примерами дискретных -
телеграфные, буквенные и цифровые сообщения.
4.2.2. Преобразование,
кодирование, модуляция
Являются операциями передающего устройства при
превращении сообщения в сигнал.
Преобразование. В технике связи так называют пе-
ревод неэлектрической величины в первичный электри-
ческий сигнал. В телефонии эту функцию выполняет
микрофон.
Кодирование. Это преобразование сообщений или
первичных сигналов в определенные сочетания дис-
кретных символов (например, видеоимпульсов), назы-
ваемые кодовыми комбинациями или словами. Целью
кодирования является согласование источника сообще-
ний с каналами связи, обеспечивающее требуемую ско-
рость передачи информации и помехоустойчивость.
Операция кодирования в простейших случаях может
отсутствовать.
Коды - системы соответствий между сообщениями
и комбинациями символов (дискретных сигналов), с
помощью которых эти сообщения могут быть зафикси-
рованы, переданы на расстояние или использованы для
дальнейшей обработки. Символы, из которых форми-
руются кодовые комбинации, называют элементами
кода.
Число /ио различающихся между собой элементов
называют основанием кода. Так, элементами двоичного
кода (wq = 2) являются символы «I» и «О». Число / эле-
ментов, образующих кодовую комбинацию, называют
значностью кода. Число N различных кодовых комби-
наций называют объемом (мощностью) кода. Если все
кодовые комбинации состоят из одинакового числа эле-
ментов равной длительности, то код называют равно-
мерным. Такие коды (разд. 24.4-24.7) наиболее распро-
странены в системах передачи данных и телеуправле-
ния. Устройство, предназначенное для кодирования
сигнала, называется кодером; устройство, решающее
обратную задачу, - декодером. Совокупность кодера и
декодера называют кодеком. Символы, полученные при
кодировании, используются для модуляции сигнала.
Модуляция. При передаче информации - это изме-
нение параметра сигнала в соответствии с передавае-
мым сообщением. Модуляцию дискретными сигналами
называют манипуляцией. Параметрами, подлежащими
модуляции, могут быть амплитуда, частота, фаза; воз-
можны и комбинированные методы модуляции (разд. 10).
От вида модуляции зависят помехоустойчивость и про-
пускная способность системы связи. Совокупности мо-
дуляторов и демодуляторов называют модемами (см.
разд. 10.1-10.13). Ряд современных модемов, дополни-
тельно решающих некоторые задачи аппаратуры пере-
дачи данных (разд. 4.4) и называемых далее сетевыми,
рассматривается в разд. 10.14 [4.15, 4.17].
4.3. Дискретизация непрерывных сигналов
4.3.1. Дискретизация во временной
области
Основная часть энергии реальных непрерывных сиг-
налов сосредоточена в ограниченной полосе частот. Ее
выделяют устройствами, формирующими первичные
сигналы. Согласно теореме отсчетов В.А. Котельникова
(другие наименования и математическое выражение см.
в разд. 13.6) функция времени x(t) с ограниченным по
ширине спектром определяется с любой точностью
своими отсчетами, взятыми через интервалы времени Л/
= l/2/max, где/пах - наивысшая частота спектра сигнала.
Если эта функция действует на конечном интервале
времени Т, то число передаваемых отсчетов составит
77Af = 2/max7".
Величину /пах Т называют базой сигнала.
4.3.2. Дискретизация по уровню
Из-за наличия помех и погрешностей аппарату-
ры передача уровня сигнала возможна с ограничен-
ной точностью. Поэтому при цифровой передаче ин-
формации обычно используют конечное число уровней,
отстоящих друг от друга на фиксированную величину
шага дискретизации (квантования). Значение функции
x(t) заменяется значением ближайшего уровня кванто-
вания.
Погрешности передачи уровня создают шум кванто-
вания (см. разд. 19.5).
4.3.3. Дискретизация в частотной
области
Дискретизация сигналов, относящаяся ко временной
области, имеет аналог в частотной.
Сигнал, ограниченный во времени интервалом 0...Г,
полностью определяется комплексными отсчетами сво-
его частотного спектра, взятыми через интервалы 1/7,
либо его вещественными отсчетами, взятыми через ин-
тервалы \/2Т.
52
4.3.4. Кодово-импульсная модуляция
Квантованным сигналам обычно придают цифровую
форму (разд. 19), преобразуя их в комбинации импуль-
сов с одинаковой амплитудой и длительностью. Это со-
ответствует кодово-импульсной модуляции сигнала -
КИМ (ИКМ). Простейший способ кодирования значе-
ний сигнала предполагает их выражение в двоичной
форме. Так одноразрядное десятичное число пять
5 = 1 • 22 +0-21 +1-2°
заменяется трехразрядным дво-
ичным 101, т.е. комбинацией в виде первого и третьего
импульса (разряда). При числе m разрядов можно пере-
дать 2 значений сигнала (см. также рис. 19.1). Воз-
можно дальнейшее перекодирование, в частности, для
повышения помехоустойчивости за счет введения до-
полнительных символов.
4.3.5. Скорость передачи дискретных
сообщений
Определяется как число единичных элементов сиг-
нала, передаваемых за 1 с. Под единичным элементом
сигнала понимается кодовый символ (бит информации)
при одноканальной КИМ. Скорость передачи сообще-
ний измеряется в битах в секунду. Для одноканальной
двоичной системы В = 1/гед , где Гед -длительность
передачи единичного элемента.
4.4. Каналы, тракты, системы передачи
данных и связи
4.4.1. Канал передачи данных
На рис. 4.1 показан канал передачи данных, обеспе-
чивающий обмен информацией между абонентами
(ЭВМ) через аппаратуру сопряжения АС.
4.4.2. Канал связи и аппаратура
передачи данных
Канал передачи данных включает канал связи и ап-
паратуру передачи данных АПД.
Канал связи. Это совокупность технических средств,
обеспечивающих независимую передачу сигналов от пе-
редатчика к приемнику по линии связи (паре проводов,
кабелю, волноводу, области пространства), в которой рас-
пространяются сигналы. Каналы связи бывают дуплекс-
ные и симплексные. Наряду с каналами связи, в которых
сигналы могут распространяться в двух направлениях (ду-
плексными, рис.4.1), возможны каналы связи с распро-
странением сигналов в одном направлении (симплексные).
Аппаратура передачи данных (АПД). Включает:
• устройство преобразования сигналов У ПС;
• устройство защиты от помех УЗО;
• аппаратуру контроля и документирования (на
рис. 4.1 не показана).
АПД решает задачи:
• приема данных от источника информации;
• кодирования;
• преобразования импульсов в сигналы, пригодные
для передачи по каналу связи, и обратного преобразо-
вания;
• декодирования и выдачи информации потребителю;
• синхронизации и фазирования приемных уст-
ройств (разд.4.6.4);
• контроля и коммутации рабочих и резервных ком-
плектов аппаратуры (а также каналов связи);
• документирования передаваемой информации.
4.4.3. Взаимодействие элементов
канала передачи данных
Передатчик (модулятор) УПС преобразует однопо-
лярные сигналы, поступающие из УЗО, в сигналы то-
нальной или высокой частоты путем модуляции несуще-
го колебания (AM, ЧМ или ФМ, см. разд. 10). В прием-
нике УПС осуществляются обратные преобразования.
Декодирующее устройство приемника проверяет
верность принятых кодовых комбинаций (см. разд. 24).
При обнаружении ошибок оно исправляет их, либо ор-
ганизует повторную передачу комбинации, принятой с
обнаруженными ошибками.
УЗО может попутно осуществлять преобразование
параллельного кода в последовательный и, при необхо-
димости, цикловую синхронизацию (см. разд. 4.6.4).
4.4.4. Тракт передачи данных,
система передачи данных, сеть связи
Для повышения надежности передачи информации
используют несколько каналов передачи данных (как
правило, два-три). Связанные групповым устройством
(ГУ), они образуют тракт передачи данных.
Система передачи данных - совокупность трактов и
отдельных каналов передачи данных, решающих еди-
ную информационную задачу.
Сеть (система) связи - совокупность станций, узлов
и линий связи, развернутых для решения совокупности
информационных задач.
4.5. Сети связи и их структуры
Ниже рассматриваются разновидности и структуры
сетей связи, вопросы управления ими. Различают сети
связи: первичные и вторичные; стационарные и под-
вижные; аналоговые и цифровые; некоммутируемые и
коммутируемые. Быстро развивающиеся сети персо-
нальной связи, предназначенные для подвижных поль-
зователей, отнесены в разд. 4.8.
4.5.1. Первичные сети
Включают располагаемые на неподвижных или под-
вижных [4.22] объектах элементы: типовые цепи и трак-
ты; сетевые узлы и станции; соединяющие их линии.
Первичные сети являются основой для создания вто-
ричных.
4.5.2. Вторичные сети
Отличаются ведомственной принадлежностью и
предназначением. По предназначению различают сле-
дующие виды сетей.
Телефонная сеть - обеспечивает разборчивую пере-
дачу’ речи в полосе частот 300...3400 Гц. По рекоменда-
53
ции Международного консультативного комитета по
телефонии и телеграфии (МККТТ) эта полоса стандар-
тизована и именуется полосой пропускания канала
тональной частоты (ТЧ).
Сети телеграфной связи — обеспечивают передачу
дискретных сигналов (телеграмм) со стандартными
скоростями 50, 75 или 100 бит/с (бод). Разделяются на
сети общего пользования и абонентского телеграфа
(телетайпов).
Сети факсимильной связи - обеспечивают передачу
неподвижных изображений, документов, карт и т.д. в
полосах частот от 40 до 240 кГц в зависимости от тре-
буемой скорости передачи.
Сети передачи данных. Обеспечивают обмен ин-
формацией между вычислительными комплексами. Раз-
личают три вида скоростей передачи данных: низкие
(50, 75, 100 и 200 бит/с); средние (600, 1200, от 2400 до
9600 через 1200 бит/с); высокие (свыше 9600 бит/с).
Технология Ethernet обеспечивает обмен в локаль-
ных сетях со скоростями 10, 100 и 1000 Мбит/с [4.70].
Сети распределения программ звукового и телеви-
зионного вещания — обеспечивают доведение вещатель-
ных программ до слушателей и зрителей. В странах
бывшего СССР установлены три класса звукового ве-
щания: а) высший - с полосой частот (ЗО...151О3) Гц;
б) первый - (50...10 103) Гц; в) второй - (100...6,ЗЮ3) Гц.
Телевизионное вещание организуется в метровом и де-
циметровом диапазонах длин волн.
Сети передачи газет - обеспечивают передачу га-
зетных полос из центральных типографий в областные.
Интегральная сеть - передает сообщения, принад-
лежащие различным видам связи (телефон, телеграф,
телевидение, передача данных и др.) в едином цифро-
вом представлении (см. разд. 4.6.6). Различают понятия
цифровой интегральной сети и цифровой сети инте-
грального обслуживания. В первом случае интеграция
проводится на уровне устройств, предназначенных для
решения нескольких задач. Во втором случае интегра-
ция проводится на уровне служб (телефонной, теле-
графной, факсимильной и т. д.).
Сеть Интернет - быстроразвивающаяся междуна-
родная информационная сеть связи (см. разд. 29.6), ко-
торая приобрела первостепенное значение.
4.5.3. Коммутируемые и некоммутируемые
сети
В некоммутируемых сетях обеспечивается длитель-
ное (постоянное или временное) соединение абонентов.
В коммутируемых сетях соединение абонентов обес-
печивается только на время передачи сообщений по за-
просу или в соответствии с заданной программой. Ком-
мутируемые сети подразделяются на сети с коммутаци-
ей каналов, с коммутацией сообщений и с коммутацией
пакетов.
Сети с коммутацией каналов - образуют сквозной
канал для взаимодействующих абонентов на время ин-
формационного обмена.
Сети с коммутацией сообщений - осуществляют пе-
редачу информации без предварительного соединения
взаимодействующих абонентов. Сообщения передаются
по свободным каналам сети и хранятся на промежуточ-
ных узлах коммутации, если участки сети заняты.
Сети с коммутацией пакетов — передают сообще-
ния короткими кодовыми комбинациями, что снижает
время задержки пакета на промежуточных узлах. Або-
ненты взаимодействуют так же, как при создании для
них сквозного канала [4.26].
4.5.4. Структуры сетей связи
Наиболее характерными из них являются: радиаль-
но-узловая; радиальная; линейная; кольцевая; много-
связная; смешанная.
Сети с радиально-узловой (рис. 4.2,а) и радиальной
(звездной, лучевой, рис. 4.2,6) структурами.
Имеют ряд достоинств: взаимная независимость на-
правлений информационного обмена; минимальная за-
держка передачи информации; возможность использо-
вания каналов связи общего назначения для передачи
данных; простота наращивания системы путем увели-
чения числа направлений информационного обмена.
Для повышения надежности и живучести передачу
сообщений в каждом направлении часто осуществляют
по 2-3 каналам, причем вдоль географически разнесен-
ных трасс (рис. 4.2,в). На рис. 4.2,a-в: ОП - оконечные
пункты; УК - узлы коммутации.
Рис. 4.2
Линейная структура (рис. 4.2,г) характеризуется ис-
пользованием одной общей линии связи с организацией
в ней каналов связи для каждого из оконечных пунктов.
Она обеспечивает высокую эффективность использова-
ния линий связи, но отличается пониженными надежно-
стью и живучестью.
Кольцевая структура (рис. 4.2,д) обеспечивает по-
вышение надежности и живучести сети.
Многосвязные структуры (рис. 4.2,д,е) обеспечива-
ют независимую связь между каждой парой оконечных
пунктов при максимальной живучести сети, обуслов-
ленной наличием обходного пути передачи информа-
ции. Однако они требуют наибольшего (по сравнению с
другими структурами) числа линий связи.
54
4.6. Многоканальные системы связи
Системы связи, в которых по одной линии осущест-
вляется одновременная независимая передача сигналов
между несколькими парами абонентов, называют мно-
гоканальными. Сообщения между абонентами следуют
в этих системах по своим каналам. Использование об-
щей линии для осуществления многоканальной связи
принято называть уплотнением или разделением кана-
лов. Применяемую для этой цели аппаратуру называют
аппаратурой уплотнения (разделения).
4.6.1. Принципы многоканальной связи
Структурная схема многоканальной системы связи
приведена на рис. 4.3. Сигналы rf(r)(Z=l»2,...,/?) от п не-
зависимых источников поступают на устройство уп-
лотнения. С помощью канальных кодеров КК и моду-
ляторов они преобразуются в канальные сигналы
Рис. 4.3
В процессе преобразования канальные сигналы при-
обретают отличительные признаки, по которым на при-
емной стороне производится их разделение. Такими
признаками могут быть, например, время излучения
сигнала, его частота, форма.
Все п канальных сигналов суммируются и образуют
п
групповой сигнал (г) = £ S, (I), который поступает в
/=!
общий групповой канал многоканальной системы связи.
Групповой сигнал модулирует несущие колебания пере-
датчика, в результате чего образуется линейный сигнал.
На приемной стороне линейный сигнал демодулиру-
ется в канальных декодерах КДК. Групповой сигнал
восстанавливается, но с наложенным шумом.
Неидеальность разделения может вести к переход-
ным помехам. Условием эффективного разделения ка-
нальных сигналов 5/(0 является их линейная независи-
мость. Сигналы считаются линейно независимыми, ко-
гда любой из них не может быть образован линейной
комбинацией других сигналов. Широкое применение
нашли многоканальные системы с частотным и времен-
ным уплотнением каналов.
4.6.2. Частотное уплотнение каналов
Предполагает выделение участка частот в полосе
пропускания линии связи каждой паре абонентов. Как
правило, каждому каналу тональной частоты ТЧ (см.
разд. 4.5.2) отводится полоса частот /7=4 кГц. В диапазо-
не частот от 64 до 108 кГц, по рекомендациям МККТТ,
размещается 12 каналов ТЧ (и\ и U2 на рис. 4.4). В каче-
стве несущих выделены частоты от 64 до 108 кГц с ин-
тервалом 4 кГц. Формируемая таким образом 12-ка-
нальная группа (К-12) называется первичной группой.
Рис. 4.4
Из первичных групп могут формироваться вторич-
ные группы, в частности 60-канальные группы (К-60) в
полосе частот 312...552 кГц (из)- Для передачи такого
сигнала по кабельной линии его преобразуют в область
частот 12...252 кГц (W4).
Аналогично, из вторичных групп могут формироваться
третичные и четверичные группы [4.22,4.31,4.36].
Вторичное частотное уплотнение - состоит в ис-
пользовании канала тональной частоты ТЧ для переда-
чи нескольких сигналов, обладающих более узкими по-
лосами частот (например, телеграфных).
4.6.3. Временное уплотнение каналов
Предполагает поочередное подключение абонентов
к общей линии связи с помощью синхронных коммута-
торов на передающей и приемной сторонах. Информа-
ция передается путем кодово-импульсной модуляции
видеоимпульсов: по амплитуде, временному положе-
нию, длительности (разд. 10). Импульсам каждого из
каналов отведены свои временные интервалы. Частоту
дискретизации 8 кГц задают с некоторым запасом по
отношению к требованиям теоремы Котельникова.
В стандартизованном интервале между импульсами
одного канала А/ = 125 мкс размещаются импульсы всех
других каналов (рис. 4.5), а также тактовые импульсы,
если они передаются.
Импульсы n-го канала Импульсы n-го канала
Рис. 4.5
В цифровых (кодово-импульсных) каналах каждый
отсчет кодируется 8 двоичными разрядами. В результа-
те частота следования импульсов одного канала дости-
гает 64 кГц (скорость передачи 64 кбит/с).
При временном уплотнении, как и при частотном,
выделяют первичные, вторичные и т.д. стандартные
группы. Первичная 30-канальная группа ИКМ-30 рас-
считана на скорость передачи цифрового сигнала В =
= 2048 кбит/с (с учетом служебных сигналов и сигналов
30 каналов по 64 кбит/с). Вторичная 120-канальная
группа ИКМ-120 состоит из четырех первичных ИКМ-
30 и рассчитана на скорость передачи цифрового сигна-
ла В = 8448 кбит/с. Варианты цифрового телевидения
рассчитаны на частоту дискретизации 12,672 МГц и
скорость передачи 114,048 Мбит/с [4.19, 4.20, 4.30].
55
4.6.4. Синхронизация при временном
уплотнении
Подразделяется на тактовую и цикловую
Тактовая синхронизация. Обеспечивает согласо-
вание частот и периодов подключения абонентов к ли-
нии. Достигается подстройкой частоты и фазы местных
генераторов принимаемыми сигналами.
Цикловая синхронизация. Обеспечивает одновре-
менное подключение абонентов одного и того же кана-
ла к линии связи. Для этого импульсам определенного
(1-го) канала придают отличительные признаки: пере-
дают их парами или тройками (рис. 4.5), либо передают
перед ними специальную кодовую комбинацию. Рас-
становка сигналов по каналам осуществляется после
выявления указанных признаков [4.8, 4.11].
4.6.5. Специальные виды уплотнения
Подразделяются на кодовое, комбинационное, сме-
шанное (комбинированное) и статистическое.
Кодовое уплотнение. Двоичные сигналы каждого из
каналов кодируются при этом в соответствии с адреса-
ми абонентов. Декодирующее устройство на приемной
стороне выделяет сигнал заданного адреса. Достоинст-
вом такого метода уплотнения является возможность
асинхронного подключения абонентов. Получает в на-
стоящее время преобладающее распространение в сетях
мобильной связи.
Комбинационное уплотнение. В этом случае груп-
повой сигнал определяется сочетанием двоичных раз-
рядов передаваемых сообщений отдельных каналов, что
позволяет повысить скорость передачи (системы ДЧМ,
ДЧТ, ДОФМ, см. разд. 10).
Смешанное (комбинированное) уплотнение. Ис-
пользует ранее рассмотренные способы уплотнения в
различных сочетаниях.
Статистическое уплотнение. Обеспечивает органи-
зацию дополнительных связей по существующим кана-
лам в паузах речевых сигналов, используя их статисти-
ческие свойства.
4.6.6. Международная стандартизация
скорости передачи в цифровых сетях связи
Предусматривает
объединение (рис. 4.6)
систем связи, работаю-
щих по общеевропей-
ским, североамерикан-
ским и японским стан-
дартам, а также общее
увеличение скорости пе-
редачи [4.67, 4.45]. Учте-
(-------- но, что общеевропейские
скорости передачи 2,048
и 8,448 Мбит/с отлича-
[1,544 Мб/с) [2,048 Мб/с] ются от североамерикан-
ских и японских, крат-
Рис*ных 1,544 Мбит/с.
4.7. Разновидности линий связи
4.7.1. Кабельные линии
Представляют собой совокупности оконечных и
промежуточных усилительных пунктов, соединенных
56
(155,52 Мб/с хУ]
хУ
( 155,52 Мб/с""]
хЗ
f 51,84 Мб ^
х7
кабелями. Усилительные пункты разделяются на об-
служиваемые ОУП и необслуживаемые НУП. Послед-
ние работают автоматически и управляются дистанци-
онно с ОУП по каналам телеуправления и телесигнали-
зации. Питание для усилителей НУП поступает с бли-
жайшего ОУП по жилам магистрального кабеля. В за-
висимости от условий прокладки различают подземные,
подводные и воздушные кабели, а по конструкции сим-
метричные и коаксиальные. Симметричный кабель со-
держит несколько четверок проводов, заключенных в
свинцовую (алюминиевую или стальную) оболочку.
Коаксиальный кабель содержит от 4 до 8 пар, также за-
ключенных в оболочку. Подземный кабель укладывает-
ся под землей на глубине от 0,8 до 1,2 м. Для предохра-
нения от проникновения влаги при повреждении обо-
лочки под нею с использованием специальных баллонов
на усилительных пунктах часто поддерживается избы-
точное давление инертного газа (0,5...0,7 атмосферы).
Одна пара симметричного кабеля имеет полосу пропус-
кания до 500 кГц, что позволяет организовать в ней до
120 каналов ТЧ, а одна пара коаксиального кабеля - до
нескольких десятков мегагерц, что позволяет организо-
вать до нескольких тысяч каналов ТЧ (для К-10800 ор-
ганизуется 10 800 каналов ТЧ). С увеличением числа
каналов, организуемых в линии связи, уменьшается
расстояние между усилительными пунктами. Так, в ли-
нии связи на симметричном кабеле емкостью 24 канала
протяженность участка между усилительными пункта-
ми составляет 40 км, а в линии емкостью 60 каналов -
около 20 км. При использовании коаксиального кабеля
это расстояние еще меньше.
4.7.2. Радиорелейные линии
Представляют собой цепочки приемопередающих
станций сантиметрового, дециметрового или метрового
диапазонов, удаленных друг от друга на расстояние
прямой видимости (на равнинной местности 40...60 км,
в гористой местности НО...150 км). Включают высоко-
направленные антенные системы, что позволяет пони-
жать мощность передатчиков до 2...5 Вт, ослабляя при
этом воздействие внешних и взаимных помех. Высокая
стабильность уровня сигнала на входе приемника по-
вышает устойчивость связи, хотя использование многих
ретрансляторов и высоких опор для антенн удорожает
ее [4.18, 4.22].
4.7.3. Тропосферные линии
Основаны на явлении рассеяния ультракоротких волн
в тропосфере (рис. 4.7). Антенны с большими коэффици-
ентами усиления
ориентируются так,
чтобы их диаграм-
мы направленности
пересекались в тро-
посфере на высоте
h. Объем тропосфе-
ры Г, образованный
пересечением диа-
грамм направленности антенн, рассеивает облучающие
его радиоволны. Небольшая, но заметная часть рассеян-
ной электромагнитной энергии улавливается антенной
станции 2 и поступает на вход приемника.
Дальность тропосферной связи между двумя стан-
циями (см. разд. 11.3.8) ограничивается соотношением
D = 272hR7 , где R3 - радиус Земли, равный 6370 км.
Высота рассеивающих слоев тропосферы определяется
значениями 10... 12 км. Поэтому дальность тропосфер-
ной связи редко превышает 850 км, а чаще имеет значе-
ние 250...500 км.
Для увеличения дальности связи используют тропо-
сферные радиорелейные линии (ТРРЛ), отличающиеся
от РРЛ прямой видимости большими интервалами
ретрансляции. Тропосферные линии характеризуются
большими суммарными потерями энергии (до 240 дБ).
Возможны замирания сигналов: длительные - на часы,
кратковременные - на секунды, минуты. Для повыше-
ния устойчивости связи используют мощные передат-
чики (до 10 кВт и более), высоконаправленные антен-
ны, разнесенный (по пространству и частоте) прием.
Тропосферные линии незаменимы для организации
связи в труднодоступных, малонаселенных районах и
через морские пространства.
4.7.4. Космические линии
Используют ретрансляторы, установленные на кос-
мических аппаратах - искусственных спутниках Земли
(ИСЗ). Чем выше движется ИСЗ, тем больше размер его
зоны обслуживания. Об орбитах ИСЗ см. разд. 1.3.
Примеры выбора орбит связных ИСЗ приводятся
ниже в процессе обзора развития космической связи.
Общие сведения об орбитах спутников и критерии их
выбора обсуждались в разд. 1.3. Удаленность от эквато-
ра космодромов СССР, где первый ИСЗ в 1957 г. был
выведен на орбиту, осложняла запуск первых ИСЗ свя-
зи на стационарную орбиту. Требовались: а) предвари-
тельный запуск ИСЗ на промежуточную орбиту; б) кор-
ректировка орбиты - перезапуск с нее. Космическая
связь была начата запуском низкоорбитальных спутни-
ков «Стрела-1» в 1964 г. Уже одиночный ИСЗ обеспе-
чивал межрегиональную связь вдоль орбитальной плос-
кости путем задержанной ретрансляции пакетов сооб-
щений. Переданные наземной радиоаппаратурой пакеты
«запоминались» после их радиоприема аппаратурой
ИСЗ и после приближения ИСЗ к пункту назначения
ретранслировались на Землю. Использование дополни-
тельных ИСЗ повышало надежность и расширяло воз-
можности связи. Ввод в эксплуатацию сетей связи на ос-
нове вариантов низкоорбитальных ИСЗ «Стрела» и «Го-
нец» (с 1985 г.) проводился в течение ряда лет [4.49]. Те-
левизионное вещание и связь с районами Дальнего Вос-
тока и Сибири в СССР (система «Орбита») начинались с
использования синхронных высокоэллиптических орбит
ИСЗ со временем обращения 12 ч, углом наклонения
62,8...65,5°, высотой апогея (Северное полушарие) более
40 тыс. км и высотой перигея (Южное полушарие) около
500 км [0.43]. Каждый второй оборот ИСЗ «Молния-1»
(1965 г.) обеспечивал связь между наземными станция-
ми в течение 8... 10 ч, три-четыре таких ИСЗ обеспечива-
ли круглосуточную связь.
Начиная с 1975-1976 гг., система «Орбита» попол-
няется экспериментальными, а с 1980 г. - штатными
стационарными ИСЗ «Стационар» (в других транс-
крипциях «Радуга», «Экран», «Горизонт»). Они широко
использовались в спутниковой системе связи (ССС)
СССР и стали основой ССС «Интерспутник».
Другим примером использования стационарных ор-
бит является интернациональная морская ССС «Ин-
марсат» [0.43]. Она состояла из двух стационарных ИСЗ
США, установленных в 1976 г. над Атлантическим и
Тихим океанами, и третьего стационарного ИСЗ, ус-
тановленного в 1979 г. над Индийским океаном. В 1992 г.
установлены два новых стационарных ИСЗ «Инмарсат-2»
над Атлантическим океаном, а в 1996г. установлены
еще два из 5 новых стационарных ИСЗ «Инмарсат-3».
На стационарных орбитах размещено большое число
спутников связи различных стран.
С развитием подвижной (мобильной) связи и пере-
полнением стационарных орбит возродился интерес к
низкоорбиталъным ИСЗ (разд. 4.8.4).
Методы использования спутников-ретранслято-
ров. Это:
> метод парных станций, при котором любые две
наземные станции используют спутник только для
двухсторонней связи;
> метод многих станций — многостанционного дос-
тупа МД, при котором более двух наземных станций
используют спутник для одновременной связи каждой
станции с любой другой или со всеми остальными
станциями. В наиболее распространенном случае мно-
гостанционного доступа спутники функционируют в
сети, охватывающей много пунктов, каждый из которых
может в любое время установить связь с другим пунк-
том. Они выполняют роль центральных станций сети,
через которые проходят все абонентские линии.
Распространенными методами многостанционного
доступа (МД) являются методы частотного разделе-
ния-уплотнения (МДЧР, FDMA - Frequency Division
Multiple Access), временного разделения (МДВР, TDMA -
Time Division Multiple Access), кодового разделения
(МДКР, CDMA - Code Division Multiple Access) и ком-
бинированного разделения.
На начальном этапе космической связи использова-
лось преимущественно частотное разделение. Недос-
татком его оказалось сильное влияние нелинейности
усилительных приборов, ослабляемое за счет неполного
использования их энергетики. Это дало толчок разви-
тию методов временного разделения (без полного отка-
за от частотного). Расширение используемых полос час-
тот открыло дорогу кодовому разделению.
Земные станции систем спутниковой связи и ве-
щания. Наряду с радиоприемными могут включать ра-
диопередающие части. Имеют стационарные радиопри-
емные антенны с размерами метры-десятки метров, в
том числе со следящими по углам системами наведения
и с управляемой поляризацией. При переходе к систе-
мам подвижной связи возникает вопрос об упрощении
и резком сокращении размеров антенн.
Основные системы телевизионного вещания и
космической связи. В СССР (России) созданы систе-
мы телевизионного вещания «Орбита», «Экран», «Мо-
сква» [0.43, 4.31, 4.36]. К числу международных спут-
никовых систем связи можно отнести ССС «Интелсат»
общего назначения; «Инмарсат» для связи с судами.
Получили распространение ССС гигагерцевых диапазо-
нов частот. Получают развитие региональные ССС за-
падноевропейских стран, арабских стран, Австралии,
Великобритании, Канады, Китая, США, Франции, Япо-
нии и т.д. Системы связи, телевизионного и радиовеща-
57
ния, а иногда и радионавигации все шире интегрируют-
ся. Международная навигационно-связная система
Космического СПасания Аварийных Судов «КОС-
ПАС-САРСАТ» обеспечила уже спасение многих чело-
веческих жизней [4.41, 4.44, 4.34].
Об использовании ИСЗ в системах связи с подвиж-
ными объектами см. разд. 4.8.3.
4.7.5. Оптические линии
Различают волоконно-оптические линии связи
(ВОЛС) и оптические линии связи с распространением
волн в неограниченном пространстве.
Волоконно-оптические линии связи. Обычно рабо-
тают на волнах оптического диапазона длиной 0,03...30
мкм (см. табл. 1.1). Отличаются малыми массой и объе-
мом, высокой электромагнитной совместимостью, боль-
шой пропускной способностью. Обеспечивают передачу
сигналов с шириной спектра до нескольких десятков гига-
герц и более на расстояние до нескольких сотен километ-
ров без промежуточных усилительных пунктов.
Оптические волокна с диаметром 0,1...0,2 мм и ме-
нее изготавливаются из кварцевого стекла с добавлени-
ем окиси германия и функционируют как диэлектриче-
ские волноводы. Как и в металлических волноводах,
возможны различные распределения (моды) электриче-
ского и магнитного полей по поперечному сечению.
Если же может распространяться только одна мода, во-
локна называют одномодовыми.
Волоконно-оптический кабель состоит из нескольких
или даже нескольких десятков волокон. Источниками све-
та в волоконно-оптических линиях являются полупровод-
никовые лазеры или светодиоды. Приемники содержат
обычно pin-фотодиоды или лавинные фотодиоды. Крем-
ниевые фотодиоды используются в диапазоне 0, 3...0,8
мкм, а германиевые - в диапазоне 1,3... 1,7 мкм.
Скорость передачи еще в 20 веке достигала нескольких
сот мегабит в секунду. Требования к точности синхрони-
зации при этом ожесточаются, что стимулирует использо-
вание самосинхронизирующихся кодов (см. разд. 24).
В 90-х годах волоконно-оптические линии находят
широкое применение в системах кабельного телевидения.
Системы на основе ВОЛС становились конкурентоспо-
собными со спутниковыми системами связи (ССС).
В табл. 4.1 сопоставляются возможности ССС и систем
на основе ВОЛС к 1990 г. по следующим показателям:
• достоверность (10“7 - одна ошибка примерно на
1000 страниц текста);
• доступность, иначе коэффициент готовности - КГ
(см. разд. 12.3.4);
• задержка в передаче сигналов;
• время передачи;
• пропускная способность [4.44].
К 2000 г. лучшие оптические системы имеют пропу-
скную способность, достаточную для передачи 100 ка-
налов при пропускной способности канала 10 Гбит/с по
одному волокну.
Это обеспечено освоением вновь разработанной тех-
нологии уплотнения с разделение каналов по длине вол-
ны (частоте) - технологией WDM (Wave Division
Multiplexing) [4.70]. Разработаны элементы оптических
фильтрации, преобразования частоты и коммутации ка-
налов, а также управления (разд. 4.9) совокупностью
каналов связи.
Таблица 4.1. Сравнение систем спутниковой связи
и связи на основе ВОЛС к 1990 г.
Параметры Система
Спутниковая На основе ВОЛС
Достоверность 10’7...10_" 1О'7...1О'"
Доступность (КГ). % 99. 98 99, 98
Задержка передачи, мс 250 50
Время передачи, мс 350...800 200... 700
Пропускная способность, Гбит/с 1...3.2 0, 84...2, 5
На рис 4.8 показана зависимость вносимых потерь в
децибелах от длины волны в нанометрах для трехка-
нальной оптической линии связи, выполненной по тех-
нологии WDM, при температурах -10°С, 20°С, 65°С.
Наряду с низкой температурной зависимостью рекла-
мируются низкие вносимые потери -5 дБ при передаче
полезной информации, широкие полосы пропускания,
подавление помех от соседних каналов по отношению к
используемому каналу более 30 дБ.
Оптические линии с распространением волн в
неограниченном пространстве. Могут использовать
направленное лазерное излучение. Из-за поглощения
волн в атмосфере обеспечивают связь на малых дально-
стях. Возможно использование оптических волн для
ретрансляции через ИСЗ.
4.7.6. Гидроакустические линии
За рубежами бывшего СССР распространены линии
на стандартной рабочей частоте 8,0875 кГц. Из-за мно-
голучевости распространения и искажений формы теле-
графных сигналов скорость передачи информации сни-
жают до 10 бит/с на дальностях связи в несколько де-
сятков километров и до 0,1 и даже 0,01 бит/с на дально-
стях в несколько сотен километров. Возможен также
телефонный режим при мощностях передатчиков от
единиц ватт до 1 кВт с дальностью действия до 10 км.
Используются телеметрические системы малой дально-
сти (до 1 км, несущие до 100 кГц, полосы до 20 кГц),
средней дальности (несколько километров, несущие до
40 кГц, полосы до 8 кГц) и большой дальности (около
10 км, несущие до 10 кГц, полосы до 2 кГц). Возможно
малоскоростное подводное телевидение на дальностях
до 15 км [0.42].
58
4.8. Подвижные и мультимедийные сети связи
4.8.1. Общие сведения
Подвижные (мобильные) сети связи. Обеспечивают
связь с подвижными объектами [4.22, 4.49, 4.51—4.59].
Требования к электромагнитной совместимости (разд. 6)
линий радиосвязи, образующих сети, могут приводить к
ряду их особенностей.
По виду обслуживания различают сети:
> диспетчерской связи, абоненты которых исполь-
зуют общий канал для переговоров с диспетчером или
же и с диспетчером, и между собою.
> персонального вызова, обеспечивающие пригла-
шение своих абонентов к разговорам с вызывающими
абонентами стационарной телефонной сети.
> персональной связи, представляющие абонентам
услуги, такие же как и абонентам стационарной те-
лефонной сети, (в ряде случаев, дополнительные).
По структуре различают сети:
• радиальные и радиально-кольцевые наземные под-
вижные сети, подобные стационарным (рис. 4.2);
• ячеистые (сотовые) наземные сети (разд. 4.8.3), ха-
рактерные для подвижной связи;
• сети персональной связи с использованием кос-
мических линий, комбинированные сети с использова-
нием принципов Интернет-связи.
Мультимедийные сети связи. Это вновь разраба-
тываемые сети персональной связи [4.53-4.58]. Рассчи-
таны на оперативную выдачу разнородной информации,
выбираемой абонентом в удобном для него месте и в
удобный момент времени с последующей оплатой ее
объема. Могут доставляться: звукозаписи или видео-
фильмы; материалы статей, книг, объявлений и других
элементов информации Интернета. Информация может
следовать по стационарным и подвижным сетям с ис-
пользованием волоконно-оптических линий связи и ли-
ний связи дециметрового и сантиметрового диапазонов,
см. разд. 4.8.2, 4.8.3 и [4.53, 4.54].
С целью повышения скорости передачи информации
до 10... 150 Мбит/с на короткие расстояния обращаются
к миллиметровому диапазону волн [4.54, 4.55]. Задачи
телефонной и факсимильной подвижной связи, обеспе-
чения мультимедийной информацией и информацией
Интернета смыкаются. Особенно перспективны в этом
отношении волоконно-оптические линии связи, позво-
ляющие довести скорость передачи информации по од-
ному волокну до 10...40 Гбит /с. Кроме того, в 1999 г. в
США приняты стандарты IEEE 802.11b,g на сети
Ethemet(cM. разд. 4.5.2) со скоростями передачи 2, 5,5,
11 и 22 Мбит/с по радиоканалам [4.70]
О «революции» в связи [4.51, 4.52]. С начала 90-х
по 1997 г. число абонентов ячеистых (сотовых) сетей
превысило 100 млн и может превысить млрд в текущем
десятилетии. Побудительной причиной использования
радиотелефонии в недостаточно телефонизированных
странах считается экономия меди. Под заказы подвиж-
ной связи отводится 23% всей радиопромышленности и
ее микроволновой базы [4.56]. Ожидается быстрое раз-
витие стационарной и подвижной мультимедийной свя-
зи. Несмотря на спорность термина «революция», кар-
динальных изменений в технике персональной связи
отрицать нельзя.
4.8.2. Простейшие подвижные сети
связи
Соответствуют еще сохранившимся в ряде стран
комбинациям вида обслуживания и структуры сети.
Связь персонального адресного радиовызова
(пейджинговая связь). Вызов абонента стационарной
телефонной сети поступает к диспетчеру или заменяю-
щему его автомату и далее на радиопередатчик или сис-
тему таких передатчиков, размещенных по радиально-
кольцевому или сотовому принципу.
Вызов принимается пейджером абонента, т.е. его
радиоприемником, включающим сигнализатор вызова,
декодер адреса и дисплей отображения краткого сооб-
щения в виде бегущей строки с текстом, позволяющим
связаться, в частности, с вызвавшим абонентом по ста-
ционарной телефонной сети.
Пучковая (транкинговая) персональная связь.
Это персональная комбинированная (радио- и провод-
ная) связь в направлениях: «абонент-город», «город-
абонент» и «абонент-абонент» в отсутствие развитой
сотовой структуры сети (см. разд. 4.8.3). Проводится из
удаленного поселка, машины скорой помощи, служеб-
ного или личного автомобиля, дачного участка и т.д. с
использованием городских АТС.
Абонентские станции включают мощные базовые
радиопередатчики, например диапазонов 450-470, 800-
900 МГц, и серийные ретрансляторы с выделенными
радиоканалами. Свободный радиоканал предоставляет-
ся абоненту при вызове. Достоинством этого вида связи
является малое число абонентских станций, недостат-
ками - малое число обслуживаемых абонентов, невысо-
кое качество обслуживания.
4.8.3. Ячеистые (сотовые) подвижные сети
персональной связи
Рассчитаны на увеличение числа абонентов, а также
на повышение качества связи без расширения отведен-
ного частотного диапазона. Зона обслуживания сети
разбивается на сомкнутые ячейки, близкие к правиль-
ным шестиугольникам (сотам) с радиусом описанной
окружности 1,5...5 км; этот радиус иногда уменьшают в
местах скопления и увеличивают в местах разрежения
абонентов. В центрах или в вершинах сот размещают
базовые приемо-передающие радиостанции с радиопе-
редатчиками относительно малой мощности.
Базовые станции соединены проводными каналами с
центральной радиостанцией, включенной, в свою оче-
редь, через проводные или радиорелейные каналы в
стационарную телефонную сеть. Абонентская радио-
станция подвижного объекта обслуживается свобод-
ным радиоканалом одной из ближайших базовых стан-
ций. По мере ее перемещения она автоматически пере-
ключается центральной станцией на канал другой базо-
вой станции.
Радиоканалы сотовой сети. Частотно-временные
параметры каналов связи, выделяемых близко располо-
женным базовым станциям, должны различаться в со-
ответствии с принципами частотного, временного, ко-
дового или комбинированного уплотнения и много-
станционного доступа (см. разд. 4.6, 4.7). Для удален-
ных же базовых станций радиоканалы могут иметь по-
вторяющиеся частотно-временные параметры, что оп-
59
равдывается невысокой мощностью излучения базовых и
абонентских станций. Подобное пространственное уп-
лотнение позволяет существенно увеличить число або-
нентов в отведенном диапазоне частот и является пре-
имуществом сотовой связи по отношению к пучковой.
Адаптивное управление с центральной станции.
Одна из мер повышения качества сотовой связи. Полу-
чив заявку на связь с абонентом, центральная станция
выдает команду одной или нескольким ближайшим ба-
зовым станциям о посылке абонентской станции кон-
трольных сигналов, которые переизлучаются для оцен-
ки их уровня пославшим станциям. По результатам
этих оценок центральная станция выбирает радиоканал
связи с абонентом. В процессе движения обслуживае-
мого абонента процедуры выбора канала повторяются..
Сотовые сети с частотным уплотнением. Приме-
ром может служить аналоговая сеть 80-х годов AMPS
(США) со следующими через 30 кГц несущими часто-
тами диапазона 0,8....0,9 ГГц и с тремя телефонными
каналами по 8 кГц на каждой несущей.
Сотовые сети с временным (время-частотным)
кодовым уплотнением. Цифровые сети этого вида
появились в начале 90-х годов, но в 1997 г. обслужива-
ли уже около ста миллионов абонентов 110 стран Евро-
пы, Азии и Америки. Число абонентов оценивалось в
полмиллиарда к 2001 г. и до 850 млн к 2003 г. [4.53,
4.56]. Сети развертываются в соответствии с вырабо-
танными стандартами.
Общеевропейский стандарт GSM [4.53]. Преду-
сматривает создание сотовых систем на несущих часто-
тах 0,9, 1,8 и 1,9 ГГц. В полосах частот 200 кГц форми-
руется по 8 или 16 временных радиоканалов со скоро-
стями передачи полезной информации 13 или 6,5 кбит/с.
Телефонная информация после ее оцифровывания и со-
кращения избыточности (разд. 24.4.1) [4.55] подверга-
ется помехоустойчивому кодированию путем формиро-
вания сверточного кода, см. разд. 24.6.8 и 24.7. Число
символов в 256-символьном блоке длительностью 16 мс
для 8-канального варианта связи после введения прове-
рочных символов составляет 256-12/8 = 384. Скорость
передачи информации, с учетом служебной, составляет
256 бит/16 мс = 16 кбит/с, что согласуется с приво-
дившейся для 8-канального варианта скоростью пере-
дачи одной только полезной информации 13 кбит/с.
Используются адаптивные эквалайзеры (см. разд.
25.10), ослабляющие эффекты многопутевого распро-
странения радиоволн. Предусмотрено дублирование пе-
редачи информации с перескоками частоты для ослаб-
ления замираний в городских условиях (одновременные
замирания в двух частотных каналах менее вероятны,
чем в одном).
Стандарты США TIA IS 136 (сеть D—AMPS) и
Японии МРТ допускают несущие частоты диапазонов
0,8, 1,9 ГГц в США и 0,7, 1,5, 1,9 ГГц в Японии. По
обоим стандартам формируется три (шесть) временных
каналов на каждой несущей с частотными разносами
соответственно на 30 и 25 кГц. Скорости передачи по-
лезной информации в варианте трех временных каналов
составляют соответственно 8 и 6,8 кбит/с. Наряду с
D-AMPS в США предусмотрены и другие сети с вре-
менным уплотнением.
Тенденция повышения скорости передачи ин-
формации. Вызывается сращиванием технологий со-
товой связи, Интернета и мультимедиа [4.53, 4.54]. На
принципах GSM в диапазоне несущих 2 ГГц для Евро-
пы и Азии разрабатываются широкополосные сети с
временным уплотнением UMTS / IMT2000 со скоро-
стью передачи 384 кбит/с (в перспективе до 2 Мбит/с).
Аналогично модернизируется в США сеть D-AMPS.
Сотовые сети с кодовым уплотнением. Имеют пре-
имущества при высоких скоростях передачи информации
из-за снятия требования синхронизации связи. В 1997 г.
принят протокол о введении асинхронного режима в но-
вую европейскую систему UMTS/IMT2000. В 1998 г.
принят стандарт США по технологии широкополосного
кодового уплотнения CDMA. Этот стандарт в настоящее
время нашел широкое использование [4.53, 4.58].
4.8.4. Подвижные сети персональной связи
с использованием специальных
космических линий и Интернет-телефонии
В конце 90-х годов серьезное внимание было прико-
вано к персональной связи владельцев ручных сотовых
телефонов в любых точках Земного шара с предпола-
гавшейся тогда поминутной оплатой, не превышающей
оплату в сотовых сетях более чем в три-четыре раза.
Эта задача не решалась из-за недостаточной плотности
потока мощности СВЧ спутников и малого коэффици-
ента усиления антенн ручных телефонов (2 дБ вместо
необходимых 8 дБ), см. (27.15)-(27.16). Спутниковые
системы персональной связи рассчитывались на то,
чтобы’ решать ее, хотя, возможно, при качестве связи,
несколько худшем, чем в сотовых системах. Ниже при-
водятся сведения [4.60] о трех разрабатывавшихся сис-
темах, эксплуатация одной из которых в 1998-2000 гг.
оказалась коммерчески не вполне эффективной.
В настоящее время существенно расширяется ис-
пользование каналов Интернет для 1Р(Интернет прото-
кол) телефонии через действующие комбинированные
линии связи [4.68]. Виды вооруженных сил США, наря-
ду с заказом каналов в общих сетях связи, используют
специализированные геостационарные спутники
Milstar-1,-2, Fleesat-7,-8 и UFO, а также совместимые с
этими спутниками стационарные и мобильные терми-
налы на миллиметровых волнах и УКВ.
Спутниковая система «lridium»(CUIA). Начиная с
ноября 1998 г., обеспечивала, практически глобальную
мобильную связь. Включала:
• созвездие из 66 низкоорбитальных ИСЗ, с высотой
780 км, распределенных по шести практически поляр-
ным круговым орбитам. Каждый ИСЗ рассчитан на од-
новременное обслуживание 1100 вызовов;
• группировку из 11 наземных базовых станций.
Предусмотрены линии радиосвязи: «абонент - спутник»
(1,62135-1,6265 ГГц), «спутник - спутник» (около
20 ГГц), «спутник - базовая станция» (около 23 ГГц).
Излучение и прием в линиях «абонент-спутник»
концентрируется в 48 остронаправленных лучах спут-
никовой антенны. В каждом луче «нарезались» каналы
по частоте с интервалом 41,67 кГц шириной 31,5 кГц и
по времени с интервалом 45 мс. Информация обрабаты-
валась на борту спутника и пересылалась на Землю види-
60
димой базовой станции, а в отсутствие ее видимости -
одному из четырех ближайших спутников для передачи
на Землю. Скорость передачи полезной информации
2,4...4,8 кбит/с. Система официально прекратила об-
служивание частных абонентов в марте 2000 г., но ис-
пользуется правительством США [4.60].
Спутниковая система «Globalstar» (США). На
глобальное использование не рассчитана. На широтах
25..50° может использоваться непрерывно, на широтах
0...250 и 50...60° в течение 80 % времени. Включает:
• созвездие из 48 низкоорбитальных ИСЗ, с высотой
1414 км, распределенных по круговым орбитам с углом
наклонения 52°;
• группировку наземных базовых станций.
Переизлучение сигналов между ИСЗ не предусмот-
рено, что, упрощая систему, ограничивает зоны связи
кругами радиусом 1600 км вокруг базовых станций.
В линиях связи «абонент-спутник» используют диа-
пазоны частот около 1,61 и 2,48 ГГц. Спутниковые ан-
тенны концентрируют прием и излучение в 16 раздель-
ных лучах с кодово-частотным уплотнением. Скорость
передачи полезной информации 1.. .9 кбит/с [4.60].
Спутниковая система «ICO-Global» («Inmarsat-P»).
Рассчитана, в первую очередь, на обслуживание запад-
ноевропейских стран со вводом в эксплуатацию в нача-
ле двухтысячных годов. Включает созвездие из 10 сред-
неорбитальных ИСЗ на двух круговых орбитах с высо-
той 10 355 км с углом наклонения 45°. Спутниковые ан-
тенны концентрируют прием и излучение в 163 раз-
дельных лучах с временным уплотнением. Скорость пе-
редачи информации до 36 кбит/с [4.60].
Системы Интернет-телефонии. Рассчитаны на обес-
печение телефонной связи, мобильной в том числе, через
действующие комбинированные линии связи (спутнико-
вые, оптические, сотовые, проводные и т.д.). Основывают-
ся на использовании протокола (см. разд. 4.9 и 10.14.2),
принятого в системе Интернет-протокола IP (Internet
Protocol) [4.70]. Одновременно развивается новая IP тех-
нология многопротокольной работы с «ярлыками» сооб-
щений MPLS (Multiprotocol Label Switching) [4.68].
Совершенствование спутниковой связи к 2006 г.
Основывается на использовании сети спутников кос-
мической связи с остро направленными антеннами и
«адресной» доставкой сообщений, что снижает требуе-
мую мощность передатчиков и временную задержку
сигналов. Сообщение направляется для этого на спут-
ник, наиболее близкий к получателю сообщения. Об-
служиваются сообщения, имеющие различные полосы и
разный приоритет. Переключение полос частот сигна-
лов от широких к узким позволяет оптимизировать про-
пускную способность каналов связи. Потоковая видео
или аудио информация, имеющая наиболее высокий
приоритет, передается в широкой полосе с минималь-
ной задержкой. Текстовые сообщения или статические
изображения передаются в более узкой полосе, но так-
же с минимально возможной задержкой.
Технология Adva-nced Communications Technology
Satellites использует усовершенствованные спутнико-
вые сетевые серверы. Вид спутника ACTS показан на
рис. 4.9. Предполагается переход к использованию диа-
пазона частот КА [4.76].
Рис. 4.9
4.9. Управление в сетях связи
Рассчитано на эффективное использование ресурсов
этих сетей для обеспечения передачи сообщений на раз-
личных этапах связи в условиях развития многообраз-
ных сетей связи (региональных, национальных и меж-
дународных). Регламентируется путем принятия к ру-
ководству согласованных протоколов сетей связи
(см. разд. 10.14.2 и [0.58, 0.69]).
4 .9.1. Характерные этапы управления
Это управление при доступе абонента в сеть, фор-
мировании сообщения и его передаче.
Доступ абонента в сеть. Предоставляется по его
вызову с указанием адреса (телефонного номера) вызы-
ваемого абонента и, часто, категории срочности и тре-
буемой длительности связи. В отсутствие отказа (пере-
грузки сети, отсутствия вызываемого абонента и т.д.)
вызывающий абонент допускается в сеть для передачи
аналогового или цифрового сообщения.
Формирование сообщений. Сообщения делят на
пакеты определенной длины. Совместно со служебной
информацией (адреса отправителя и получателя, метки
начала и конца пакета и т.д.) сообщения образуют ин-
формационные кадры. Наряду с информационными, по
сети циркулируют управляющие кадры без доставки
абонентам информации. Для защиты передаваемой ин-
формации от ошибок используют коды с обнаружением
и исправлением ошибок (разд. 24.4-24.7), а также ре-
шающие обратные связи, т.е. автоматическое повторе-
ние кодированного пакета отправителя при обнаруже-
нии неисправленной ошибки на приемной стороне.
Передача сообщений. Пакеты передаются по кана-
лам группами (окнами). Последующий пакет (группа
пакетов) выдается после подтверждения приема преды-
дущего пакета (предыдущей группы). Для этого груп-
пам присваиваются номера. При ограниченном их об-
щем числе, номера циклически повторяются.
Маршруты следования могут быть общими либо ме-
няться от пакета к пакету.
В первом случае маршрут фиксируется после вызова
абонента. Для этого резервируются необходимые ячей-
ки памяти на узлах коммутации. Тем самым формирует-
61
ся виртуальный канал, эквивалентный выделенному не-
коммутируемому каналу. Обмен информацией по вир-
туальным каналам эффективен при стационарных по-
токах пакетов.
Во втором случае каждый пакет передается и обра-
батывается как самостоятельное сообщение. Этот ре-
жим, называемый дейтаграммным, удобен при потоках
пакетов с изменяющейся интенсивностью.
4 .9.2. Стандартная модель управления
Сводится к принятой Международной Организацией
Стандартов (МОС) системе правил взаимодействия -
протоколов, задаваемых для семи-восьми уровней (сло-
ев) управления.
К сетям связи непосредственно относят четыре
«нижних» уровня управления:
> физический уровень управления. Согласует элек-
трические, функциональные и аппаратурные характери-
стики линии связи с соответствующими характеристи-
ками аппаратуры канального уровня;
> канальный уровень управления. Определяет проце-
дуры синхронизации приемной аппаратуры и коррек-
ции ошибок. При передаче формируется совокупность
символов, называемая кадром. Последний состоит из
информационной и служебных частей, а также призна-
ков начала и конца кадра. Кадр может включать одну
или несколько групп символов (пакетов);
> сетевой уровень управления — уровень адресова-
ния, управления потоками пакетов и их маршрутизации.
Его процедуры определяются уровнями сети связи;
> транспортный уровень управления - обеспечивает
контроль процесса передачи и распределения пакетов
на всем пути от источника до адресата;
Три «верхних» уровня управления осуществляют
обработку данных и взаимодействие с абонентами:
> сеансовый уровень управления - предназначен для
выделения абонентам программного обеспечения и вы-
числительных ресурсов на этапах вхождения в связь,
проведения и завершения информационного обмена.
При этом выполняется последовательность диалоговых
процедур взаимодействующих абонентов, сжатия ин-
формации, а при необходимости обеспечения ее конфи-
денциальности (закрытия) (см разд. 24.4.2, 24.8);
> уровень представления информациия - согласует
форму ее представления со средствами абонентов;
> прикладной уровень управления - обеспечивает
доступ абонентов в сеть в соответствии с их заявками
на способы представления информации.
Для совместного функционирования сетей, рабо-
тающих на основе различных протоколов информаци-
онного обмена, между сетевым и транспортным уров-
нями управления иногда предусматривается дополни-
тельный (восьмой) уровень управления, называемый
уровнем межсетевого взаимодействия.
Согласование протоколов осуществляется с помо-
щью специальных аппаратурно-программных средств,
называемых шлюзами.
4.10. Примеры информационных
технологий в телекоммуникационных
сетях
Технология Х.25 основана на коммутации пакетов,
представляющих собой блоки данных со служебными
разрядами (заголовками). Каналы связи могут быть не-
высокого качества. Использует протоколы Х.25/3 сете-
вого уровня, HDLC (Highlevel Data Link Control) ка-
нального уровня-, синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21
bis физического уровня. Борьбу с ошибками осуществ-
ляет протокол HDLC.
Технология Frame Relay обеспечивает передачу
пульсирующего потока данных при больших скоростях
передачи в каналах высокого качества. Применяет по-
мехоустойчивый код для обнаружения ошибок. Сооб-
щения с ошибками стираются.
Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode)
обеспечивает передачу разнородной информации при
еще больших скоростях передачи, как с постоянной, так
и переменной скоростью. Помехоустойчивый код за-
щищает от ошибок только заголовок. Остальные ошиб-
ки устраняются пользователем.
4.11. Расположение материала по РЭС
передачи информации в Справочнике.
Ссылки на литературу
Материал настоящего раздела продолжается в разд. 10,
посвященном вопросам модуляции, а также в разд. 24,
посвященном вопросам классификации, теории инфор-
мации и кодирования. К этим разделам примыкают
разд. 1, 6, 11, 13-19, 24-26, посвященные общим вопро-
сам радиоэлектроники, ЭМС и РЭБ.
Дополнительный материал по РЭС передачи инфор-
мации имеется в литературе [0.23, 0.24, 0.28, 0.33, 0.51,
0.57, 0.58, 0.69, 0.71, 4.1-4.76] и в разделах библиотеч-
ных каталогов УДК 621.39, ББК 32.88.
62
5. РЭС УПРАВЛЕНИЯ
И ИХ ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1. Общие сведения
Задачей управления объектами является обеспечение
их использования, близкого к оптимальному. Оптимиза-
ция сводится к получению наивысших показателей каче-
ства при имеющихся ограничениях (разд. 14, 15, 23).
Радиоэлектроника расширила возможности управления
и его оптимизации. Расширились и классы объектов
управления. Возникла наука об общих законах
управления - кибернетика (см. разд. 5.10).
5.1.1. Классификация объектов управления
по назначению
Управляемые объекты могут иметь хозяйственное,
оборонное, научно-исследовательское и социальное на-
значение.
К хозяйственным объектам относят:
> системы воздушного, морского и железнодорож-
ного транспорта, системы связи, производственные
объединения, предприятия, подразделения, биржевые и
кредитно-финансовые системы;
> средства производства, транспорта, связи (поточ-
ные линии, энергетические и химические установки,
машины-автоматы, роботы, автоматически управляе-
мые самолеты, узлы связи).
К объектам оборонного назначения относят:
> войсковые объединения, соединения, части, под-
разделения;
> боевые средства (комплексы ракет и снарядов,
комплексы РЭБ, локационные комплексы).
К сложным научно-исследовательским объектам
относят:
> исследовательские космические комплексы; уско-
рители микрочастиц;
> радио- и оптические телескопы с высоким разре-
шением.
К социальным объектам относят:
> медицину (организацию помощи и скорой помощи);
> средства медицины (диагностические комплек-
сы) и т.д.
5.1.2. Типовая структура управления
объектом
Предусматривает наряду с объектом управления ОУ
(рис. 5.1) наличие датчика информации ДИ о состоянии
внешней среды и объекта управления. Элементами ДИ
могут служить РЭС локации и навигации.
Рис. 5.1
Блок обработки и хранения информации ОХИ, ис-
пользуя данные ДИ и заложенные ранее в память дан-
ные, вырабатывает сигналы управления. Под воздейст-
вием этих сигналов исполнительное устройство ИУ
оказывает физическое или информационное воздейст-
вие на объект управления ОУ. Изображение межблоч-
ных связей двойными линиями характеризует их мно-
гомерность.
Связь на больших расстояниях обеспечивается сис-
темами передачи данных СПД (на рис. 5.1 не показаны).
5.1.3. Автоматизация управления
объектами
Обеспечивает необходимую оперативность процесса
управления. Реализуется на основе переработки и хране-
ния информации с помощью аналоговых и, особенно,
цифровых вычислительно-логических систем: больших,
мини- и микроЭВМ общего назначения, одно- и много-
процессорных; многомашинных вычислительно-логи-
ческих комплексов; специализированных ЭВМ; отдель-
ных микропроцессоров и элементов цифровой техники.
В ряде случаев управления (войсками и производством)
ЭВМ лишь помогают работе людей-операторов, выпол-
няя за них трудоемкие, но наименее творческие функции.
В связи с этим различают три вида систем управления:
• неавтоматизированные;
• автоматизированные (работающие с участием опе-
раторов);
• автоматические.
5.2. АСУ. Общие сведения
АСУ является системой «человек-машина», в кото-
рой сбор и обработка информации осуществляется с
помощью средств автоматизации и вычислительной
техники. АСУ решает задачи: сбора поступающей ин-
формации, ее хранения и переработки; принятия реше-
ний и планирования; доведения решений до исполните-
лей; контроля за ходом выполнения решений.
5.2.1. Обеспечение АСУ
Различают техническое, математическое, программ-
ное, лингвистическое, информационное и правовое
обеспечение.
Техническое обеспечение реализуется комплексом
технических средств, входящих в состав АСУ.
Математическое обеспечение - это совокупность
моделей и алгоритмов обработки информации.
Программное обеспечение реализует указанные ал-
горитмы на языках программирования.
Лингвистическое обеспечение предусматривает
трансляцию текстов с принятых языков на машинный.
Информационное обеспечение определяет объем,
размещение и формы организации обмена информаци-
ей, а также защиту информации от несанкционирован-
ного доступа (см. разд. 24.8).
Правовое обеспечение - это совокупность заложен-
ных в память ЭВМ сведений о нормативных актах, свя-
занных с функционированием АСУ.
5.2.2. Вычислительно-логические АСУ
Являются важнейшей составной частью технического
обеспечения АСУ. Строятся на основе многопроцессор-
ных или однопроцессорных ЭВМ. Последние содержат
процессор, оперативное запоминающее устройство ОЗУ
и каналы ввода-вывода КВВ данных (рис. 5.2).
Процессор включает арифметико-логическое устрой-
ство АЛУ, устройство управления УУ и используется для
хранения данных.
63
Процессор I
К периферийным устройствам
Рис. 5.2
Каналы ввода-вывода
связывают его с перифе-
рийными устройствами
(внешними запоминаю-
щими и цифровыми печа-
тающими устройствами,
аппаратурой передачи
данных и др.) и состоят из
селекторных и мультип-
лексных каналов.
Селекторные каналы
СК обеспечивают взаи-
модействие с быстродей-
ствующими каналами, а
мультиплексные каналы МК взаимодействие с медлен-
нодействующими периферийными устройствами.
В основу решения задач на ЭВМ положен принцип
программного управления. По алгоритму, представ-
ляющему точное предписание вычислительного про-
цесса, составляется программа на машинном языке или
языках более высокого уровня (Фортран, Бейсик, PL,
C++ и др.). Последние облегчают общение человека с
машиной и рассчитаны на перевод (трансляцию) текста
программы на ее язык. На основе ЭВМ строят вычисли-
тельно-логические системы (ВЛС). Многопроцессорные
ВЛС включают ряд процессоров, согласованно взаимо-
действующих с общим ОЗУ и управляемых единой опе-
рационной системой. В многомашинных ВЛС решае-
мые задачи распределяются между ЭВМ в соответствии
с программой-диспетчером одной машины, являющейся
управляющей.
Процессоры микроЭВМ строятся на интегральных
схемах, в частности, на одном кристалле. Их разновид-
ностью являются процессоры персональных ЭВМ,
имеющие развитую систему диалогового взаимодейст-
вия с оператором и умеренную стоимость.
5.2.3. Средства отображения информации
Различают по характеру использования, времени об-
новления информации и способу ее кодирования, по на-
значению.
По характеру использования выделяют устройства
отображения (УО) индивидуального пользования (инди-
каторы, дисплеи) и коллективного пользования (боль-
шие экраны, табло, мнемосхемы). Для реализации
больших экранов применяются электромеханические,
электрографические, светоклапанные и лазерные сред-
ства. Табло реализуются на основе электролюминес-
центных, вакуумно-люминесцентных ячеек, а также
светодиодов.
По времени обновления информации разделяют УО,
работающие в реальном масштабе времени и с задержкой.
По способу кодирования различают УО цифровые, бу-
квенные, цифро-буквенные, мнемонические, яркостные.
По назначению выделяют УО общей текущей обста-
новки, выбранной (частично) текущей обстановки, вы-
бранных данных (в виде справочных таблиц и т.п.) и со-
стояния средств АСУ.
5.2.4. Пульты управления
Состоят из устройств отображения и управления.
Последние вводят в АСУ управляющие воздействия
оператора и обеспечивают вывод необходимых данных.
Они включают:
64
• органы управления (кнопки, клавиатуру и др.);
• устройства ввода-вывода информации (ввода с ла-
зерных компакт-дисков и др., вывода на магнитные и
оптические носители и на печать);
• буферное запоминающее устройство (для проме-
жуточного хранения информации);
• интерфейс (для временного согласования с кана-
лом передачи данных);
• пульты управления.
В состав пульта может входить микропроцессор,
управляющий работой всех его элементов. Расположение
органов управления и отображения на пульте определя-
ется эргономическими требованиями (см. разд. 12.4).
5.3. АСУ организации и управления
воздушным движением (ОВД и УВД)
Автоматизированные системы (АС), предназначен-
ные для ОВД и УВД, обеспечивают:
• повышение уровня безопасности полетов;
• регулярность и экономичность воздушных перевозок;
• улучшения условий труда диспетчеров и экипажей
воздушных судов.
Объектами управления являются воздушные суда
ВС, а также их потоки. Требования к уровню автомати-
зации зависят от условий и интенсивности полетов.
К числу функций АС ОВД относятся:
> сбор, обработка, передача, отображение и доку-
ментирование радиолокационной, метео - и аэронавига-
ционной информации;
> выявление опасных ситуаций, выдача на борт ВС
рекомендаций по устранению их сближения и преду-
преждений о минимальной безопасной высоте;
> прогнозирование воздушной обстановки и орга-
низация потоков воздушного движения;
> формирование и сопровождение баз данных;
> координация управления ВС между центрами
ОВД, совместное решение задач ОВД и ПВО и другие.
ОВД осуществляется в главном, зональных, район-
ных и вспомогательных районных центрах, содержание
и степень автоматизации в которых определяются ха-
рактером решаемых задач. В связи с ростом интенсив-
ности международных полетов наблюдается интерна-
ционализация принципов ОВД.
УВД (Air Traffic Control - АТС) понимается в на-
стоящее время как составная часть системы ОВД (Air
Traffic Management - ATM) [5.55], в которую входят:
организация использования воздушного пространства
(Air Space Management), обслуживание воздушного
движения (Air Traffic Services) и организация потоков
воздушного движения (Air Traffic Flow Management).
В связи с прогрессом автоматизации наблюдается
переход от решения задач УВД к решению задач ОВД
более высокого уровня. Функции управления перено-
сятся из командной в консультативную область.
Организация использования воздушного простран-
ства. Устанавливается в соответствии с национальными
и международными нормами. Включает в себя: зоны и
районы ОВД; районы аэродромов и аэроузлов; маршру-
ты, воздушные трассы и местные воздушные линии, ко-
ридоры; специальные зоны и районы (испытательные,
тренировочные, дозаправки, запретные, полигонные,
пусков ракет, стрельб и др.) [6.46].
Международная классификация определяет 7 клас-
сов воздушного пространства, обозначаемых от А до G
и отличающихся правилами полета, уровнем обслужи-
вания, условиями использования.
Обслуживание воздушного движения. Включает:
• полетно-информационное обслуживание;
• консультационное обслуживание;
• диспетчерское обслуживание (управление);
• аварийное оповещение.
Концепция ОВД международной организации
гражданской авиации ICAO. Концепция CNS/ATM
(связь - Communication, навигация - Navigation и на-
блюдение - Surveillance) предполагает построение сис-
темы ОВД на основе современных средств с переходом
на более высокотехнологичные элементы. При этом на-
вигационный компонент, основанный на системах спут-
никовой глобальной навигации GNSS (см. разд. 9.3,
GPS, ГЛОНАСС и дифференциальные системы) обес-
печивает определение местоположения ВС (географи-
ческие координаты и высота) с точностью единицы -
десятки метров для выдерживания запланированного
маршрута и эшелона полета. Навигационные системы
типа VOR/DME постепенно будут выводиться из экс-
плуатации.
Контроль за положением ВС осуществляется сис-
темой наблюдения, включающей радиолокационные
станции и комплексы'.
• аэродромные,
• трассовые,
• посадочные,
• обзора летного поля.
При этом первичные радиолокаторы определяют
лишь плоскостные координаты (азимут, дальность) в
контролируемом ими пространстве. Вторичные локато-
ры обеспечивают измерение координат и получение
информации опознавания, высоты полета, запаса топ-
лива и другой (см. разд. 24.9). Примеры локаторов при-
ведены в разд. 2.2.9, 2.2.21. Основным средством на-
блюдения в контролируемом пространстве должны
стать запросчики системы вторичной радиолокации
(ВРЛ), работающие в режиме S (см. разд. 24.9.3).
В неконтролируемом локаторами пространстве (на-
пример, над океанскими акваториями) контроль со сто-
роны органов ОВД осуществляется автоматической
системой зависимого наблюдения (Automatic Dependent
Surveillance - ADS) [5.54, 5.55], периодически сооб-
щающей о положении ВС и параметрах его движения с
использованием спутниковой связи, а также ответчиков
режима S (ADS-B).
Обмен информацией осуществляется с помощью
УКВ радиолиний цифровой передачи данных (Very
High Frequency Data Link - VDL), запросчиков в режиме
S и голосовой связи [5.55]. Цифровая связь позволит
обеспечить взаимодействие бортовых и наземных АСУ.
Повышению безопасности полетов служит система
предупреждения столкновений (Airborne Alert and Colli-
sion Avoidance System - ACAS). Наличие опасного
сближения ВС определяется бортовыми устройствами
путем приема сигналов ответчиков режима S, сообще-
ний ADS-B. Предупреждения и рекомендации по укло-
нению могут передаваться с земли.
Взаимодействие элементов, входящих в системы
CNS/ATM, показано на рис. 5.3.
Рис. 5.3
В связи с ростом сложности решаемых задач систе-
ма ОВД непрерывно совершенствуется [5.12, 5.41, 5.55].
5.4. АСУ оборонного назначения
Среди АСУ оборонного назначения выделяют два
характерных класса:
• автоматизированные системы управления войска-
ми (АСУВ);
• автоматизированные системы управления боевыми
средствами (АСУ БС).
Разделение на АСУВ и АСУ БС часто бывает услов-
ным (см. примеры в 5.4.1, 5.4.2). От автоматизирован-
ных систем в ряде случаев переходят к автоматическим.
5.4.1. АСУ войсками (АСУВ)
Представляют собой организационно-технические
комплексы, обрабатывающие оперативно-тактическую
информацию и решающие относящиеся к войскам управ-
ленческие задачи. АСУВ повышают показатели качества
управления, такие как: обоснованность решений; опера-
тивность их принятия и доведения до исполнителей; каче-
ство планирования и контроля деятельности войск.
Командно-управленческий персонал АСУВ - необхо-
димый элемент функционирования АСУВ как человеко-
машинного комплекса. Включает командира и должно-
стных лиц штаба. Командир принимает наиболее ответ-
ственные решения и обеспечивает эффективность
управления в целом. Должностные лица штаба докла-
дывают ему обобщенную информацию, предлагают ва-
рианты решений. Они собирают через АСУВ исходную
информацию от подчиненных и отдают им распоряже-
ния в развитие принятых решений. Задачи, состав опе-
раторов, техническое обеспечение, взаимосвязи зависят
от звена управления войсками.
АСУ тактических соединений и объединений
ПВО (АСУ территориальной ПВО) - представляет
собой разнесенные на значительной по размерам терри-
тории (сотни-тысячи километров) комплексы средств
автоматизации (КСА) командных пунктов (КП) различ-
ных уровней и родов войск.
Основные задачи АСУ ПВО:
> контроль воздушного пространства дежурными
силами и средствами;
> приведение сил и средств ПВО в повышенные
степени готовности;
3-4251
65
> управление силами и средствами зенитных ракет-
ных войск (ЗРВ), истребительной авиации (ИА), радио-
технических войск (РТВ) и радиоэлектронной борьбы
(РЭБ) при отражении воздушного противника;
> оповещение и взаимодействие с КП соседних
группировок ПВО, других видов Вооруженных Сил, ор-
ганов ОВД (см. разд. 5.3);
> тренировка расчетов.
Характеристики рассмотрим на примере аппарату-
ры автоматизации корпуса (дивизии) ПВО [5.102].
«Универсал-1Э». Центральное звено АСУ КП такти-
ческого соединения ПВО. Обеспечивает создание автома-
тизированной ПВО района с размерами 1600x1600 км2, до
100 км по высоте. Количество управляемых КП родов
войск (ЗРВ, ИА, РТВ, РЭБ) - до 16.
«Рубеж-МЭ». АСУ истребительной авиационной
части (характеристики см. в разд. 5.4.2).
Комплекс средств автоматизации (КСА) команд-
ного пункта зенитной ракетной части «Байкал-1 Э».
Объединяет до 12 ЗРК малой, средней и большой даль-
ности с пределами работы по дальности 1200 км и высоте
100 км Обеспечивает прием и обработку радиолокацион-
ной информации от нескольких источников, включая
РЛС и управляемые ЗРК, целераспределение и целеука-
зание ЗРК и координацию их действий. Количество од-
новременно управляемых стрельбовых каналов - до 144.
«Нива-Э». КСА КП полка, бригады РТВ. Обеспечи-
вает сбор информации о воздушных объектах в радиусе
до 1600км от радиолокационных постов и подразделе-
ний, авиационного комплекса радиолокационного дозо-
ра и наведения А-50 (см разд. 2.2.16), обработку и вы-
дачу информации на вышестоящий и обеспечиваемые
КП ЗРВ и ИА. Обеспечивает взаимодействие с КП со-
седних частей РТВ, центром ОВД (см. разд. 5.3). Коли-
чество одновременно сопровождаемых целей - до 240.
«Основа-1Э». КСА КП радиотехнического подраз-
деления (батальона). Осуществляет сбор, обработку
информации о воздушных объектах в радиусе до 1600
км от своих радиолокационных средств, радиолокаци-
онных постов (рот), выдачу информации на вышестоя-
щие и обеспечиваемые КП РТВ, ЗРВ, ИА. Обеспечивает
сопровождение до 120 объектов, в том числе постанов-
щиков помех триангуляционным методом по данным
пеленгов от радиолокационных постов и своих РЛС.
«Поле-МЭ». КСА пункта управления радиолокаци-
онного поста. Обеспечивает получение радиолокацион-
ной информации от своих РЛС в радиусе до 600км, ее
обработку и выдачу на КП РТВ, ЗРВ, пункт наведения.
В АСУ ПВО наряду с централизованным управлени-
ем, обеспечиваемым ее иерархическим построением,
возможно децентрализованное управление за счет раз-
ветвленной сети «горизонтальных» связей КСА КП час-
тей и подразделений родов войск.
5.4.2. АСУ боевыми средствами
(АСУ БС)
Управляют поиском целей и целераспределением с
использованием данных собственных локационных
средств и АСУВ. По существу, АСУ БС - это АСУ так-
тических звеньев войск. В отдельных случаях АСУ БС
могут переходить в АСУ оперативных и стратегических
звеньев (разд. 5.4.1, 5.4.5).
66
Зенитные ракетные комплексы (ЗРК) и системы
(ЗРС). Зенитные ракетные комплексы — автоматизиро-
ванные или автоматические системы управления пус-
ком и полетом зенитных управляемых ракет (ЗУР).
По числу одновременно сопровождаемых и обстре-
ливаемых целей их делят на многоканальные и однока-
нальные.
По дальности стрельбы различают ЗРК большой
дальности, средней дальности, малой дальности и
ближнего действия.
По степени мобильности различают стационарные,
мобильные и переносные ЗРК.
В состав ЗРК в общем случае входят пусковые уста-
новки с ЗУР (одна или несколько), средства управления
полетом ЗУР, локационные средства обнаружения, со-
провождения и опознавания. Возможно использование
различных методов наведения (разд. 5.6) в различных
диапазонах волн.
Зоны поражения ЗРК, пуска ра-
кет и постановки задач с АСУ БС.
Являются важнейшими характеристиками управления
ЗРК, как автономного, так и централизованного (с АСУ
БС). Примерный вид зон поражения ЗПОР, пуска ЗГТУС
Рис. 5.4
и постановки за-
дач ЗПОС показан
на рис. 5.4. Даль-
ние границы соот-
ветствующих зон
называют рубе-
жами. Разнос ру-
бежей пуска и по-
ражения связан с
движением цели в
течение полетного времени ракеты. Разнос рубежей по-
становки задач и пуска связан с движением цели за вре-
мя отработки ЗРК задачи на пуск.
С учетом времени отработки локационной инфор-
мации в АСУ, времени, расходуемого на оценку обста-
новки, времени на целераспределение между ЗРК, вре-
мени на принятие решения командиром можно указать
зоны и рубежи получения информации для АСУ БС и
АСУВ. Ими определяются потребные дальности дейст-
вия информационных локационных систем, работаю-
щих в интересах ЗРК.
Примеры ЗРС. Различные ЗРС разрабатывались в
расчете на преимущественное применение в интересах
территориальной ПВО, ПВО группировок сухопутных
войск, ПВО военно-морских сил, причем с различной
дальностью действия.
Ниже приводятся отдельные примеры ЗРС террито-
риальной ПВО средней дальности, к числу которых от-
носятся российские С-300 ПМУ-1 и ее развития С-300
ПМУ-2 и ЗРС «Триумф», а также ЗРС США «Пэтриот»
и ее дальнейшие развития (см. разд. 5.4.5). Дальности
действия перечисленных ЗРС средней дальности начи-
нают приближаться к дальностям действия ЗРС боль-
шой дальности, а возможности поражения низколетя-
щих целей позволяет перекрывать возможности ЗРС
малой дальности.
Потребности сухопутных войск учитываются в
большей степени в российских самоходных ЗРС сред-
ней дальности С-300-В и ее развитии «Антей-2500», ко-
торые могут использоваться одновременно для терри-
ториальной ПВО. Защита от нестратегических ракет
первоначально предусматривается в большинстве раз-
работанных для сухопутных войск технических реше-
ний. Для подразделений сухопутных войск (а также
жизненно важных территориальных объектов) сущест-
венно использование ЗРС средней и малой дальности,
например российских «Куб», «Тунгуска», «Бук-М»,
«Тор-М», «Панцирь С» с радиолокационным и «Стре-
ла» с оптико-локационным обеспечением [0.68].
ЗРС ПВО средней дальности С-300 ПМУ-1 и ее
ЗРК (Россия). Система создана в интересах территори-
альной ПВО. Включает ЗРК 90Ж6Е, а также средства
эксплуатации и хранения ракет. ЗРК содержит РЛС
30Н6Е подсвета и наведения с ФАР и до 12 пусковых
установок (ПУ) с 4-мя ЗУР на каждой. Система одно-
временно поражает до 6 воздушных целей с эффектив-
ной площадью до 0,02 м2 и скоростью до 10 000 км/ч, в
том числе на фоне активных и пассивных помех.
Характеристики зоны поражения:
дальность максимальная/минимальная 150/3...5 км,
высота максимальная/минимальная 27/0,01 км.
Низколетящие (60... 100 м) стратегические крылатые
ракеты АЛКМ поражаются на дальностях 28...38 км.
Время развертывания 5 мин. Внешний вид РЛС 30Н6Е с
не поднятой на вышку антенной был показан на рис.
2.20, внешний вид ПУ показан на рис. 5.5 [5.36, 5.75].
Рис. 5.5
ЗРС ПВО средней дальности «Триумф» как раз-
витие С-300 ПМУ-1, 2 (Россия). Внешний вид РЛС и
контейнеров с ракетами показан на рис. 5.6 [5.49].
Рис. 5.6
Зона поражения расширена до 200 км по дальности и
до 40-50 км по высоте при сохранении числа одновре-
менно поражаемых целей 6 и нижней границы зоны по-
ражения 0,01 км. Предусмотрено распознавание классов
целей (бомбардировщик, истребитель, крылатая ракета),
выполненных в том числе по технологии «Стеле». ЗРС
способна поражать нестратегические ракеты с дально-
стью действия до 3500 км. Время развертывания сохра-
нено равным 5 мин. Испытания системы, проведенные в
2004 г. на полигоне Капусин Яр, показали ее высокое
качество [5.123].
Примеры АСУ БС ПВО (Россия). АСУ БС ПВО,
как и ЗРС, разрабатываются в расчете на преимущест-
венное применение в интересах территориальной ПВО,
ПВО группировок сухопутных войск, ПВО военно-
морских сил. Ниже приводятся примеры АСУ БС тер-
риториальной ПВО, объединяющих ЗРС с различной
дальностью действия.
Комплекс средств управления 83М6Е. Объединяет
до 6 ЗРК средней (С-300 ПМУ-1) и большой (С-200 ВЭ)
дальности. Информация поступает в пункт боевого
управления 54К6Е от РЛС обнаружения 64Н6Е и может
поступать также от АСУ ПВО. Обеспечивается одно-
временное сопровождение до 100 трасс целей на даль-
ностях до 300 км при скоростях целей до 10 000 км/ч,
летящих в плотных боевых порядках, а также автомати-
ческий захват на сопровождение разделяющихся целей.
Комплекс средств автоматизации командного
пункта зенитной ракетной части смешанного соста-
ва «Сенеж-М1Э». Предназначен для управления ЗРК
(до 77 стрельбовых каналов) и наведения до 6 истреби-
телей-перехватчиков. Пределы работы по дальности
1600 км и высоте 40 км.
Комплекс средств автоматизации командного
пункта истребительной авиационной ракетной час-
ти «Рубеж-МЭ». Обеспечивает обработку информации
о 76 воздушных объектах и одновременное наведение
21 истребителя (групп истребителей).
5.4.3. АСУ ракетно-космической
обороны (РКО)
Развертывание систем РКО СССР и США [0.64, 0.65,
0.70, 5.17, 5.37, 5.40, 6.48] проходило в пределах огра-
ничений стратегических вооружений, предусмотренных
Договором 1972 г. и Протоколом к нему 1974 г. Перво-
начально допускалось развертывание ограниченной
противоракетной обороны (ПРО) столицы и одной из
областей размещения межконтинентальных баллисти-
ческих ракет (МБР). В 1974 г. число областей размеще-
ния систем ПРО ограничивалось уже одной - вокруг
столицы СССР и вокруг области размещения МБР
США - в штате Северная Дакота. РЛС, расположенные
вне этих областей, имели право наблюдать баллистиче-
ские цели только за пределами границ страны. Допус-
калось размещение в одном месте не более 100 проти-
воракет. Мобильные системы ПРО запрещались.
Договор не запрещал, однако, создание систем ПРО
театров военных действий (ПРО ТВД), систем тактиче-
ской ПРО. На саммите 1997 г. «Ельцин - Клинтон» был
предварительно согласован критерий различия страте-
гической и тактической ПРО: к тактической отнесена
ПРО, проверенная по целям со скоростью менее 5 км/с
и дальностью менее 3500 км [6.48].
67
Соглашение 1997 г. расширило возможности раз-
вертывания систем ПРО ТВД США. При этом стали
готовиться элементы национальной ПРО всей террито-
рии США, названной 3-Plus-З. В названии отражено
планирование: трех лет на подготовку национальной
ПРО к развертыванию, возможной паузы до «появления
непосредственной угрозы территории США «со сторо-
ны одной из развивающихся стран» и еще трех лет - на
развертывание системы после пересмотра Договора
1972 г. либо отказа от него (согласно Договору 1972 г.
любая из сторон имела право выйти из него, предупре-
див об этом другую сторону за полгода).
В июне 2002 г. президент США Буш заявил о выхо-
де США из Договора с целью начала создания с 2004 г.
национальной, постепенно развертываемой системы
ПРО США с противоракетами наземного и морского
базирования, а также наземными, морскими и космиче-
скими сенсорами [5.124]. В Москве на саммите прези-
дентов Буша и Путина в 2002 г. к этому времени был
заключен новый Договор о сокращении стратегических
наступательных потенциалов. Согласно :ему, Россия и
США сократят к 2012 году оперативно развернутые
стратегические ядерные боеголовки до уровня в 1700-
2200 единиц [5.125,5.126].
Общими задачами развернутых пока стратегиче-
ских систем РКО СССР (России) и США считались:
• автоматическое обнаружение пусков БР, выдача
информации руководству страны о ракетном нападении
противника с целью проведения ответных (или ответ-
но-встречных) действий;
• ПРО района (районов) страны;
• контроль космического пространства.
В современной России центр тяжести переносится
пока на наиболее дешевый «асимметричный вариант»
РКО: совершенствование средств ответных (ответно-
встречных) действий [5.123].
5.4.4. АСУ предупреждения
о ракетном нападении (СПPH)
Содержат источники информации, системы переда-
чи данных (СПД) и командные пункты (КП СПРН).
Источниками информации являются:
• космические группировки обнаружения стартов БР
и засечки ядерных взрывов, использующие методы пас-
сивной оптической локации и способные за две-три ми-
нуты выдать информацию о стартах БР;
• средства надгоризонтной радиолокации, позво-
ляющие как обнаруживать объекты наблюдения, так и
оценивать траектории их движения [0.65, 6.48].
СПРН СССР (России). КП СПРН СССР был создан
в Подмосковье в 70-х годах. Вначале использовались
данные только радиотехнических узлов надгоризонтных
РЛС СПРН «Днестр М», «Днепр», «Дарьял», располо-
женных в районах Заполярья, Латвии, Казахстана, Сиби-
ри, затем и данные подмосковных РЛС ПРО «Дунай»,
«Дунай ЗУ». Загоризонтные (ЗГ) РЛС типа «Дуга-2»,
предназначавшиеся для СПРН и удовлетворительно ра-
ботавшие на средних широтах, в систему не вводились
из-за специфики полярной ионосферы на ракетоопас-
ных для СССР направлениях.
Космическая же группировка СПРН, созданная на
высотах 35...40 тыс. км с промежуточным КП управле-
ния, поставлена на боевое дежурство в 1978 г. в сокра-
щенном и в 1982 г. - в полном составе. Роль космической
группировки нарастала по мере повышения достоверно-
сти выдаваемых ею данных и, особенно, после распада
СССР, потери в связи с этим Россией ряда узлов СПРН,
после демонтажа мощной красноярской РЛС «Дарьял-4»,
размещенной в нарушение Договора о ПРО.
Проводится также работа по созданию и размещению
станций предупреждения о ракетном нападении метрово-
го диапазона «Воронеж ДМ» (см. разд. 2.2.15), воспол-
няющих сплошное радиолокационное поле, в первую
очередь, в северо-западном направлении [5. 128].
СПРН США. Информация предупреждения посту-
пает на КП СПРН - Norad (North American Aerospace
Defense), расположенный в горном районе Колорадо-
Спрингс штата Колорадо, и на КП ПРО, расположен-
ный на авиабазе Гранд Форкс штата Северная Дакота.
Космическая информация на КП Norad поступает от
группировки DSP (Defense Support Program) через рас-
положенные в Австралии радиоприемные станции и ра-
диорелейные линии. Группировка DSP включала пять
действующих спутников на геостационарной экватори-
альной орбите. Каждый спутник просматривает почти
половину Земного шара, обеспечивая линейную разре-
шающую способность до 3 км [6.48].
С 2002 г. в интересах ПРО ТВД и национальной ПРО
США 3-Plus-3 предполагалось развертывание еще четырех
спутников Sbirs (Space-Based Infrared System) High на гео-
стационарных орбитах с использованием не только корот-
коволновой, но и средневолновой части инфракрасного
диапазона, а также двух спутников Sbirs Low на верхних
околоземных полярных орбитах с использованием корот-
коволновой, средневолновой и длинноволновой части ин-
фракрасного диапазона. С 2004 г. предполагалось развер-
тывание на нижних околоземных орбитах еще 24 спутни-
ков Sbirs Low, способных решать задачи не только СПРН,
но и ПРО (название Sbirs Low заменило более старое
Brilliant Eyes и вновь заменяется еще более новым SMTS -
Space Missile and Tracking System) [6.48].
Радиолокационная информация СПРН США посту-
пает от надгоризонтных РЛС, построенных по про-
граммам BMEWS (Ballistic Missile Early Warning
System) и PAVE PAWS (Phased-Array Warning System).
По программе BMEWS развернуты три радиотехниче-
ских узла раннего предупреждения на Аляске, в Грен-
ландии и Англии, ЗГ РЛС в систему СПРН включены не
были. По программе PAVE PAWS в штатах Массачу-
сетс и Калифорния установлены мощные прибрежные
радиотехнические узлы обнаружения запусков ракет с
подводных лодок. Командному пункту Гранд Форкс
придана стрельбовая дециметровая радиолокационная
система PARCS (Perimeter Attack Radar Characterization
System), заменяемая по программам 3-Plus-3 трехсанти-
метровой. Обсуждалась ее замена РЛС с антенной ре-
шеткой, полосой частот 1 ГГц и разрешением по даль-
ности 15 см ($ 9-10 млрд). Альтернативой была более
простая РЛС с зеркальной антенной ($ 6 млрд.) [6.48].
5.4.5. АСУ противоракетной
обороны (ПРО)
Различаются назначением, выбором информацион-
ных подсистем, выбором степени эшелонирования обо-
68
роны, выбором типов и способов доставки средств по-
ражения. Согласно Договору 1972 г., основывались до
последнего времени на средствах наземного базирова-
ния. В США с 2004 г. начинают вводиться средства
морского базирования. Проводятся эксперименты по
средствам космического поражения [0.64, 0.65, 6.48].
Система ПРО СССР. Защищала столицу СССР,
Москву, от ограниченного налета баллистических ракет
(БР) в условиях применения перспективных средств
преодоления ПРО. Используется Россией в тех же це-
лях. Первый вариант системы (А-35М) поставлен на
дежурство по обороне Москвы в 1978 г. Вариант систе-
мы предусматривал использование двух мощных сек-
торных РЛС обнаружения дециметрового диапазона
«Дунай-ЗУ» и многофункциональной РЛС «Дон-2Н»
сантиметрового диапазона в качестве стрельбовой РЛС,
рассчитанной на обнаружение, сопровождение, селек-
цию целей и наведение противоракет (см. разд. 2.2.15).
Противоракеты ПР размещены в шахтных установках
позиций наведения. Как РЛС, так и позиции наведения
управляются с командно-вычислительного пункта КВП.
Система передачи данных СПД связывает все наземные
средства. Поражение целей - двухэшелонное с использова-
нием ПР двух видов - дальнего действия (для перехвата
целей в верхних слоя атмосферы и космосе) и среднего
радиуса действия (для перехвата скоростных целей в ши-
роком диапазоне высот, но на меньших дальностях).
В процессе оснащения ПР разрабатывались ядерные
ЯС и неядерные средства НЯС поражения. Предпочте-
ние отдано пока ЯС, главным образом, вследствие
меньших требований к точностям наведения и подрыва
ПР. Применение ЯС желательно ограничить дальним
эшелоном обороны, однако селекция головных частей
БР на фоне надувных ложных целей и пассивных помех
облегчается после попадания всех их в плотные слои
атмосферы [0.64, 0.65].
Стратегическая система ПРО США. Предназна-
чалась для защиты группировки межконтинентальных
БР США в штате Северная Дакота. Двухэшелонная сис-
тема ПРО «Сейфгард» с КП в Гранд Форкс с ЯС пора-
жения испытывалась в 1976 г. и не была принята вслед-
ствие трудностей преодоления средств противодействия
ПРО, а также определенных преимуществ НЯС пораже-
ния. К этим преимуществам относят сравнительную
простоту, безопасность боевого применения, практиче-
ское отсутствие вредных эффектов, в аварийных ситуа-
циях в том числе. Однако отказ от ЯС требует перехода
к более высокоинформативным системам получения
исходных данных (относительно замены стрельбовой
РЛС на Гран Форкс (см. выше) и к еще более высоко-
точному оружию. Развитие стратегической обороны
позиций БР в штате Северная Дакота тесно увязывается
поэтому с разработкой систем ПРО ТВД и 3-Plus-3
США, особенно с разработкой средств ПРО воздушно-
космического базирования (разд. 6.8.2) [6.48].
Планирование тактических систем ПРО США.
Обосновывается необходимостью защиты войск США и
населенных пунктов союзных США государств от атак
БР со стороны некоторых развивающихся государств,
подобных атакам Ирака в 1991 г. В известных разработ-
ках от ЯС поражения переходят к высокоточным НЯС.
Предусматривается использование как кинетической
энергии сближающихся тел, так и сфокусированной
электромагнитной энергии лазерного излучения. Кине-
тическое поражение путем разброса осколков заменя-
ется точным наведением кинетических средств прямого
попадания hit-to-kill - удар для поражения.
Принцип поражения hit-to-kill сводится к следую-
щему. Используя внешнее целеуказание, собственные
датчики и собственную систему наведения, противора-
кета-перехватчик выбрасывает с большой скоростью
тяжелый предмет в виде диска или стержня с диамет-
ром порядка нескольких дециметров. Последний вреза-
ется в боеголовку с поперечными размерами порядка
метра, образно, как пуля в пулю. Противоракета приоб-
ретает в данном случае лишнюю ступень, наводимую в
своеобразном сочетании принципов (разд. 5.6) самона-
ведения, автономного наведения и телеуправления
В планах разработки систем ПРО ТВД США преду-
сматривается создание ПРО наземного и морского ба-
зирования с тремя эшелонами поражения, а именно,
ближним эшелоном (нижним ярусом) ПРО, эшелоном
средней дальности (верхним ярусом) ПРО и эшелоном
(ярусом) поражения на этапе разгона ракеты рабо-
тающими двигателями. Средства прямого попадания
планируется использовать как в ближнем, так и в эше-
лоне ПРО средней дальности. Кратко рассмотрим пла-
нируемые системы наземного базирования [6.48].
Ближний эшелон (нижний ярус) ПРО. Способен
использовать замедляющее действие атмосферы для
выделения боеголовки на фоне надувных ложных целей
и пассивных помех, чему придается большое значение.
Для защиты наземных объектов предназначаются сис-
темы «Патриот» - РАС-2 и РАС-3. Система РАС-2 -
универсального, т.е. и противосамолетного, и противо-
ракетного применения, с осколочной боевой частью.
После полигонных пусков со 100-процентным пораже-
нием целей в 1991 г. система использовалась на Ближ-
нем Востоке против иракских ракет «Аль-Хусейн». Эф-
фективность поражения по данным отчета Армии США
1992 г. составила около 70% в Саудовской Аравии и
40% в Израиле. И радиолокатор, и ракеты РАС-2 после
этого модернизировались. Радиус защищаемой области
10... 15 км. Система РАС-3 (в отличие от РАС-2) - спе-
циализированная система ПРО. Использует метод пря-
мого попадания hit-to-kill. Ожидаемый радиус защи-
щаемой области 40...50 км. Должна была поступить на
вооружение в 1999 г.
Эшелон средней дальности (верхний ярус) ПРО
США. Армейская система США верхнего яруса THAAD
(Theater High Altitude Area Defense) [5.105] планируется
к развертыванию в 2006 г. и должна перехватывать бое-
головки на высотах в сотни километров с использова-
нием средств hit-to-kill. За счет создания резерва време-
ни на посылку противоракет-перехватчиков ПР, пред-
полагают увеличить радиус защищаемой области до не-
скольких сотен километров. ПР Thaad оснащена собст-
венной инфракрасной системой наведения. Окно на-
блюдения ПР экранируют до высоты 40 км вследствие
перегрева поверхности ПР при торможении ее в плот-
ных слоях атмосферы. Для распознавания боеголовок
на фоне ложных целей без использования атмосферной
селекции предусматриваются датчики, работающие в
различных областях спектра. В процессе разработки
69
системы THAAD активно обсуждаются возможности
противодействия этой системе. Некоторые сведения об
РЛС системы THAAD приведены в разд. 2.2.15.
Эшелон поражения цели на этапе разгона ракеты
работающими двигателями. Позволяет легко обнару-
живать и сопровождать ракеты по факелам выхлопных
газов до выделения ими боеголовок и ложных целей.
Для поражения используется энергия остросфокусиро-
ванных лазерных лучей, создаваемых самолетом или
космическим аппаратом. Такое поражение демонстри-
ровалось в 1996 г. на ракетах малой дальности «Катю-
ша». Трем фирмам к 2002 г. был заказан самолет ПРО с
бортовым лазером (см. разд. 6.8.2) и с адаптивной опти-
кой (см. разд. 25.10). Предполагалось заказать к 2006 г.
еще шесть таких самолетов. Рассматривалось примене-
ние малых беспилотных нелазерных самолетов на слу-
чай трудностей с реализацией лазерной программы.
5.4.6. АСУ контроля космического
пространства (СККП)
Предназначены для составления и оперативного
уточнения каталогов космических объектов, совер-
шающих орбитальное движение в околоземном про-
странстве. К таким объектам относят непилотируемые и
пилотируемые спутники гражданского и военного на-
значения (разведывательные и СПРН, навигационные,
связи, топогеодезические, геофизические и др.), а также
космический мусор - обломки ракет и спутников, пред-
ставляющие опасность для космических аппаратов. На-
личие каталогов разгружает работу РЛС СПРН и ПРО,
повышает безопасность пилотируемых космических
полетов и может быть использовано в системах проти-
вокосмической обороны.
И в США, и в СССР разрабатывались подобные сис-
темы, соответственно, система SPADATS (Space
Detection and Tracking System) в США и система кон-
троля космического пространства (СККП) в СССР.
Центры контроля таких систем (ЦККП) снабжаются
мощной вычислительной техникой и обеспечиваются
рядом источников оптической и радиолокационной ин-
формации. Наряду с разделением возможно совмеще-
ние систем СККП и СПРН, частичное и полное.
В СССР эти системы не совмещались, но обеспечива-
лось совместное использование ими части радиолокаци-
онных средств. Центр контроля космического простран-
ства был развернут в Подмосковье и принят на вору-
жение в 1972 г. Упомянутая выше (см. разд. 2.2.15)
РЛС «Дон» расширила возможности контроля космиче-
ского пространства.
Для получения информации о спутниках на высотах
20...40 тыс. км в конце 80-х годов развертывалась спе-
циализированные оптико-локационные средства на Се-
верном Кавказе, в Узбекистане и Таджикистане. [0.65].
Работа оптических систем США GEODSS, AEOS,
AMOS, Firepond описывалась в разд. 2.3.
Давно ведутся работы по контролю космического
пространства на РЛК «Алкор-Альтаир» на Маршаль-
ских островах, а также в г. Милстоун. Милстоунская
РЛС «Хейстек» с полосой частот сигнала 1ГГц позволя-
ет получать изображения с разрешением около 25 см в
ходе совместной работы с другими РЛС и лидаром
Firepond (см. разд. 2.3.9). [0.65, 9.51].
5.4.7. АСУ протиеокосмической
обороны (ПКО)
Рассчитаны на поражение космических аппаратов и
дополняют ПРО в части поражения ракетного оружия
космическими средствами. Международная регламен-
тация ПКО пока отсутствует.
Эксперименты по ПКО проводились в СССР и ин-
тенсивно продолжаются в США. Кинетическое пораже-
ние космического аппарата-мишени впервые осуществ-
лено экспериментальным комплексом ПКО СССР в
1970 г. В него входили стартовая площадка с космиче-
ским аппаратом-перехватчиком и ракетой-носителем на
полигоне Байконур, а также РЛС, ЭВМ и командный
пункт в Подмосковье. В 1979 г. комплекс ставился на
боевое дежурство и работал до 1983 г. Решением руко-
водства СССР в 1983 г. эта работа была прекращена в
одностороннем порядке в качестве призыва к свертыва-
нию рейгановской политики «звездных войн».
В США изучались противоспутники-перехватчики:
KE ASAT (Kinetic Energy Anty-Satellite) на основе кине-
тического и Star Lite (см. разд. 6.8.2) на основе лазер-
ного поражения. Наряду с информационными спутни-
ками СПРН к средствам ПКО США примыкают упомя-
нутые в разд. 2 спутники ПРО Sbirs Low. Проводятся
многолетние эксперименты, расширяющие возможно-
сти получения информации с космических аппаратов
(программа MSX - Meadcourse Space Experiment).
Спутник MSX был создан для функционирования
на полярной орбите высотой 900 км. Его основной те-
лескоп охватывал пять диапазонов длин волн видимого
и инфракрасного излучений, начиная с X = 0,422 мкм,
другие приемные элементы охватывали, главным обра-
зом, ультрафиолетовое и видимое излучение в диапа-
зонах X. = ПО...900 нм. Изучалась поверхность Земли
как фон наблюдения космических объектов [0.65, 6.48].
5.5. АСУ управления космическими
комплексами
Космические комплексы различного вида решают за-
дачи связи, телевизионного и радиовещания (см. разд.
4.7.4); навигации (см. разд. 3.2.2 и 9.4); метеорологии;
исследования природных ресурсов Земли; исследования
ближнего и дальнего космоса; реализации производст-
венных процессов; жизнеобеспечения людей в условиях
космического полета и невесомости. Комплекс вклю-чает
один или несколько космических аппаратов (КА, ИСЗ) с
подобранными параметрами орбит и ориентациями (см.
разд. 1.3). На различных этапах полета КА взаимодейст-
вуют с космодромом и его радиоэлектронным комплек-
сом, с командно-измерительным комплексом управления
полетом, с комплексами потребителей информации и,
при необходимости, с комплексом посадки.
Космодром. Обеспечивает проверку работоспособ-
ности и запуск КА с использованием технического и
стартового комплексов. Расположенный в районе ак-
тивного участка полета радиоэлектронный комплекс
контролирует точный вывод аппаратов на орбиту, ис-
пользуя для этого подсистемы траекторных измерений,
радиотелеметрии, единого времени (см. разд.9).
Командно-измерительный комплекс управления
полетом. Выполняет свои функции во взаимодействии с
комплексами потребителей информации, космодрома и,
70
возможно, района посадки. Управление сводится к под-
держанию орбитальной структуры, контроля работы
аппаратуры и хода выполнения ею целевых задач (см.
разд. 9). Глобальность и практическая непрерывность
информационного взаимодействия обеспечивается:
многопозиционной структурой командно-измеритель-
ного комплекса; оснащением всех его позиций радио-
электронными измерительными средствами и средства-
ми передачи информации; включением в его состав ко-
рабельных позиций (бывшего СССР, США). С помо-
щью командно-измерительного комплекса управления
полетом корректируется движение космических аппара-
тов, обеспечиваются бортовое эталонирование времени,
обмен целевой информацией, передача сигналов борто-
вой телеметрии и прием командной информации. При
полетах людей (космонавтов) контролируются системы
жизнеобеспечения, реализуются радиотелефонная и те-
левизионная связь [0.31, 5.14].
5.6. Наведение движущихся объектов
как разновидность управления
Наведение объекта - это разновидность управления
его движением, обеспечивающая встречу с целью и ре-
шение гражданских или военных задач, включая унич-
тожение. В наиболее общем случае предусматривает
корректировку и параметров пространственной ори-
ентации, их производных, и координат центра масс на-
водимого объекта, их производных, упрощая задачу в
частных случаях.
5.6.1. Наводимые объекты
К ним можно отнести: самолеты; искусственные
спутники Земли; космические аппараты многоразового
использования (КАМИ); ракеты; торпеды; воздушные,
морские и наземные мишени.
Ракеты как наводимые объекты. К классу ракет
относят беспилотные летательные аппараты, движу-
щиеся за счет реактивных сил тяги, создаваемых в про-
цессе выбрасывания рабочего вещества их двигателями.
Выбрасывание ведет к изменению массы и моментов
инерции ракеты в процессе работы двигателей. Управ-
ление движением центра масс и ориентацией ракеты,
аэродинамическое в воздушном пространстве (плоско-
крылые и крестокрылые ракеты) и реактивное в безвоз-
душном (баллистические ракеты).
Плоскокрылые ракеты. Иначе, крылатые ракеты
или самолеты-снаряды. Показаны на рис. 5.7,а Рассчита-
ны на продолжительный горизонтальный полет. Управ-
ляются за счет воздействия аэродинамических сил, воз-
никающих в процессе перемещения исполнительных
устройств (ИУ) объекта управления (см. рис. 5.1), пово-
рачивающих курсовые рули и рули тангажа (рис. 5.7,а),
обдуваемые воздушным потоком.
В управлении косвенно участвуют крылья, жестко
связанные с осью ракеты и создающие основную подъ-
емную силу. Под воздействием аэродинамических сил,
возникающих в процессе управления, изменяется ори-
ентация ракеты в горизонтальной и вертикальной плос-
костях. Управление креном, т.е. поворотом ракеты во-
круг продольной оси, обеспечивается с помощью элеро-
нов (рис. 5.7,а), совместно отклоняемых вокруг своих
осей по или против часовой стрелки. Работа органов
управления дополнительно поясняется в разд. 23.8.
Крестокрылые ракеты. Имеют развитое оперение
в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Исполь-
зуются как высокоманевренные перехватчики в систе-
мах «поверхность-воздух» и «воздух-воздух». Наряду с
«плюсобразной» ориентацией оперения (рис. 5.7,6) воз-
можна повернутая на 45° вокруг продольной оси «ик-
собразная» его ориентация.
Рули тангажа
Рис. 5.7
Показанное на рис. 5.7,6 элеронное управление по-
воротом ракеты вокруг продольной оси также не явля-
ется единственно возможным. Оно может быть замене-
но элевонным. Элевоны - это рули, способные переме-
щаться не только вокруг поперечных осей (вертикаль-
ной, горизонтальной), но и вокруг продольной оси.
Баллистические ракеты. Для использования в без-
воздушной среде требуют реактивного управления. Оно
обеспечивается (рис. 5.8) за счет создания моментов ре-
активных сил, разворачивающих ракеты в нужных на-
правлениях и, в частности, путем установки:
• системы дополнительных малоразмерных реактив-
ных двигателей управления (рис. 5.8,а);
• жаропрочных газовых рулей основных реактивных
двигателей (рис. 5.8,6).
5.6.2. Разновидности наведения
по структуре информационного
обеспечения
К таким разновидностям относят автономное управ-
ление, телеуправление и самонаведение.
5.6.3. Автономное управление
Осуществляется без получения в процессе движения
наводимого объекта какой-либо дополнительной ин-
формации от цели или с пункта управления. Информа-
ция, заложенная до старта объекта, используется при
автоматическом управлении по заданной программе.
Исключается воздействие внешних помех, хотя и наве-
дение на маневрирующие цели также исключается. Ин-
формация об отклонениях от заданного закона движе-
ния поступает от бортовых инерциальных датчиков -
гироскопов и акселерометров (см. разд. 3.3 и 23.9). Мо-
гут использоваться данные корреляционно-экстремаль-
ных систем (астроинерциальнх, высотомерных и т.д., см.
разд. 3.2.4). Автономное управление имеет важное зна-
чение при выводе на пассивную часть траектории ИСЗ,
71
боевых блоков и боеголовок баллистических ракет, а
также при выстреливании зенитных управляемых ракет.
Вывод на пассивную часть траектории. Пассив-
ной называют неуправляемую (при выключенном дви-
гателе) часть траектории наводимого объекта. До пуска
учитывают вращение Земли за время полета (линейная
скорость вращения пусковой установки вместе с поверх-
ностью Земли с запада на восток составляет 1465 м/с на
экваторе и нуль на полюсе), несферичность Земли и
гравитационные аномалии (разд. 22.6.7).
Первый, стартовый участок активной части траекто-
рии обычно вертикальный и рассчитан на придание на-
водимому объекту необходимой скорости движения,
причем в условиях пониженных требований к прочно-
сти пусковой установки. В многоступенчатых ракетах
скорость дополнительно возрастает по мере срабатыва-
ния ступеней. Для ИСЗ и КАМИ скорости придают зна-
чение, промежуточное между первой и второй космиче-
ской. Для аппаратов, покидающих околоземное про-
странство (солнечную систему), она должна превышать
вторую (третью) космическую, а для боеголовок - быть
менее первой космической. Приведенные к идеализиро-
ванной шарообразной поверхности Земли с радиусом
6371 км космические скорости, вычисленные без учета
влияния атмосферы, составляют: первая - 7,9 км/с,
вторая -11,18 км/с, третья - 16,6 км/с [0.32].
Участок выведения - второй участок активной части
траектории - обеспечивает постепенное снижение угла
между осью ракеты и горизонтальной плоскостью в
месте запуска (угла тангажа) до установленного значе-
ния. При этом используется измерительная информа-
ция, поступающая от гироскопов (см. разд. 3.3 и 23.9).
На третьем участке траектории объект управления вы-
водится в примерно заданную точку пространства с при-
мерно заданным вектором скорости. Для этого постепенно
уточняются его абсолютное значение и ориентация, вы-
даются команды снижения тяги и выключения реактивных
двигателей или же только последняя из этих команд.
Точность наведения повышается при отсутствии
полной автономности. Используя эффект Доплера для
точного измерения скорости, переходят к радио- или
оптико-инерциальному наведению.
5.6.4. Телеуправление (командное наведение)
Предполагает передачу команд управления на наво-
димый объект. Обеспечивает наведение объекта на ма-
неврирующую цель при простоте его аппаратуры. Раз-
личают телеуправление первого и второго рода. Наво-
димый объект в первом случае не используется для по-
лучения информации о цели, а во втором используется.
Телеуправление первого рода. Рассчитано на на-
личие: пункта управления ПУ; наводимого объекта Н
(воздушного, наземного, надводного, подводного); цели
Ц (воздушной, наземной и т.д.). Рис. 5.9 соответствует
наземному ПУ, воздушной цели Ц (самолету) и наводи-
мому объекту Н в виде ракеты. Информация о цели Ц
поступает на ПУ от локационного канала с пассивным
ответом, информация о ракете - от канала активной ло-
кации с активным ответом.
На рис. 5.9 оба канала радиолокационные, в составе
радиолокационного средства. Наряду с радиотехниче-
ской может использоваться оптическая и акустическая
информация. Активный ответ обеспечивается установ-
кой на ракете ответчика и повышает надежность полу-
72
чаемой о ней координатной информации. На основе
данных о цели и ракете в ПУ вырабатываются команды
управления при участии оператора или автоматически.
Через шифратор (кодер) и передатчик команд команд-
ной линии связи выработанные команды в виде сигналов
передаются на ракету. Сигналы принимаются разме-
щенным на ракете приемником командной линии связи,
декодируются дешифратором (декодером) и воздейст-
вуют на органы управления ракеты (разд. 5.6.1).
I
к
м
к
к
ё
3
Точка встречи
• Элементы
: сбора
информации:
: о цели и :
: информ аци- =
онной *
:линт« связи:
Ответчик
РЛ канал с
пассивным
ответом
РЛ канале
активным
ответом
Органы
управления
Приемник
S
1
-----1----- Элементы
Передатчик информацион-
команд
связи
команд
шифратор >°Пэвм,И^
ПУ
РЛ средство
Рис. 5.9
Достоинством телеуправления первого рода являет-
ся упрощение аппаратуры наводимых объектов. Даль-
нейшее совмещение аппаратуры локации цели и наво-
димого объекта в комбинации с аппаратурой ПУ, шиф-
ратором и передатчиком команд дополнительно упро-
щает систему наведения.
Теленаведение - наиболее упрощенная разновидность
телеуправления первого рода, в которой передатчик ко-
манд полностью сливается с локатором. Рассчитана на
простейшие недорогие ракеты ближнего действия. В ПУ
остается только общий приемопередатчик, на ракете -
только приемник. Неравенство амплитуд принимаемых
на ракете сигналов, передаваемых с ПУ по пересекаю-
щимся характеристикам направленности, свидетельству-
ет о факте отклонения от равносигнальной зоны.
Телеуправление второго рода. Отличается исполь-
зованием аппаратуры наводимого объекта (см. выде-
ленные пунктиром элементы рис. 5.9) для получения в
ПУ информации о цели. Получая телевизионную ин-
формацию о цели, оператор выполняет такие же дейст-
вия, как и в случае ее визуального наблюдения.
Ретрансляция вторичного излучения цели повышает
дальность наведения. Ретрансляция собственного излу-
чения цели обеспечивает ее корреляционно-базовую
пассивную локацию (разд. см. 21.7.4).
5.6.5. Самонаведение
Предусматривает выработку команд управления на
наводимом объекте (ракете) с использованием лока-
ционной информации. В зависимости от физической
природы используемых волн различают радиотехни-
ческие, оптические и акустические методы самонаве-
дения. Необходимым элементом аппаратуры наводи-
мого объекта является локационная головка самонаве-
дения, включающая простейшие локатор (координа-
тор, визир) и вычислительно-логические элементы
контура управления. В зависимости от расположения
источника энергии, используемого для получения ло-
кационной информации, различают активное, полуак-
тивно е и пассивное самонаведение.
Активное самонаведение. Источник первичной
энергии расположен на наводимом объекте (ракете).
Координатор головки самонаведения представляет со-
бой активный совмещенный локатор с пассивным отве-
том (рис. 5.10,а), содержащий как приемную, так и пе-
редающую, усложняющую этот локатор аппаратуру.
Полуактивное самонаведение. «Подсвет» (первич-
ное облучение) цели обеспечивается передающей ча-
стью, расположенной в ПУ (рис. 5.10,6) или вблизи от
него. Аппаратура ракеты упрощается, особенно в расче-
те на случай, когда ракета находится вблизи от цели,
хотя и вдали от пункта управления.
Пассивное самонаведение. Реализуется приемной
аппаратурой самонаведения, установленной на наводи-
мом объекте - ракете (рис. 5.10,в). Природа собственно-
го излучения цели (радиопомеховая, радиосигнальная,
гидроакустическая, инфракрасная (тепловая), оптиче-
ская (неинфракрасная) влияет на облик аппаратуры.
Часто используется радио- и инфракрасная аппаратура.
5.6.6. Разновидности наведения
по его кинематике
Методы и траектории наведения согласуют движе-
ние наводимого объекта с движением цели, обеспечивая
точное попадание в нее этого объекта. Кинематические
траектории строят без учета инерционности наводимо-
го объекта, чтобы грубо оценить параметры управления
и уточнить их затем путем расчета и моделирования.
Методы наведения разделяют на двухточечные и
трехточечные. Управляющие воздействия определяются
взаимным расположением эффективных центров объек-
та наведения (цели) и наводимого объекта, в первом
случае. Во втором, они дополнительно зависят от по-
ложения эффективного центра пункта управления.
5.6.7. Двухточечные методы наведения
Две точки Н и Ц соединены на рис. 5.11,а прямой
Гцн (/), называемой линией визирования, которая за время
ДГ поворачивается на угол ДРЦН с угловой скоростью
dfyufl/dt. Наводимый объект не должен пройти мимо це-
ли. Вектор его скорости vH = vH(0 должен поворачи-
ваться для этого вслед за целью, проходя за время Д/
угол дрн ДРцн. Пояснения переносятся на случай двух
угловых координат Р, е.
Метод пропорционального сближения. Нашел
наибольшее применение. Состоит в поддержании про-
порциональной зависимости угловых скоростей пово-
рота вектора vH и линии визирования
d^ldt = kd^ldt, k>\. (5.1)
Изменение абсолютного значения скорости |vH| при
этом не предполагается. Разновидности методов про-
порционального сближения соответствуют выбору в
(5.1) различных значений к и детализируются ниже.
При любом к кинематическую траекторию сближения
легко построить графически. Задаваясь начальными по-
ложениями и векторами скоростей сближаемых объек-
тов, для малого интервала Af находят изменение угло-
вого положения ДРцн линии визирования в отсутствие
управления. По нему подсчитывают требуемый поворот
вектора скорости наводимого объекта в процессе
управления дрн = £ДРцн- Тем самым находят новые по-
ложения и векторы скорости сближаемых объектов.
Методы пропорционального сближения не являются
единственными представителями двухточечных мето-
дов. В задачах «мягкой» посадки используют методы
логарифмического сближения, когда скорость сближе-
ния снижается постепенно до нуля.
Метод погони. Соответствует заданию в (5.1) коэф-
фициента пропорциональности к = 1. При этом рн =
= Рцн + Ро, где Ро - угол упреждения. При нулевом зна-
чении этого угла вектор скорости vH наводимого объек-
та все время направлен на цель. Говорят о методе пого-
ни за целью без упреждения.
На рис. 5.11,6 наводимый объект действительно до-
гоняет цель. Однако ограниченная кривизна траектории
реализуется только при очень больших превышениях
его скорости по отношению к скорости цели. Практиче-
ски то же самое наблюдается при ненулевом, но малом
угле упреждения. При больших же углах упреждения,
но непредусмотренном уменьшении скорости цели воз-
можен пролет ракеты перед целью.
Метод параллельного сближения. Соответствует
заданию в (5.1) коэффициента пропорциональности
к -> оо, т.е. сведению к нулю угловой скорости поворота
линии визирования d^^ldt, а значит к постоянству угла
Рцн- При равномерном движении цели и принятой бе-
зынерционности управления траектория наводимого
объекта (ракеты) спрямляется. Линия визирования пе-
ремещается параллельно своему начальному положе-
нию (рис. 5.11 ,в).
Варианты пропорционального сближения. Учи-
тывают возможные изменения скорости, маневр цели,
инерционность управления наводимыми объектами. С
учетом всего этого применительно к системам самона-
ведения и телеуправления ЗУР рекомендуют [5.6] зна-
73
чения к = 4...6 (см. также пример синтеза контура само-
наведения в разд. 23.10).
5.6.8. Трехточечные методы наведения
Чтобы упредить маневр цели и ограничить нормаль-
ные ускорения наводимого объекта, можно согласовать
его угловую координату рн с угловой координатой цели
Рц относительно пункта управления выражением
Рн = Рц + п) Рупр? (5.2)
где m - коэффициент спрямления траектории, Рупр - уг-
ловое упреждение при ее полном спрямлении.
Метод накрытия цели (метод трех точек). Соот-
ветствует заданию в (5.2) коэффициента спрямления
траектории m = 0. При этом упреждение отсутствует и
наведение сводится к удержанию наводимого объекта Н
на прямой «пункт управления - цель».
На рис. 5.12,а,б приводится графическое построение
кинематических траекторий наведения при заданном
соотношении скоростей наводимого объекта и цели.
Пункт управления ПУ неподвижен в первом случае и
перемещается во втором. Характер траектории для ме-
тода накрытия промежуточный между траекториями
погони и метода пропорционального сближения.
а)
ПУ
7 2 1
¥Ц
Рис. 5.12
Из-за отсутствия упреждения нормальные ускорения
наводимого объекта возрастают по мере приближения
его к цели и существенно зависят от маневра последней.
Зато наведение может осуществляться в отсутствие
точных данных о дальности цели, например, при одно-
позиционном наведении на источник активных помех.
Наличие ответчика на наводимом объекте позволяет не-
сколько улучшить наведение [0.38].
Метод половинного спрямления. Соответствует
заданию коэффициента спрямления траектории m = 1/2
при упреждении в (5.2)
о Рц(гц”’гн)
Рупр« -т-у— , (5.3)
*ц
где гц, гн - дальность цели и наводимого объекта, гц и
гн - их производные по времени. Учет производных
исключает зависимость нормальных ускорений наводи-
мого объекта от радиальной скорости цели и чувстви-
тельность к ее маневру. Метод половинного спрямления
часто применяется, когда измерители дальностей и ско-
ростей не подавлены помехами.
5.6.9. Комбинированное наведение
Реализовано в большинстве практически используе-
мых систем наведения. Предусматривает последователь-
ную, параллельную или последовательно-параллельную
комбинацию указанных методов [5.121].
Так, в системах телеуправления «поверхность-воздух»
грубая ориентация пусковых установок по азимуту и
углу места означает уже проведение автономного
управления, предшествующего телеуправлению.
После выстреливания наводимого объекта на началь-
ном этапе предпочтение отдают телеуправлению перво-
го рода, поскольку точность измерения координат по-
следним выше точности бортового координатора.
В конце наведения используют бинарное управление
(комбинацию телеуправлений первого и второго рода),
или телеуправление второго рода, или самонаведение.
При самонаведении используют лишь двухточечные
методы наведения.
При телеуправлении используют как трехточечные,
так и двухточечные методы наведения.
При бинарном наведении с самонаведением на по-
следнем этапе также используют лишь двухточечный
метод [5.122], поскольку смена варианта наведения при-
водит к «изломам» кинематических траекторий с дли-
тельными процессами их отработки.
5.6.10. Решение целевых задач наведения
К этим задачам относят:
• подрыв боевых частей ракет, торпед и т.д.;
• самоликвидацию не подорванных зарядов;
• посадку управляемых аппаратов на поверхность;
• стыковку космических аппаратов.
Для решения этих задач привлекают:
> радиовзрыватели для подрыва или самоликвида-
ции зарядов;
> посадочные радио- и лазерные высотомеры;
> стыковочные и посадочные измерители скорости
сближения [6.48].
Радиовзрыватели. Принадлежат к числу некон-
тактных взрывателей, срабатывая без соприкосновения
с целью. Срабатывание их, в отличие же от дистанци-
онных, осуществляется независимо от времени, про-
шедшего после выстрела, на расстояниях от цели, близ-
ких к наивыгоднейшим. Они представляют собой ми-
ниатюрные активные радиолокаторы с предельно малой
дальностью действия.
Используя эффект направленного разлета осколков,
момент подрыва устанавливают ранее момента дости-
жения минимума расстояния ракета-цель. В качестве
критериев срабатывания используют эффекты сниже-
ния доплеровской частоты отраженного сигнала и воз-
растания его амплитуды по мере приближения к цели.
В системах телеуправления этому может предшест-
вовать команда взведения радиовзрывателя. Радиовзры-
ватели срабатывают также под воздействием команды
самоликвидации, если наведение не состоялось.
«Эквивалентный радиус» поражения цели за счет
фугасного воздействия и осколков (20.. .50 осколков на м2)
не превышает 10... 15 м [5.121]. Цель поражают «крае-
вые» осколки (плотность 2...5 на 1 м2), случайно воз-
действующие на ее уязвимые отсеки (двигательную ус-
тановку, топливные баки, подвесное вооружение).
5.6.11. Возможности повышения
точности наведения
Целесообразность разработки методов точного наве-
дения обусловлена ограниченными возможностями по-
ражения при неточном наведении, даже для описанного
использования эффекта направленного разлета оскол-
74
ков. Широкие возможности повышения точности наве-
дения открываются при использовании:
• антенных решеток (разд. 7.3), позволяющих учи-
тывать маневр цели в процессе наведения;
• широкополосных сигналов (разд. 18, 19, 21, 24) и
синтеза апертур, позволяющих получать сведения о ко-
ординатах и производных координат центра масс, ори-
ентации и о структуре цели;
• методов наведения на маневрирующие цели, ос-
нованных на новых вариантах следящего измерения с
учетом маневра (разд. 22.7, 22.8).
Все это повышает вероятность поражения цели од-
ной ракетой или боеголовкой, уменьшает габариты и
вес боевой части ракеты (боеголовки) [5.127].
5.7. Робототехника и искусственный интеллект
Это новые области техники управления, расширяю-
щие физические и умственные возможности людей.
Термины «робот», «робототехника». Получили
широкое применение, хотя точное их содержание не ус-
тановилось. Термин «робот» введен как синтез идей
технического прогресса и легенд о механических чело-
вечках (пьеса К. Чапека, 1920 г.). Достижения электро-
ники, потребность в приспособленных к экстремальным
условиям и трудосберегающих технологиях стимулиро-
вали развитие робототехники.
К роботам относят объекты автоматического и ав-
томатизированного управления по схеме рис. 5.1,
имеющие рабочие органы со многими степенями свобо-
ды, функционирующие подобно конечностям людей.
Из-за отсутствия такого подобия близкие к роботам
станки с числовым программным управлением в класс
роботов пока не включают. Манипуляторы же, педипу-
ляторы и промышленные автоматические транспортные
тележки считают разновидностями роботов.
Копирующие манипуляторы и педипуляторы.
Это используемые обычно в экстремальных условиях
механические руки и ноги, способные воспроизводить
действия рук и ног человека-оператора. Вместе с ним
они являются элементами своеобразной АСУ. Не под-
вергаемый экстремальным воздействиям оператор сле-
дит за объектом управления, например, на телевизион-
ном экране. Его действия копируются манипулятором
(педипулятором). В целях обратной связи на руки (но-
ги) и, в том числе, на пальцы оператора воздействуют
(возможно в некотором масштабе) механические уси-
лия, воспринимаемые датчиками механических рук
(ног), пальцев. Принципы манипуляции и педипуляции
переносятся на технику протезирования.
Промышленные роботы. Выполняют в основном
простейшие, но важные технологические операции’, а)
переноску, перевозку, сварку деталей; б) окраску дета-
лей и изделий; в) более сложные сборочные операции.
Роботы-переносчики, захватывающие объекты подобно
манипуляторам, и автоматические транспортные тележки
способны перемещать при этом детали на сравнительно
большие расстояния. Как и станки с числовым программ-
ным управлением, они работают по жесткой программе.
Программирование работы роботов-переносчиков и дру-
гих близких к ним роботов может проводиться автомати-
чески. Для этого оператор переходит на ручное («показа-
тельное») выполнение рабочего процесса, занося таким
способом необходимую информацию в память робота.
Тем самым облегчается перепрограммирование, возраста-
ет гибкость технологического процесса.
Мобильные роботы и, в частности, автоматические
транспортные тележки требуют навигационного обес-
печения для корректировки направления движения и
предотвращения столкновений. В качестве навигацион-
ных используют средства'.
• оптико-локационные (технического зрения);
• акусто -локационные;
• приема и выполнения голосовых команд;
• провода, проложенные под трассой движения, как
источники магнитного поля.
Искусственный интеллект в робототехнике. Яв-
ляется важным направлением развития робототехники,
всей теории и техники автоматического управления.
Понятие искусственного интеллекта ИИ окончательно
еще не сформировалось. Возможность голосового об-
щения с роботом, перенимание им технологических
приемов человека иногда считается признаком ИИ.
В последнее время понятие ИИ робота предусматрива-
ет, наряду с этим, придание ему способности самостоя-
тельно приобретать знания и опыт, подобно человеку.
Ниже приводится попытка [5.22] элементарного
разъяснения «приобретения знаний» на примере двух
простейших роботов - автоматических тележек, «неин-
теллектуальной» и «интеллектуальной».
«Неинтеллектуальная» тележка следует методу де-
дукции формальной логики (от общего к частному):
• препятствие мешает движению (большая посылка);
• стена («нечто») есть препятствие (малая посылка);
• стена («нечто») мешает движению (заключение).
Она останавливается перед предусмотренным заранее
препятствием или же огибает его, не «не набив синя-
ков», но и не приобретя опыта.
Обученная не наезжать на станок и стену «интеллек-
туальная» тележка может врезаться несколько раз в не-
предусмотренное «нечто» (кучу отходов). Каждый такой
случай фиксируется в ее памяти. Из заключения «нечто
мешает движению» и большой посылки «препятствие
мешает движению» формируется так называемая абдук-
ция: «нечто есть препятствие». Иначе, тележка дообуча-
ется на основе приобретаемого опыта, реагируя после
этого на «нечто» как на препятствие.
О нейросетях см. разд. 24.13, а применительно имен-
но к роботам см. [6.87].
Искусственный интеллект вычислительно-
логических систем. По одному из определений, сво-
дится к приданию ВЛС способности заменять (облег-
чать) труд пользователей, выражаясь в автоматизации:
• переводов с одного естественного языка на другой:
• редактирования текстов;
• проектирования устройств и их элементов;
• обучения людей;
• исследований теоретических проблем (до доказа-
тельств теорем, включительно).
Конечно, степень «интеллектуализации» в перечис-
ленных случаях неодинакова. К задачам ИИ относят
классификацию локационных изображений (см. разд.
23.11, 24.10), особенно изображений наземных целей на
местности. При исследованиях ИИ большое внимание
уделяют экспертным системам [0.46, 0.54, 6.62].
Экспертные системы (ЭС). Это класс систем ИИ,
обеспечивающих эвристическое решение задач, не
75
имеющих четких исходных данных и формульных ре-
шений (т.е. неформализованных задач). Областями при-
менения ЭС являются: государственное управление; во-
енное искусство; финансы; управление промышленным
или сельскохозяйственным производством; медицин-
ская и техническая диагностика. Этапами разработки
ЭС обычно считают: дискуссии программистов и спе-
циалистов-экспертов; программирование прототипа ЭС;
испытания и модернизацию ЭС в различных условиях.
Соответствие рекомендаций ЭС этим условиям без до-
полнительного программирования свидетельствует о
завершении разработки. Специфика различных по на-
значению ЭС не исключает выработки общих подходов
к их проектированию [0.46, 0.54, 6.81].
Искусственный интеллект зданий. Это мера про-
тив их сейсмических деформаций и разрушений. Сво-
дится к автоматическому управлению перемещением
масс, демпфирующих колебания зданий [6.86].
Вычислительный интеллект. Это новое понятие
охватывает наиболее развитые и получающие поэтому
широкое практические применения составные части
ИИ, не связанные с моделированием человеческого соз-
нания в широком смысле слова. Указанным понятием
[6.53, 6.62, 6.70, 6.75, 6.77-6.85, 6.91, 6.92, 6.103, 6.116,
9.53] охватываются нейросети (разд.24.13), генетиче-
ские (эволюционные) алгоритмы (разд. 25.8), нечеткая
логика (разд. 14.2.4) и их комбинации.
5.8. Системы управления гибким
автоматизированным производством
(СУ ГАП)
Рассчитаны на повышение производительности тру-
да в условиях мелкосерийного и серийного производст-
ва, например, радиопромышленности и приборострое-
ния. В задачу СУ ГАП входит выдача готовых изделий
ИЗД на основе технического задания ТЗ и адаптирую-
щегося к нему материально-технического обеспечения
МТО (рис. 5.13). Требования ТЗ отрабатываются АС
научных исследований АСНИ и уточняются системой
автоматизированного проектирования САПР.
Рис. 5.13
Автоматизированная система технологической под-
готовки производства АСТПП обеспечивает подготовку
технологического оборудования, оснастки, выбор ре-
жимов обработки, разработку технологического про-
цесса в целом. В процессе производства ПР предусмат-
ривается использование станков с числовым программ-
ным управлением, поточных линий, роботов. АС испы-
таний АСИ обеспечивает требуемый объем испытаний
изделий. Взаимосвязи обеспечиваются через общий
банк данных БД и вычислительно-логическую систему
ВЛС ГАП. Схема на рис. 5.13 относится к производству
простых элементов РЭС. Особенности жизненного цик-
ла больших систем обсуждаются в разд. 12 [5.19].
76
5.9. Кредитно-финансовые системы
Кредитно-финансовые (банковские, биржевые и т.п.)
системы существенно влияют на хозяйственную дея-
тельность стран и регионов, законодательства которых
рассчитаны на рыночные отношения. Банки привлекают
и распределяют свободные денежные средства в соот-
ветствии с договорными сроками на принципах платно-
сти и возвратности. На биржах заключаются сделки по
купле-продаже товаров и ценных бумаг без непосредст-
венного их предъявления. Для оперативного обслужи-
вания всех этих достаточно ответственных и срочных
операций потребовалось создание полуавтоматизиро-
ванных и автоматизированных РЭС управления с боль-
шим числом компьютеров и линий связи, а также слож-
ных методов кодирования информации [5.33, 6.105].
Как разветвление банковских систем, созданы мно-
гочисленные кредитные системы электронных расчетов
с массой мелких потребителей товаров и услуг, сначала
в пределах развитых стран, а постепенно и на всем зем-
ном шаре. С появлением «электронных денег» роль ав-
томатизации денежных расчетов, а значит, и проводя-
щих их электронных систем еще более возросла. Даже
расчеты за пользование телефоном-автоматом часто
осуществляются с помощью электроники.
5.10. Кибернетика
Введенный, по-видимому, Платоном термин «ки-
бернетика» (наука управления), возрожден в середине
двадцатого века Н. Винером для выделения области
знаний, охватывающей технические, биологические и
социальные проблемы управления. Наряду с аналогия-
ми в поведении различных управляемых систем, осно-
вой кибернетики явилось единообразие методов их ма-
тематического описания и моделирования.
На этой основе получили развитие математическая,
техническая, биологическая и социальная кибернетика,
а также военная кибернетика как часть социальной. На-
чиная с работ Н. Винера, вопросы управления увязыва-
ются с вопросами его информационного обеспечения.
Тематика данного Справочника является не только
системотехнической, но и кибернетической, однако с
преимущественным освещением информационных,
особенно локационных вопросов.
5.11. Расположение материала
по РЭС управления в Справочнике.
Ссылки на литературу
Вопросы теории на основе принципа максимума Пон-
трягина и случайных процессов изложены в разд.
23.6-23.10. Общесистемные технические и теоретиче-
ские вопросы (разд. 12, 16-25), в частности теории опти-
мизации (разд. 14, 15) и теории информации (разд. 24.3),
относятся и к управлению. Математические приложения
(разд. 26, 27) помогают лучше охватить теорию.
Дополнительные литературные источники по РЭС уп-
равления можно найти в разделах библиотечных каталогов:
автоматика и кибернетика - УДК 007+681.5, ББК 32.81
(3.81); гражданские морские и авиакосмические системы
управления - УДК 629.1+629.7, ББК 39.4/5 (0.4/5); системы
управления военного назначения - УДК 629.4/7+ 355/359,
ББК 68.5/7+68.9 (Ц.5/7+ Ц.9); вычислительная техника -
УДК 681.3/4, ББК 32.97 (3.97); математические вопросы
управления - УДК517.977+519.8, ББК 22.17/19 (В.17/19).
6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ.
РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ БОРЬБА.
РАЗНОВИДНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЭС
6.1. Общие сведения
Обилие РЭС различного назначения приводит к взаим-
ным помехам, устранение их взаимного влияния рассмат-
ривается как обеспечение электромагнитной совместимо-
сти (ЭМС) этих РЭС. Обилие и эффективность РЭС воен-
ного назначения приводит, в свою очередь, к развитию ме-
тодов и систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ), преду-
сматривающих радиоэлектронное подавление (РЭП) РЭС
противника и радиоэлектронную защиту (РЭЗ) своих РЭС.
Наряду с противоположностью средств подавления
и защиты при этом проявляется их единство. Так, сред-
ства преодоления противовоздушной обороны (ПВО)
рассматриваются как средства РЭЗ прорывающих ее ле-
тательных аппаратов. Решение задач РЭП и, частично,
РЭЗ основывается при этом на возможностях радио-
электронной разведки (РЭР).
Особенности ЭМС и информационных методов РЭП, а
также особенности РЭЗ рассматриваются подробнее в
разд. 6.2- 6.6, 6.8.1 и детализируются в последующих раз-
делах. В частности, в разд. 6.7 приводятся примеры интег-
рированных систем (комплексов) РЭП и РЭР США.
Существенно, что системы РЭП находятся на сты-
ке информационных и энергетических РЭС. К системам
РЭП принадлежат, например, и давно известные РЭС
постановки активных маскирующих помех (разд. 6.4) и
более новые РЭС радиоэлектронного поражения чувст-
вительных к электромагнитным полям функциональных
элементов РЭС противника (см. разд. 6.8.1) [6.15, 6.16,
6.22]. РЭС постановки активных маскирующих помех,
будучи средствами разрушения информации, могут
быть отнесены и к информационным, и к энергетиче-
ским РЭС. РЭС поражения радиоэлектронных элемен-
тов, в свою очередь, - это уже чисто энергетические
РЭС (ЭРЭС). Энергетический фактор используется в
технике РЭП в сочетании со все большим вниманием к
информационному фактору - созданию активных и пас-
сивных имитирующих помех.
В продолжение тематики ЭРЭС РЭП (см. разд. 6.8)
рассматриваются другие энергетические РЭС (ЭРЭС), а
именно, РЭС поражения средств нападения (разд. 6.8.1),
технологического воздействия (разд. 6.9), биомедицин-
ского воздействия (разд. 6.10), а также добывания и
транспортировки энергии (разд. 6.11), привлекающие
пристальное внимание.
6.2. Факторы, определяющие возникновение
взаимных помех РЭС
На возникновение и характер взаимных помех ока-
зывают влияние следующие факторы:
> высокие плотности территориального размещения
РЭС и заполнения диапазона частот их излучениями;
> техническое несовершенство аппаратуры РЭС.
Особенно существенны эти факторы для радиотех-
нических систем (РТС).
6.2.1. Плотности территориального
размещения РТС и заполнения
диапазона частот их излучениями
По данным [6.6] число РТС достигает: в районах
крупных административных центров - 5104; на авиа-
носцах - 500; на кораблях - 40; на самолетах - 25. Осо-
бенно высокие плотности создаются в период учений
нескольких видов вооруженных сил, а тем более в кон-
фликтных ситуациях. Число используемых РЭС про-
должает возрастать без заметного расширения освоен-
ных участков радио диапазона (см. табл. 1.1), что связа-
но со спецификой распространения волн, особенностя-
ми РТС различного назначения, ходом освоения эле-
ментной базы. Свободных радиочастот не хватает. Даже
недостаточно разнесенным РТС назначают поэтому
близкие частоты. Техническое несовершенство аппара-
туры РТС усугубляет положение.
6.2.2. Техническое несовершенство
аппаратуры РТС
Выражается в появлении неосновных каналов излу-
чения и неосновных каналов приема (рис. 6.1).
Основной канал излучения
Рис. 6.1
Наложение любого канала излучения РТС на канал
приема недостаточно удаленной РТС создает помеху
последней. Специфическими помехами являются иска-
жения принимаемого сигнала и контактные помехи,
возникающие при движении радиосредств (см. ниже).
Неосновные излучения передающих устройств.
Делятся на внеполосные и побочные (рис. 6.1):
внеполосные излучения - излучения в окрестности
выделенной полосы частот, но выходящие за ее преде-
лы; нестабильность несущей усиливает эффект внепо-
лосности;
побочные излучения - излучения на гармониках и
субгармониках несущей частоты, а также комбинаци-
онные, интермодуляционные и паразитные излучения.
Излучения на гармониках mfy (т = 2, 3, ...) несущей
частоты /о обусловлены эффектом умножения частоты.
Они связаны с наличием нелинейных элементов пере-
датчиков и обычно наиболее существенны.
Излучения на субгармониках fy/m обусловлены эф-
фектом деления частоты при наличии нелинейных эле-
ментов и обратных связей.
Излучения комбинационных частот |Swi/j|, т\ = ±1,
±2, ... образуются при воздействии на нелинейные эле-
менты колебаний нескольких неодинаковых частот.
Они характерны для передатчиков с преобразованием
частоты в возбудителях.
Интермодуляционные излучения - разновидность
комбинационных излучений. Образуются при воздейст-
вии мощных колебаний близко расположенных РТС на
плохо экранированные выходные каскады передатчика.
77
Паразитные излучения возникают при наличии
внутренних или внешних обратных связей в электрон-
ных приборах передатчика.
Неосновные каналы приема. Обусловлены нели-
нейностью электронных приборов и недостаточной из-
бирательностью фильтрующих цепей приемника. Осо-
бенно характерны для приемников супергетеродинного
типа. Под воздействием принимаемых колебаний часто-
ты f и колебаний гетеродина приемника частоты fv на
выходе преобразователей частоты образуются колеба-
ния комбинационных частот
fmn = \mf+ л/г|, где т, л, = 0, 1, 2,....
Попадание этих частот в полосу пропускания усили-
теля промежуточной частоты /Пр ± П/2 приводит к обра-
зованию основного fc = fT ± /Пр и неосновных f = (nfY ±
каналов приема (рис. 6.2).
Основной канал приема
Рис. 6.2
Среди неосновных каналов приема различают сосед-
ние, побочные и интермодуляционные каналы приема.
К соседним каналам приема относится зеркальный
канал приема с несущей fv смещенный по частоте
на 2/пр относительно основного, а также каналы fQ ±
/jp/м (т = 2, 3, ...), смещенные относительно основного
на половину, треть и т.д. промежуточной частоты. Со-
седние каналы ослабляются преселектором приемника
хуже, чем побочные.
Побочных каналов приема зато очень много, и они
охватывают широкий спектр частот. В числе побочных
каналов отметим интенсивный канал на промежуточ-
ной частоте /Пр.
Интермодуляционные неосновные каналы приема
дополнительно возникают в случае проникновения в
приемник мощных колебаний соседней РЭС произволь-
ной частоты. Проникающие колебания, даже не являю-
щиеся непосредственно помехой, действуют как гете-
родинные напряжения. Дополнительное гетеродиниро-
вание (интермодуляция) приводит к увеличению числа
неосновных каналов приема.
Искажения приема сигнала. Проявляются в виде
блокирования и перекрестных искажений полезного
сигнала под воздействием мощных помех на нелиней-
ные каскады приемника, если частота помех не совпа-
дает с частотами основного и не основных каналов прие-
ма. В первом случае возможно подавление сигнала, в
78
том числе в первых каскадах приемника. Второй случай
связан с искажением модуляции сигнала под воздейст-
вием помехи.
Несовершенство антенной аппаратуры. Выража-
ется в снижении угловой и поляризационной избира-
тельности антенн вне пределов рабочего диапазона час-
тот РТС. Существенно сказывается на формировании
неосновных каналов излучения и приема и на искаже-
ниях приема.
Несовершенство экранировки аппаратуры. Усили-
вает действие ряда из перечисленных выше эффектов.
Контактные помехи. Проявляются в средствах ра-
диосвязи движущихся объектов. Возникают в результа-
те воздействия ближнего электромагнитного поля раз-
личных радиопередающих устройств на проводящие
цепи с контактами, сопротивление которых изменяется
в процессе движения.
6.3. Мероприятия по повышению ЭМС
Среди мероприятий по повышению ЭМС условно
выделяют организационные и технические.
6 .3.1. Организационные мероприятия
Предусматривают выработку, соблюдение и кон-
троль соглашений по ЭМС на межгосударственном,
межведомственном, региональном и местном уровнях.
К организационным мероприятиям относят: а) планиро-
вание использования спектра частот; б) назначение ра-
бочих частот РЭС; в) ограничение режимов работы
РЭС; г) выявление и устранение источников непредна-
меренных помех.
Планирование использования спектра частот.
Определяется международным регламентом радиосвязи
[0.33], периодически корректируемым. Отдельные по-
лосы 4... 11-го диапазонов радиочастот (см. табл. 1.1),
начиная от 9 кГц и кончая 275 ГГц, распределены меж-
ду службами (связь, навигация, локация, телевидение)
раздельно для трех районов земного шара, в первый из
которых входил бывший СССР. Каждой службе выде-
ляют обычно несколько полос частот. Некоторые из по-
лос распределены между несколькими службами с ука-
занием приоритетов. Присвоение полос частот вновь
разрабатываемым РЭС осуществляется централизован-
но внутри государств с учетом требований регламента
радиосвязи, особенностей распространения волн, нали-
чия элементной базы.
Назначение рабочих частот РЭС. На отдельных
участках территории может проводиться децентрализо-
вано, обеспечивая частотно-территориальный разнос
РЭС, особенно потенциально-несовместимых. Согла-
суются: взаимные удаления и рабочие частоты РЭС;
ориентации характеристик направленности; использо-
вание экранирующих свойств местности (гор, холмов,
лесов, строений); ограничения режимов работы РЭС.
Ограничения режимов работы РЭС. Исключают
несанкционированное использование РЭС по времени,
частоте, мощности излучения. Учитывают установлен-
ные приоритеты отдельным РЭС. Возможны запреты на
использование РЭС, являющихся источниками помех
наиболее приоритетным РЭС в некоторые моменты
времени на определенных рабочих частотах.
Выявление и устранение источников непредна-
меренных помех. Источники взаимных помех выявля-
ют совместно с источниками индустриальных и других
непреднамеренных помех (см. разд. 13.3.2). Для опреде-
ления опознавательных признаков и местоположения ис-
точника помехи используют, по возможности, выходное
устройство самой РЭС, подвергающейся мешающему
воздействию. Так, секторная засветка экрана индикато-
ра РЛС с яркостной отметкой характеризует воздействие
и направление прихода телевизионного или связного
сигнала с амплитудной или частотной модуляцией.
Затемненный сектор экрана свидетельствует о воздей-
ствии и направлении прихода блокирующей помехи.
Спираль на экране связана обычно с воздействием не-
синхронной импульсной помехи от соседней РЛС (см.
разд. 13.4.1). Монотонное звучание в динамике средства
радиосвязи вызывается часто импульсным излучением
РЛС. При затруднениях в выявлении источника помехи
используют контрольную спектрально-пеленгационную
аппаратуру, позволяющую определить спектр, интен-
сивность, пеленг на источник помехи, выявить канал
воздействия помехи на РЭС (основной, соседний, побоч-
ный и т.д.). После выявления источника и особенностей
помехи принимаются меры для ее устранения.
6 .3.2. Технические мероприятия
Включают в себя:
• разработку дифференцированных требований к пе-
редающим и приемным (включая антенны) устройствам
стационарных, самолетных и т.д. РЭС;
• учет требований ЭМС при создании РЭС;
• ослабление воздействий непреднамеренных помех
на оконечные устройства РЭС;
• совершенствование контрольно-измерительной
аппаратуры в интересах ЭМС;
• изучение перспективы применения широкополос-
ных сигналов в интересах ЭМС.
Создание передающих и приемных устройств,
удовлетворяющих требованиям ЭМС. Предполагает
практическое устранение или существенное ослабление
мешающих эффектов, перечисленных в разд. 6.2. Свя-
зано с повышением качества экранировки; повышением
избирательности линейных цепей, особенно частотной;
линеаризацией отдельных элементов тракта; ограниче-
нием числа преобразования частоты в приемниках и пе-
редатчиках; подбора частот гетеродинных колебаний
согласно требованиям ЭМС. О нормах ЭМС см. [0.55].
Ослабление воздействий непреднамеренных по-
мех на оконечные устройства. Сводится к: а) учету
специфики этих помех (например, негауссовости рас-
пределения их мгновенных значений, разд. 17,2.5);
б) улучшению выбора и обработки полезных сигналов
(см. разд. 16-25); в) разработке элементов технического
обеспечения работы РЭС в группировках, исключаю-
щих создание взаимных помех (см. разд. 13.4.1).
Совершенствование контрольно-измерительной
аппаратуры в интересах ЭМС. Предполагает обеспе-
чение ее работы в ближних зонах антенн, в широких
частотном и динамическом диапазонах измеряемых ве-
личин, а также обеспечение автоматизации измерений.
Изучение перспективы применения широкопо-
лосных сигналов в интересах ЭМС. Сигналы с очень
большими базами разбрасывают энергию по время-
частотной плоскости Габора (см. разд. 13). Они могут:
• не мешать приему узкополосных сигналов, несу-
щественно добавляясь к уровню внутреннего шума;
• не испытывать мешающего воздействия узкопо-
лосных и других широкополосных сигналов из-за суще-
ственного рассогласования их приема [2.143, 6.25а].
Детали (см. разд. 19.13) подлежат дальнейшему изу-
чению.
6.4. Радиоэлектронное подавление
как составная часть РЭБ
Радиоэлектронное подавление (РЭП) нарушает ра-
боту или снижает эффективность систем управления
войсками и боевыми средствами.
Включает радиоподавление, оптико-электронное
подавление и гидроакустическое подавление различных
РЭС (локации, связи, навигации).
Предусматривает создание преднамеренных помех,
маскирующих и подавляющих полезные сигналы или же
несущих дезинформацию.
Создание преднамеренных помех проводится в соче-
тании с огневым поражением РЭС, в том числе на осно-
ве наведения (самонаведения) средств поражения на ис-
точники излучения.
Необходимым условием работы указанных средств
РЭП является радиоэлектронная разведка (РЭР) излуче-
ний. Аппаратура РЭР - разновидность аппаратуры пас-
сивной локации и близка к аппаратуре контроля элек-
тромагнитной обстановки. Современные самолетные и
наземные средства РЭП и РЭР комплексируются с вы-
числительно-логическими средствами. В соответствии с
заложенными программами они обеспечивают выбор
целесообразного режима подавления РЭС противника в
складывающейся обстановке.
Разновидностями преднамеренных помех, создавае-
мых средствами РЭП, являются помехи:
> маскирующие (подавляющие) активные;
> имитирующие (дезинформирующие) активные;
> маскирующие пассивные и активно-пассивные;
> имитирующие пассивные и активно-пассивные;
> алгоритмические помехи системам обработки ин-
формации и управления РЭС.
Возможны различные комбинации помех.
Перечисленные меры РЭП существенно дополняют-
ся снижением локационной заметности своих объектов
(см. разд. 8.11), а также радиоэлектронным поражени-
ем чувствительных к электромагнитным полям функ-
ционачьных элементов РЭС противника (см. разд. 6.8).
6.4 Л. Средства создания маскирующих
активных радиопомех
Активными маскирующими радиопомехами называ-
ют прямые радиоизлучения, нарушающие работу РЭС
путем маскировки принимаемых полезных сигналов на
их фоне. При неустраненных нелинейностях каскадов
приемника интенсивные помехи этого вида подавляют
также (блокируют) полезные сигналы.
Маскирующие активные помехи излучают в виде
усиленных шумов или вырезок из них, в виде частотно-
или амплитудно-частотно-модулированных шумом ко-
лебаний и, наконец, в виде хаотических импульсных
последовательностей. Возможно скольжение по частоте
в пределах известного частотного диапазона.
79
Средствами постановки рассматриваемых помех яв-
ляются передающие устройства РЭП, включающие пе-
редатчики помех, антенны с неуправляемыми или
управляемыми характеристиками направленности. Их
сопрягают с аппаратурой и средствами автоматизации.
Спектрально-угловая плотность излучаемой
мощности. Является важной характеристикой эффек-
тивности постановки активных маскирующих помех.
Выражается формулой
yn=PnGn//7n=Pn/77nG;1. (6.1)
Здесь Рп - мощность передатчика помех; <7П - коэффи-
циент усиления антенны средства РЭП; 77п - полоса
частот, в которой сконцентрирована эта мощность.
В пренебрежении потерями в антенной системе
(учитываемыми величиной Сп) значение 1 характе-
ризует сектор угловой концентрации мощности помехи
(в долях от сектора ненаправленного излучения 4л сте-
радиан). Величина (6.1) является функцией времени.
По ширине спектра 77п излучаемых частот различа-
ют помехи заградительные и прицельные по частоте.
По сектору угловой концентрации излучения G^1
различают помехи заградительные и прицельные по на-
правлению.
Заградительные по частоте и направлению помехи
могут мешать работе нескольких РЭС (РЛС в частно-
сти). Однако спектрально-угловые плотности мощности
не должны быть при этом высокими. Наибольшие спек-
трально-угловые плотности мощности обеспечиваются
при использовании помех, прицельных по частоте и на-
правлению. Это достигается при совместном использо-
вании перестраиваемой генераторной и антенной аппа-
ратуры (антенных решеток, разд. 7.3.6, в частности),
аппаратуры РЭР и средств автоматизации.
Оценивая электромагнитные излучения противника,
подобная система выявляет целесообразные направле-
ния излучения помех и создает их в этих направлениях
на несущих частотах подавляемых РЭС. Такая относи-
тельно сложная аппаратура создания помех рассчиты-
вается на многоразовое использование.
Средства создания активных радиопомех много-
разового использования. Называют иначе станциями
помех. Станции помех могут представлять собой ста-
ционарные или транспортируемые наземные объекты,
располагаться на кораблях, пилотируемых самолетах и
вертолетах, размещаться на беспилотных самолетах
(вертолетах).
Средняя мощность излучения может изменяться от
десятков киловатт до десятых и сотых долей киловатта.
Спектрально-угловая плотность мощности зависит от
требуемой степени концентрации излучения по частот-
ному спектру и угловым координатам.
Так, авиационная станция заградительных по на-
правлению помех с коэффициентом усиления антенны
Gn = 4 и мощностью передатчика Рп = 300 Вт может
создавать заградительную по частоте помеху со спек-
трально-угловой плотностью мощности Уп = 15 Вт/МГц
в полосе Пп = 80 МГц и прицельную по частоте помеху
со спектрально-угловой плотностью мощности Уп =
= 200 Вт/МГц в полосе частот Пп = 6 МГц.
При переходе к прицельным по направлению поме-
хам для нескольких направлений указанные плотности
мощности возрастают пропорционально увеличению
коэффициента усиления антенны <7П и снижаются про-
порционально числу указанных направлений.
Вариантами активных маскирующих помех являют-
ся ответные помехи в виде переизлучений простых и
сложных (широкополосных [1.23]) сигналов (разд. 16,
18, 19) с введенными искажениями.
Средства создания активных радиопомех однора-
зового использования. Разбрасываются вблизи РЭС
беспилотными и пилотируемыми летательными аппара-
тами, доставляются туда артиллерийскими снарядами
или диверсионными группами. Эти малогабаритные
средства способны создавать в течение долей часа и
более слабонаправленное помеховое излучение со сред-
ней мощностью от десятых долей до десятков ватт.
Спектрально-угловая плотность мощности излуче-
ния может быть мала, но ее эффект при малом удалении
источника помехи от РЭС может превзойти эффект ис-
точника со значительно большей спектральной плот-
ностью, более удаленного от РЭС.
Некоторые общие вопросы формирования и воздей-
ствия маскирующих активных радиопомех детализиру-
ются в разд. 13.3.3.
6.4.2. Средства создания
имитирующих активных радиопомех
Имитирующими (дезинформирующими) называют
радиопомехи, трудно отличимые от полезных сигналов
РЭС, но несущие дезинформацию.
Имитирующие помехи не создают сплошного мас-
кирующего и подавляющего фона полезным сигналам и
потому реализуются при меньших средних мощностях
излучения, чем маскирующие помехи. Характер дезин-
формации зависит от назначения и специфики РЭС.
Так, задачей дезинформации обзорной РЛС может
быть усложнение наблюдаемой обстановки и срыв це-
лераспределения между огневыми средствами. Задачей
дезинформации РЛС наведения средств поражения яв-
ляется срыв работы локационных систем автоматиче-
ского сопровождения цели (по дальности, угловым ко-
ординатам, радиальной скорости) в интересах индиви-
дуальной защиты объекта наведения (самолета и т.д.).
Оперативность и простота имитации достигаются в
обоих случаях, если имитирующие сигналы излучаются
в ответ на зондирующие излучения РЛС.
Цели имитации обеспечиваются созданием много-
кратных ответных помех РЛС обнаружения и одно-
кратных ответных помех РЛС наведения.
Однократные ответные помехи являются обычно
уводящими. Срыв наведения осуществляется путем по-
следовательного проведения операций:
> подмены сопровождаемого сигнала в стробе со-
провождения имитирующим (разд. 7.2, 13.4.2);
> увода строба сопровождения имитирующим сиг-
налом в сторону от полезного сигнала;
> выключения уводящей помехи.
Подмена сопровождаемого сигнала в стробе сопро-
вождения имитирующим сигналом обеспечивается пу-
тем сближения его параметров с параметрами и превы-
шения мощности полезного сигнала. Увод состоит в
изменении параметров, по которому обеспечивается со-
80
провождение. Скорости увода не должны заметно пре-
вышать скоростей изменения параметров, встречаю-
щихся при реальном сопровождении. Вопросы увода
подробнее рассматриваются в разд. 13.4.2.
6.4.3. Средства создания
комбинированных активных
радиопомех
Позволяют вручную или с помощью ЭВМ устанав-
ливать оптимальный вариант помехи по данным РЭР.
Отдельные образцы таких станций в диапазоне частот
примерно 2... 10 ГГц при средней мощности генератора
около 100 Вт могут создавать импульсные ответные
помехи, уводящие по дальности, скорости и угловым
координатам, мощностью около 10 кВт в импульсе.
При слабо направленном излучении Gn ~ 3 они же
могут создавать ответно-шумовые маскирующие поме-
хи со спектрально-угловой плотностью мощности по-
рядка десятков Вт/МГц в прицельном и единиц Вт/МГц
в заградительном режиме. С повышением мощности ге-
нератора и, особенно, прицельности по направлению
эффективность маскирующих помех увеличивается.
6.4.4. Способы постановки активных
радиопомех
Зависят от характера подавляемых РЭС и задач при-
крытия помехами. Для авиации, преодолеваюгцей сис-
тему ПВО, различают:
> самоприкрытие, когда помеха ставится только с
борта прикрываемого ею самолета;
> коллективное (групповое) прикрытие, когда по-
меха создается самолетами группы;
> внешнее прикрытие - прикрытие специальными
самолетами РЭБ.
Забрасывание средств одноразового использования -
один из способов постановки радиопомех. Зоны подав-
ления и «открытые» зоны РЭС при различных способах
постановки помех средствам локации и связи рассмат-
риваются в разд. 13.3.3.
6.4.5. Средства создания
и способы постановки
оптико-локационных и гидроакустических
активных помех
Подразделяются, как и в радиодиапазоне, на средст-
ва создания имитирующих и маскирующих помех од-
норазового и многоразового использования.
К средствам имитирующих оптико-локационных
помех одноразового использования относят тепловые
ловушки - источники оптического излучения инфра-
красного диапазона. Помеха, имитирующая нагретое
тело, создается путем воспламенения пиросостава на
основе магния, алюминия и т.д., что позволяет обеспе-
чить требуемые температуру и длительность горения.
Сбрасывая или выстреливая тепловые ловушки с борта
самолета или вертолета, обеспечивают увод ракет с те-
пловыми головками самонаведения, направленных на
воздушные объекты.
При создании уводящих имитирующих помех в космо-
се можно сочетать подогрев ложных целей (разд. 6.4.7)
с охлаждением боеголовок [6.48].
В качестве средств создания маскирующих оптико-
локационных помех многоразового использования могут
применяться генераторы оптических излучений, в част-
ности, когерентных - лазеры. Они способны в отдель-
ных случаях выводить из строя фоточувствительные
элементы аппаратуры и ослеплять глаза операторов.
Источниками имитирующих активных помех пас-
сивной гидролокации (шумопеленгованию) служат гид-
роакустические генераторы. Они имитируют шумы
подводных лодок с учетом особенностей их движения.
6.4.6. Средства создания и способы
постановки маскирующих пассивных
и активно-пассивных помех
средствам активной локации
Источниками пассивных помех являются мешающие
отражатели, вторичное излучение которых непреднаме-
ренно или преднамеренно создает маскирующий или
имитирующий эффект. Возможно использование сход-
ных по виду миниатюрных ретрансляторов, создающих
активно-пассивную помеху.
Источниками преднамеренных маскирующих пас-
сивных радиопомех в воздушной среде на сантиметро-
вых и дециметровых волнах часто служат полуволно-
вые диполи из металлизированного капронового или
стеклянного волокна. На более длинных волнах исполь-
зуются отражатели из фольги, а также металлизирован-
ные ленты, нерезонансные и резонансные. Диполи со-
бирают в пачки, выбрасываемые или выстреливаемые с
борта летательного аппарата, корабля и т.д. Возможно
нарезание диполей в полете по данным разведки часто-
ты подавляемой РЛС.
Попадая в плотные слои атмосферы и медленно
снижаясь, выброшенные отражатели быстро теряют
первоначальную скорость и приобретают скорость вет-
ра, неодинаковую на различных высотах относительно
поверхности Земли. Сбрасывание пачек с известной пе-
риодичностью одним или несколькими самолетами
обеспечивает маскирующее действие помех в опреде-
ленных воздушных коридорах.
Интенсивность и эффективность пассивной помехи
зависят от:
• числа пачек, выбрасываемых на интервале (напри-
мер, 100 м) пути;
• «возраста» помехи;
• состояния атмосферы;
• специфики аппаратуры РЛС.
Для повышения эффективности пассивных помех их
подсвечивают источником активной помехи, а также
[2.94] осуществляют:
> поэтапный выброс вперед, назад, вверх, вниз;
> использование специализированных диполей.
К специализированным относят диполи:
> плавающие, в виде тонких трубок, содержащих
газ легче воздуха;
> со стабилизированной ориентацией за счет усиков
в нижней части;
> реактивируемые, приобретающие отражательные
свойства с задержкой после выброса, чтобы не дема-
скировать защищаемый объект.
Непреднамеренные отражения от местных пред-
метов также преднамеренно используются при полетах
на малых высотах. В дополнение к экранированию це-
лей из-за кривизны Земли, отражения от местности вы-
81
зывают провалы характеристик направленности антенн
на малых углах места.
Особенностью движения диполей в космической
среде является поддержание первоначальной скорости
движения, что затрудняет скоростную селекцию (см.
разд. 13.3.4). Чтобы избежать преждевременного раз-
рушения, потери отражательных свойств и снижения
маскирующего действия диполей по мере попадания в
плотные слои атмосферы, применяют [2.94] специаль-
ные материалы и конструкции, обеспечивающие сме-
щение центра тяжести относительно центра давления,
что повышает баллистические коэффициенты (см. разд.
22.6.7) и разброс диполей при создании дипольного ко-
ридора, охватывающего маскируемую боеголовку.
6.4.7. Средства создания и способы
постановки имитирующих пассивных
и активно-пассивных помех
Создание имитирующих радио-, оптических и гид-
роакустических помех, пассивных и активно-пассивных
(ложных целей), средствам активной локации и визу-
ального наблюдения получило широкое развитие. Лож-
ные цели усложняют локационную обстановку или сры-
вают наведение средств поражения на самолеты, боего-
ловки баллистических ракет, наземные цели, подводные
лодки и т.д. (разд. 13.4.3).
Имитирующие пассивные и активно-пассивные
радиопомехи. Создаются путем
• выстреливания патронов с пачками пассивных ди-
полей либо диполей с ретрансляторами;
• запуска беспилотных летательных аппаратов с
уголковыми или линзовыми отражателями либо с
ретрансляторами, буксируемых или оснащенных собст-
венными двигателями;
• сбрасывания на парашютах или установки на зем-
ной и водной поверхности уголковых и линзовых отра-
жателей или ретрансляторов;
• запуска тяжелых космических ложных целей без
двигателей.
Выстреливание пачек отражателей и отражате-
лей-ретрансляторов с самолета, одновременно с его
маневром, используется в целях защиты от средств по-
ражения атакующих истребителей и наземных зенитных
ракетных комплексов.
Запуск с самолетов ложных целей с двигателями рас-
считан на усложнение наблюдаемой воздушной обста-
новки. Усложняются целераспределение, наведение и
самонаведение средств поражения на самолеты против-
ника. Сбрасываемые с самолетов уголковые и линзовые
отражатели дополнительно усложняют обстановку.
Запуск с самолетов более дешевых буксируемых
ложных целей рассчитан, в первую очередь, на введение
ошибок в системы наведения средств поражения и сни-
жение вероятности поражения. Вместо отражателей или
наряду с ними используются антенны ретрансляторов,
питаемые высокочастотной энергией. Она вырабатыва-
ется на борту ложной цели или на борту защищаемого
ею самолета и передается по волоконно-оптическому
трос-кабелю вместе с дополнительными питающими
напряжениями.
Разработка буксируемых ложных целей ведется в
США и ряде других стран. Буксируемая ложная цель
82
AN/ALE-50 (США) имеет диаметр всего около 6см,
длину около 40 см и массу около 3 кг. Развитием этой
ловушки является AN/ALE-55 (рис. 6.3), интегрирован-
ная со станцией РЭБ AN/ALQ-124 для защиты от про-
тивосамолетных ракет. Станция РЭБ обнаруживает из-
лучения РЭС, выявляет из них наиболее опасное и
транслирует сигнал по оптоволоконному кабелю на ло-
вушку, передатчик которой усиливает и излучает этот
сигнал [6.24].
Рис. 6.3
Возможно повторное использование и одновремен-
ное использование нескольких ложных целей. Создание
имитирующей помехи ложной целью может сочетаться
с созданием шумовой маскирующей помехи, излучае-
мой из двух точек [6.21, 6.22].
Легкие надувные ложные цели с метачлизированной
оболочкой используются в космическом пространстве
как ложные цели. Эти цели, однако, тормозятся в плот-
ных слоях атмосферы значительно сильнее истинных и,
в конце концов, сгорают. Их используют поэтому со-
вместно с тяжелыми ложными целями и маневрирова-
нием [5.123] в процессе снижения при сохранении вы-
сокой точности наведения.
Часто пассивные отражатели имитировали и такие
важные цели, как мосты. Если реальный мост прикры-
вался активной маскирующей помехой (разд. 13.3.4), то
ложный мост имитировался с помощью уголковых или
линзовых отражателей (разд. 8.11.1).
Имитирующие пассивные оптические помехи.
Создаются макетами кабин, автомобилей и т.д.
Имитирующие пассивные гидроакустические
помехи. Отвлекают торпеды с активными гидроакусти-
ческими головками самонаведения. Ставятся, например,
с помощью патронов, содержащих газообразующие ве-
щества, в частности, гидрид кальция. Облако пузырьков
газа, образующееся при его контакте с водой, является
простейшей не перемещающейся ложной целью.
6.4.8. Снижение заметности локационных
целей
Достигается проведением комплекса мероприятий
по снижению заметности наблюдения целей различны-
ми локационными средствами: активными и пассивны-
ми, основанными на использовании волновых процес-
сов различных диапазонов частот и различной физиче-
ской природы. Указанные мероприятия могут рассмат-
риваться как средства
• подавления локационных средств;
• защиты летательных аппаратов от локационного
наблюдения и огневого поражения (разд. 6.6).
Технические детали снижения локационной замет-
ности отнесено в разд. 8.11.
6.4.9. Самонаводящиеся на источники
излучения средства поражения
В качестве таких средств используют ракеты с ра-
дио- или тепловой головкой самонаведения, торпеды с
акустической головкой самонаведения и т.д. Пуск про-
водят с учетом имеющихся данных о характере излуче-
ния поражаемого объекта. На самолете, запускающем
самонаводящуюся ракету, такие данные выдает аппара-
тура радиоэлектронной разведки. Селектируя излучение
цели и учитывая возможное изменение его параметров
за время наведения, головка самонаведения доводит ра-
кету до цели (см. также разд. 5.6.4, 23.10).
6.4.10. Алгоритмические помехи системам
цифровой обработки информации
и управления РЭС
Намеренное введение компьютерных «вирусов» в
ЭВМ по радиоканалу может нарушить логику обработ-
ки информации сопровождения, обнаружения, управле-
ния РЭС и т.д. [2.103,6.15].
Возможны воздействия на управление режимами
(смены частот следования импульсов РЛС, например),
рассчитанные на нарушение адекватности управления.
6.5. Радиоэлектронная разведка
Радиоэлектронная разведка (РЭР) излучений являет-
ся одновременно и составной частью РЭБ, и видом вой-
сковой разведки. Различают радиотехническую развед-
ку, радиоразведку, оптико-электронную и гидроакусти-
ческую разведку.
Радиотехническая разведка (РТР) выдает информа-
цию о параметрах и дислокации радиотехнических
средств противника.
Радиоразведка перехватывает информацию радио-
связи, определяя, по возможности, их дислокацию.
Оптико-электронная разведка и гидроакустическая
разведка решают аналогичные задачи применительно к
оптическим и гидроакустическим РЭС. В ряде случаев
РЭР излучений может дополняться визуальной и лока-
ционной разведкой с летательных аппаратов, примене-
нием оптико-электронных приборов ночного видения.
6.5.1. Средства радиотехнической
разведки
Средства (станции) РТР могут размещаться на лета-
тельных аппаратах, морских судах, в кабинах наземных
транспортных средств, представлять собой переносные
устройства и т.д.
Характер аппаратуры зависит от назначения РТР.
Так, к числу объектов самолетной РТР можно отнести
наземные РЛС и РЛС истребителей-перехватчиков
ПВО, зенитные ракетные комплексы с каналами радио-
локации и радиоуправления, РТС передачи данных.
Задачи РТР самолетов-разведчиков, самолетов РЭБ и
ударных самолетов детализируют различным образом.
Так, предварительную разведку следует отличать от
непосредственной разведки, обеспечивающей текущее
использование средств постановки помех и самонаво-
дящихся на излучение ракет. На ударных самолетах
может устанавливаться при этом более простая аппара-
тура РТР и меньший арсенал средств РЭП, чем на спе-
циализированных самолетах РЭБ.
Аппаратура РТР наземных станций РЭП решает за-
дачи непосредственной разведки в интересах создания
активных помех. Аппаратура специальных станций РТР
может решать задачи предварительной (войсковой)
разведки.
Простейшая аппаратура РТР самолетов - это аппа-
ратура предупреждения об облучении комплексами на-
ведения средств поражения противника. В зависимо-
сти от задач и условий использования аппаратура РТР
упрощается или усложняется.
Станции РТР. Включают:
• приемное устройство с антенной системой, обна-
руживающее и пеленгующее (разд. 2.2.3) излучения;
• анализатор характеристик излучений, часто объе-
диненный с приемным устройством;
• аппаратуру индикации, регистрации, обработки и
хранения информации.
Антенные системы станций РТР — обычно пере-
3
крывают диапазон частот /max//min До 2 (три октавы) и
более. Могут формироваться из более узкополосных ан-
тенн. Часто используют широкополосные спиральные
антенны. Антенная система рассчитывается на поиск
излучений по направлениям или же на беспоисковое по
направлениям функционирование. Простейшие беспо-
исковые антенные системы включают каналы с пере-
крывающимися характеристиками направленности. Ан-
тенные системы поисковых по направлению станций
РТР бывают одноканальными и многоканальными.
Приемники РТР - совместно с антенной образуют
приемные устройства РТР. Обеспечивают перекрытие
широкого диапазона частот, а в беспоисковом по на-
правлению режиме - также и угловых направлений.
Для упрощения часто применяют простейшие де-
текторные приемники. Их совокупность, перекрываю-
щая большое число частотных каналов, может обеспе-
чить беспоисковый прием по частоте и по направлению.
Низкая чувствительность детекторного приема оправ-
дывается большой интенсивностью зондирующих сиг-
налов РЛС, простотой микроминиатюризации.
Однако все более широкое распространение находят
супергетеродинные приемники РТР, функционирующие
на основе беспоисковой по частоте многоканального
приема. Такое построение при широкой полосе частот-
ных каналов снижает точность измерения частоты и
чувствительность приема.
Вариантами устранения указанного недостатка яв-
ляются матричный прием и прием с перестройкой ра-
бочей частоты, в том числе к приему со сжатием сиг-
налов. Точность измерения частоты повышается также
при использовании дискриминаторных методов следя-
щего измерения (см. разд. 21.4 и 22).
Матричный прием в РТР. Обеспечивается матри-
цей приемных элементов, столбцы которой называют
ступенями. Ступени обеспечивают последовательное
уточнение частоты.
Приемные элементы первой ступени настроены на
частоты /i + m\F\ (ni\ = 0, ±1, ±2, ...). Они позволяют
уточнить частоту принятых колебаний с точностью до
F\ и переносят эти колебания для дальнейшего уточне-
ния на следующую промежуточную частоту^-
83
Приемные элементы второй ступени настроены на
частоты+ ^2^2 (^2 = 0, ±1, ±2, ...)• Они позволяют
оценить частоту колебаний с точностью до Fz < F\ и
переносят принятые колебания на следующую проме-
жуточную частоту Уз и т.д. Номера ступеней т\, mz, ...,
через которые прошел принятый сигнал, определяют
несущую частоту в текущий интервал времени с прием-
лемой точностью.
Чувствительность приема ниже потенциально воз-
можной из-за широкой полосы пропускания первой сту-
пени и накопления шумов на входе последующих.
Медленный поиск по частоте в РТР. Перестройка
частот гетеродинов при простых сигналах способна
обеспечить и высокую чувствительность, и высокую
точность измерения частоты. Однако в быстро меняю-
щейся обстановке, особенно при необходимости поиска
по направлению, медленный поиск по частоте стано-
вится неприемлемым.
Ускорение поиска (перестройки) по частоте. Воз-
можно, но оно приводит к возникновению частотной
модуляции в процессе поиска. Простейший способ уче-
та этой модуляции - только расширение полосы пропус-
кания приемника - ведет к снижению чувствительности
приема и к увеличению ошибок измерения частоты.
Быстрый поиск по частоте с использованием
фильтров сжатия. Эффективнее путь более полного
учета частотной модуляции - введение в приемник с
расширенной полосой согласованного с законом этой
модуляции фильтра сжатия (разд. 19.3.5).
Так, при использовании современных фильтров сжа-
тия с полосой в сотни мегагерц спектр сантиметровых и
дециметровых излучений, например, определяется за
время около 1 мкс с разрешающей способностью по
частоте около 1Мгц. Можно практически наблюдать
изменения во времени «мгновенного» спектра частот.
Примерами практической реализации РТР с использо-
ванием фильтров сжатия являются средства РТР (пас-
сивной локации источников излучений), описанные в
разд. 2.2.23.
Другие возможные направления анализа сигна-
лов в РТР. Пробивают дорогу [6.99]:
• цифровой быстродействующий спектральный ана-
лиз сигналов (см. разд. 19.6);
• акустооптический анализ частоты (см. разд. 19.11);
• цифровые разложения на квазигармонические со-
ставляющие - вэйвлеты (разд. 13.6.5);
• новые преобразования типа Вигнера-Вилле (см.
разд. 13.1.2).
Многоканальные системы приема в микроми-
ниатюрном исполнении с цифровым выходом. Со-
храняют значение, несмотря на развитие конкурирую-
щих систем Техника микроминиатюризации позволила
строить системы с очень большим числом узкополос-
ных каналов, обладающие высоким качеством анализа.
Анализаторы излучений. Оценивают наряду с час-
тотами всевозможные другие параметры излучений:
временные, спектральные, энергетические, поляризаци-
онные. К временным параметрам излучений РЛС отно-
сят длительность импульсов, пачек импульсов (разд.
7.2.1), периоды следования импульсов, пачек, элемен-
тов импульсов при их манипуляции (разд. 18). К спек-
тральным параметрам относят ширину спектра частот и
84
скорость изменения частоты при ЛЧМ модуляции. Не
исключено, что будут использоваться и вэйвлетные па-
раметры (разд. 13.6.5).
Аппаратура индикации, регистрации, обработки
и хранения информации РТР. Обеспечивает неавто-
матизированное или автоматизированное запоминание
и хранение результатов анализа излучений, а также рас-
познавание разведываемых РЭС.
Определение местоположения РТС средствами
РТР. Наличие пеленгов однопозиционной РТС из раз-
личных точек пространства позволяет оценить положе-
ние РТС угломерным методом (см. разд. 3.2, расчетные
соотношения см. в разд. 22.6 и в разд. 25). Пеленги
можно получать или в стационарной многопозиционной
системе РТР, или в процессе перемещения носителя
средства РТР (самолета, корабля, ИСЗ и т.д.). Примеры
описаны в разд. 2.22.3.
Более точную оценку местоположения с помощью
многопозиционной системы РТР можно получить при
использовании разностно-дальномерного метода (см.
разд. 3.2.2 и 21.7.4), сравнивая излучения разведывае-
мой РЭС, принимаемые на различных позициях.
6.5.2. Средства оптико-электронной
разведки
Предупреждают экипажи ударных самолетов о фак-
тах ИК облучения и необходимости, в связи с этим,
противосамолетного или противоракетного маневра. На
специализированных разведывательных самолетах вы-
являют и классифицируют источники ИК и видимых
излучений.
6.6. Радиоэлектронная защита
Радиоэлектронная защита (РЭЗ) предусматривает
защиту своих РЭС от РЭП противника, а также обеспе-
чение ЭМС и защиты от невзаимных непреднамерен-
ных помех.
К числу задач, решаемых для обеспечения РЭЗ, от-
носятся задачи повышения:
> помехозащищенности РЭС;
> помехоустойчивости группировок (многопозици-
онных систем) РЭС в реальных условиях;
> скрытности РЭС;
> подавления средств РЭП и РЭР противника;
> предохранения функциональных элементов РЭС
от энергетического поражения (разд. 6.8).
Широко используемые термины «помехозащищен-
ность» и «помехоустойчивость» понимаются иногда
иначе, чем это принято в Справочнике.
6.6.1. Помехозащищенность РЭС
Обеспечивается тщательным анализом ожидаемых
уровней и других характеристик различных видов по-
мех, разработкой связанных с этим требований приме-
нительно к вновь проектируемым РЭС.
Занижение требований к помехозащищенности при-
водит к неэффективной работе РЭС в реальных услови-
ях, завышение - к неоправданному возрастанию стои-
мости, габаритных размеров, трудоемкости и материа-
лоемкости РЭС.
При разработке требований учитывают состояние
элементной базы и теории РЭС, излагаемой в после-
дующих главах Справочника.
Повышения помехозащищенности достигается:
> расширением динамического диапазона приемников;
> совершенствование накопления полезных сигналов;
> использованием пространственно-частотно-
временной и угло-поляризационной компенсации .ме-
шающих сигналов, в том числе с адаптацией к помехо-
вой обстановке (см. разд. 16-19, 25);
> селекции имитирующих помех (см. разд. 13, 24).
В соответствии со сформулированными требова-
ниями проводят проектирование, разработку образца и
испытания РЭС. Детали повышения помехозащищенно-
сти решают по результатам испытаний и эксплуатации в
ходе модернизации РЭС.
6.6.2. Помехоустойчивость группировок
(многопозиционных систем) РЭС
в реальных условиях
Определяется:
> составом и помехозащищенностью включенных в
группировку средств;
> возможностями противника по обеспечению эф-
фективного РЭП в динамике РЭБ.
Помехоустойчивость повышается при использова-
нии разнотипных многодиапазонных помехозащищен-
ных средств, при использовании локационных средств ,
для которых снижение локационной заметности целей
сказывается в меньшей степени (разд. 8.11).
Существен фактор скрытности РЭС. В этом смысле
(а иногда и в смысле помехозащищенности) термин
«помехоустойчивость» применяют к одиночным РЭС.
6.6.3. Скрытность РЭС
Существенна для повышения как помехоустойчиво-
сти, так и защищенности от самонаводящихся на излу-
чение средств поражения. Основными способами повы-
шения скрытности РЭС в целом являются повышение
скрытности:
• излучения сигналов или хотя бы значений их па-
раметров;
• приема сигналов;
• паразитных излучений РЭС;
• информации РЭС передачи сообщений и банков
данных ЭВМ.
Повышение скрытности излучения сигналов и их
параметров. Может основываться на принципах:
> увеличения длительности Т и полосы частот П
при сохранении когерентности структуры сигнала;
> снижения уровня боковых лепестков передающей
антенны (неадаптивного или адаптивного) для предот-
вращения по ним длительной разведки;
> сокращения времени излучения.
Если сохранение когерентности реализуемо, то воз-
можности обнаружения сигнала своей аппаратурой (см.
разд. 16.2) определяются, в первую очередь, его энерги-
ей Э = РТ, где Р - мощность сигнала. Возможности же
наблюдения сложно модулированного сигнала (ПТ » 1)
противником, не знающим его структуры и наблюдаю-
щим его как шум, определяются энергией, в
= л/гГТ раз большей за счет потерь некогерентного
накопления (разд. 16.4.3). Пределы использования этих
методов рассматриваются в разд. 19.14.
В применении к скрытию частот излучения, как па-
раметров, определяющих прицельность помех и эффек-
тивность самонаведения средств поражения, этот прин-
цип может реализоваться упрощенно, за счет адаптив-
ной или псевдослучайной перестройки рабочих частот
(ППРЧ, разд. 10.11; LPI, разд. 2.2.14,2.2.16).
Сочетание многоканальности, многопозиционности
и элементов дезинформации также затрудняет создание
прицельных по частоте помех и самонаведение снаря-
дов. Эффективность перечисленных методов, их ком-
бинаций зависит от возможностей аппаратуры РЭР и
РЭП противника и, в частных случаях, требует оценок.
Повышение скрытности приема. Обеспечивается
разносом передающей и приемной аппаратуры РЭС,
дублированием приемных пунктов, использованием
кооперативных методов приема и передачи в многопо-
зиционных системах (см. разд. 2.2.5). Это снижает так-
же эффективность помех, прицельных по направлению,
самонаводящихся на излучение средств поражения.
Повышение скрытности паразитных излучений.
Паразитными считают излучения, не являющиеся необ-
ходимыми для выполнения функциональных задач
РЭС. Так, скрытность наземных РТС и летательных ап-
паратов с РЭС повышают за счет снижения заметности
паразитных излучений источников питания РЭС в оп-
тических диапазонах частот (видимом, инфракрасном) и
использования отвлекающих средств, имитирующих
паразитные излучения. У подводных лодок повышают
акустическую изоляцию корпуса и снижают акустиче-
ские шумы винтов, повышая качество их изготовления.
Повышение скрытности передаваемой информа-
ции и банков данных ЭВМ. Обеспечивается усложне-
нием систем кодирования (разд. 24.4-24.7), закрытием
информации (разд. 24.8), сменяемостью паролей и клю-
чей, ограничением к ним доступа, а также скрытностью
излучений РЭС и аппаратуры ЭВМ.
6.6.4. Подавление средств РЭП
противника
Подавление средств РЭП противника - важная мера,
повышающая помехоустойчивость группировок РЭС.
Помехи, создаваемые средствами РЭП, позволяют уста-
новить положение этих средств с приемлемой точно-
стью путем пассивной локации источников излучений:
однопозиционной (см. разд. 21.5); многопозиционной, в
том числе триангуляционной и корреляционно-базовой
(см. разд. 21.7.4, 22.6). На основе этой информации воз-
можно наведение и самонаведение средств поражения
(ракет, торпед) на источники помехового излучения.
Перегрузка сравнительно простых разведыватель-
ных элементов РЭП по числу излучающих объектов
также может приводить к снижению эффективности по-
давления.
Можно противодействовать и ракетам, самонаводя-
щимся на излучение дорогостоящих и эффективных
РЛС, подменяя это излучение излучением близко рас-
положенных имитаторов, дезорганизующих наведение
или принимающих удар на себя (разд. 2.2.23).
6.6.5. Особенности РЭЗ многопозиционных
радиолокационных систем
В развитие краткого рассмотрения принципов
МПРЛС (разд. 2.2.5) рассмотрим особенности решения
в них вопросов РЭЗ в условиях РЭБ [2.21, 2.90, 2.99].
РЭЗ в простейших МПРЛС поля активно-
пассивной радиолокации. Перекрытие зон видимости
РЛС различных позиций, многодиапазонность, широко-
85
полосность или быстрая перестройка рабочей частоты
(от импульса к импульсу или от пачки импульсов к пач-
ке), использование методов пассивной локации помехо-
носителей совместно с общими для всех РЭС методами
повышения помехозащищенности и скрытности, а так-
же подавления РЭС противника (разд. 6.6.1-6.6.4) об-
легчают возможности РЭЗ таких МПРЛС в условиях
РЭБ. Однако по мере развития методов РЭБ решение
задач РЭЗ усложняется, что привлекает внимание к на-
ращиванию МПРЛС.
РЭЗ при наращивании числа приемных позиций.
Такое наращивание дешевле наращивания числа пере-
дающих позиций: приемные блоки дешевле и требуют
меньших энергозатрат. Значительная часть стоимости
часто относится, однако, к антенно-фидерным устрой-
ствам, которые в приемных устройствах не проще, чем
в передающих. Возрастает стоимость средств связи. Ос-
ложняются в ряде случаев задачи отождествления целей
(разд. 23.2). Осложняются материальное обеспечение и
обеспечение сохранности вынесенных позиций. Поэто-
му проявляются тенденции ограничиться уже имеющи-
мися большими базами, либо переходить к крайне ма-
лым базам с дополнительными пунктами приема вблизи
освоенных позиций.
Учитывают, тем не менее, ряд достоинств наращи-
вания общего числа приемных позиций. Наряду с по-
вышением точности измерения координат целей (см.
разд. 22.6.2) можно: а) понизить эффект прицельности
постановки помехи по направлению; б) в сочетании с
мерами скрытности понизить эффективность заброса
передатчиков помех; в) ослабить влияние фактора сни-
жения заметности целей (см. разд. 8.11) за счет приема
переотраженных ими «вбок» сигналов и их теневых из-
лучений (см. разд. 8.6.4).
РЭЗ при организации кооперативного приема.
Позволяет:
• повысить качество защиты от имитирующих по-
мех за счет особенностей пространственно-временной
модуляции и обзора пространства (разд. 7.3);
• обеспечить возможность разностно-дальномерного
корреляционного разрешения «цель-цель» и «цель-
постановщик помех» (см. разд. 21.7.4);
• повысить угловое разрешение «цель - помехоноси-
тель», а значит и качество компенсации активных мас-
кирующих помех за счет сравнительно малого дополни-
тельного разноса точек приема (см. разд. 18 и 25);
• снизить эффективность воздействия дипольных
помех за счет более благоприятного, чем в (8.29), ус-
реднения эффективных площадей отражателей.
РЭЗ при наращивании числа передающих пунк-
тов. Снижает вероятность поражения радиолокацион-
ных средств как за счет резервирования и маневра из-
лучениями в радиолокационном поле. Часть этих задач
может решаться, однако, более простыми отвлекающи-
ми передатчиками. Возможны варианты, когда передат-
чиков много, но каждый обладает малой мощностью.
Сочетание скрытности приемных устройств и
маневра излучающими устройствами МПРЛС. Свя-
зано с идеями кибернетической радиолокации (см. разд.
2.2.6) и их упрощениями (см. разд. 2.24).
РЭЗ и критерий эффективность-стоимость. Этот
критерий отношения (и его вариант с ограничением
стоимости максимальным пределом) применяют при
сравнении вариантов наращивания систем с учетом
конкретных задач на протяжении жизненного цикла
(разд. 12.1 и 14.2).
6.7. Примеры интегрированных систем
(комплексов) РЭП и РЭР
Создаются комплексы РЭП и РЭР наземного, воз-
душного, надводного и подводного базирования, вклю-
чающие ЭВМ и средства связи [6.19].
Система радио- и радиотехнической разведки и
РЭП дивизии сухопутных войск IEWCS (США).
Включает оборудованные идентичной аппаратурой ин-
тегрированные наземные и воздушные компоненты РЭР
связи и локации РЭП УКВ и КВ связи, их идентифика-
ции и высокоточного когерентного определения место-
Рис. 6.4
положения. Варианты
наземного компонента
могут быть выполнены
на гусеничном и ко-
лесном ходу, воздуш-
ный компонент смон-
тирован на вертолете
ЕН-60А (рис. 6.4). При
необходимости компо-
ненты системы могут работать автономно.
Система радиотехнической и радиоразведки и
РЭП корпуса и армии сухопутных войск Guardrail/
Common Sensor (США). Включает мобильный назем-
ный центр и 12 самолетов RC-12 Экипаж каждого само-
лета 8 человек, диапазон разведываемых частот от
500 МГц до 40 ГГц, связь - через спутник.
Система армейской многофункциональной раз-
ведки ARL-M (США). Новая система, предназначенная
для ведения круглосуточной разведки радио- и оптиче-
ских излучений на основе самолетов RC-7B.
Разведывательная система дивизий, полков и от-
дельных батальонов на основе тактических беспи-
лотных летательных аппаратов OutriderTUAV
(США). Рассчитана на установку на аппарат (рис. 6.5)
съемного радио- и оптического оборудования в зависи-
мости от обстановки.
Комплекс РЭП стратегической авиации AN/ALQ-
161 (США). Обнаруживает сигналы в восьми рабочих
диапазонах в полосе частот 0,2...20 ГГц. В пяти корот-
коволновых диапазонах реализует мероприятия РЭР и
РЭП по многим целям со временем реализации в деся-
тые доли секунды. В трех длинноволновых диапазонах
самолет ‘защищается только с помощью маневра. Ан-
тенно-приемная система включает ряд каналов на осно-
ве всенаправленных и пеленгаторных антенн и много-
канальных по частоте приемников. Согласование рабо-
ты обеспечивается с помощью ЭВМ, которая управляет
всеми элементами оборонительного комплекса, вклю-
чая доплеровскую РЛС, предупреждающую о появле-
86
нии ракеты в задней полусфере и обеспечивающую по-
становку ей пассивных помех. Наряду с ЭВМ AP101-F
используется 9 дополнительных процессоров.
Библиотека параметров известных РЛС, заложенная
в запоминающее устройство ЭВМ AP101-F, позволяет
определить приоритетность и стратегию РЭП на основе
методов искусственного интеллекта. В основных 6...8
диапазонах возможно направленное излучение помех с
помощью трех ФАР; в 4 и 5 диапазонах используется
заградительное излучение помех с помощью неподвиж-
ных рупоров. Наряду с маскирующими серьезное вни-
мание уделяется имитирующим (дезинформирующим)
помехам, создаваемым с воспроизведением динамики
изменения доплеровских частот. Возможен запуск в по-
лет ракеты-ловушки с источниками активных помех на
расстоянии 100м от прикрываемого самолета.
6.8. Энергетические РЭС
поражающего воздействия
Энергетические РЭС используются как:
• средства РЭБ для выведения из строя чувстви-
тельных к электромагнитным полям функциональных
элементов РЭС противника;
• армейское или полицейское лучевое оружие про-
тив вооружения, боевой техники, людей.;
• элементы систем противоракетной и противокос-
мической обороны, разд. 5.3 [6.15, 6.16, 6.48, 9.43].
6.8.1. Энергетические РЭС поражения
функциональных элементов РЭС
Объектами поражения являются тонкие полупро-
водниковые переходы смесительных диодов приемного
тракта РЭС, а при плохой экранировке - всех ее полу-
проводниковых приборов [6.15, 6.16]. Поражение, обу-
словленное электромагнитным импульсом (причем от-
носительно длинноволновым) неоднократно наблюда-
лось во время ядерных испытаний. Перегревая полу-
проводниковые переходы рассеиваемой в них электро-
магнитной энергией, можно осуществлять полное по-
ражение или временное ослепление РЭС даже при вы-
ключенном электропитании.
По оценкам [9.59, с. 177] порог выхода из строя мик-
роволнового диода порядка 1 цДж. При диаметре апер-
туры антенны Зм и коэффициенте ее использования 0,7
кратковременное облучение способно разрушить диод,
если в антенну поступит поток энергии 0,2 Дж/ м2.
Рассматривались многочисленные варианты реали-
зации поражения на основе направленного излучения ги-
гаваттных СВЧ радиоимпульсов, получаемых при ре-
лятивистских скоростях электронов, соответствующих
энергиям 1... 10 МэВ.
Исследовалась также генерация СВЧ:
• на диодах с виртуальным катодом - виркаторах;
• на замкнутых замедляющих структурах магне-
тронного типа;
• на разомкнутых замедляющих структурах;
• на преобразователях энергии взрывчатого вещест-
ва в электромагнитную при сжатии магнитного поля
проводящей средой во время взрыва.
Наиболее простыми, по-видимому, из поражающих
источников излучения являются появившиеся искровые
источники коротких видеоимпульсов (США, Нидерлан-
ды, Швеция, Германия), расположенные непосредст-
венно в рефлекторах антенн [9.61], [9.62]. Форма реф-
лектора излучателя JOLT (США, 1997-1999) - полупа-
раболоид, ограниченный плоским экраном (рис. 6.6).
Компактный резонансный трансформатор способен ге-
нерировать видеоимпульсы длительностью 0,1 нс, на-
пряжением 1МВ при частоте следования 600 Гц, с по-
лосой частот излучения в пределах от 0,04 до 4 ГГц.
Произведение напряженности поля в дальней зоне Е на
дальность от излучателя г в метрах Ег« 5,3 МВ, т.е. на
расстоянии, например, 2 км создается во время прихода
видеоимпульсов напряженность поля больше 2,6 кВ/м.
Средняя плотность потока энергии в единицу времени
при скважности Q « 1,7 • 107 составляет больше
E2/pQ~0,9 мВт/м2. Здесь р«377 Ом - волновое сопро-
тивление свободного пространства (см. разд. 8.3.2).
Рис. 6.6
Способы защиты РЭС от поражения их функцио-
нальных элементов. Сводятся к
> улучшению экранировки РЭС, в том числе для
неработающих, улучшению преселекции волноводных
фильтров приемника;
> применению полевых транзисторов на основе ар-
сенида галлия с повышенным порогом перегорания, ис-
пользованию ограничителей наведенных потенциалов в
фидерах, цепях питания и управления РЭС.
Исследуется введение сверхпроводящих высокотем-
пературных пленок (~ 93° К) в волноводы, оперативно
рассогласующих их при нагревании [6.17, 6.22].
6.8.2. Энергетические РЭС поражения
средств нападения и людей
Наряду с кинетическим и атомным оружием (см.
разд. 5.3) для поражения средств нападения возможно
[5.17] использование лучевого, пучкового и плазменно-
го оружия. Лучевое (лазерное и СВЧ) оружие способно
поражать людей.
Мощные лазеры и их применение. Наибольшие
мощности ожидаются в ближайшее время [9.20, 9.43] от
лазеров с газообразным рабочим веществом - газоди-
намических и химических.
Характерным газодинамическим лазером, впервые
обеспечившим мощность непрерывного излучения в
сотни киловатт, явился лазер на двуокиси углерода, т.е.
на углекислом газе СО2. Сжатый углекислый газ суще-
ственно разогревается и с приданной ему дозвуковой
или сверхзвуковой скоростью пропускается в резонатор
через расширяющиеся сопла, что ведет к понижению
температуры газа. Для этой температуры населенность
электронами верхнего энергетического уровня оказыва-
87
ется избыточной (говорят об инверсии населенности).
Это создает возможность перехода электронов с верх-
него энергетического уровня на нижний с испусканием
квантов инфракрасного излучения - фотонов с длинами
волн 9... 11 мкм. Первый же фотон возбуждает двухзер-
кальный резонатор и синхронизирует испускание по-
следующих фотонов. Излишне широкий спектр этого
излучения не позволяет, однако, фокусировать его на
больших дистанциях от лазера.
В химических лазерах инфракрасного диапазона —
вод ородно-ф тористом, дейтериево-ф тористом и
киапородно-йодном так же, как и в газодинамических ла-
зерах, имеют место эффекты нагрева газов и создания вы-
сокоскоростных потоков. Однако основной эффект инвер-
сии заселенности энергетических уровней достигается за
счет химического взаимодействия соответственно водоро-
да и фтора, дейтерия и фтора, кислорода и йода.
Водородно-фтористый лазер обеспечивает получе-
ние разделяющихся линий излучения в диапазоне длин
волн 2,7...2,9 мкм. К 2005 г. на рабочей длине волны
2,7 мкм его предполагается использовать вне тропосфе-
ры на спутнике ПКО и ПРО США «Стар Лайт», в
тропосфере же излучения указанных длин волн (см.
рис. 11.15) сильно поглощаются.
Дейтериево-фтористый лазер отличается перено-
сом спектра излучения в диапазон 3,5...4 мкм, нижняя
часть которого сравнительно слабо поглощается тропо-
сферой. После демонстрации в 1996 г. лазерного пора-
жения тактической ракеты «Катюша» США предпола-
гают использовать такие лазеры в противоракетных
системах малой дальности [6.48].
Кислородно-иодный лазер отличается монохрома-
тичностью спектра X » 1,315 мкм, существенной для
фокусировки излучения на больших расстояниях. По-
добные лазеры с мощностью непрерывного излучения
около 3 мегаватт предполагают установить на самолете
ПРО США.
Лазерный самолет ПРО ABL (США). Самолет ABL
(Antiballistic Laser) предназначен для лучевого поражения
стартовавшей баллистической ракеты (БР) на участке раз-
гона ее двигателями в нескольких сотнях километров от
плоскости полета. Создается на основе самолета Boeing
747, оснащаемого мегаваттным кислородно-иодным лазе-
ром, первичное и поворотное зеркала которого располо-
жены в носовой части самолета ABL (рис. 6.7).
Рис. 6.7
До пуска ракеты самолет ABL патрулирует у границ
страны, угрожающей атакой баллистических ракет БР.
Для ослабления дефокусировки лазерного луча неодно-
родностями тропосферы планируют использовать мето-
ды адаптивной оптики (разд. 25.10) и выбирать специ-
альный режим патрулирования. Полет планируется на
высоте около 13 км по траектории в виде сжатой вось-
мерки с длинной осью, перпендикулярной плоскости БР.
Адаптацию к неоднородностям тропосферы (см. разд.
25.10) проводят по данным режима лазерной локации, со-
гласованной с режимом лазерного поражением цели. Со-
гласование достигается путем использованием общего для
Рис. 6.8
этих режимов деформируемого
полутораметрового жаростойко-
го зеркала, близкого к параболи-
ческому (рис. 6.8).
Деформируемость зеркала
обеспечивается составлением
его из миниатюрных пластинок,
управляемых микродвигателя-
ми. Жаростойкость зеркала дос-
тигается использованием кри-
сталлического материала пла-
стинок. Адаптация зеркала обеспечивается в результате
целенаправленного использования данных локации для
управления микродвигателями [6.48].
Варианты лазерного поражения баллистической
ракеты (БР) на этапе разгона. Левые части рис. 6.9 соот-
ветствуют этапам разгона БР, правые части (верх и низ) -
этапам ее спуска (разделение ступеней не предусматрива-
ется) [6.48].
Верхние части рис. 6.9, левая и правая, относятся к
поражению БР с жидким топливом, на что, в основном,
и рассчитан ABL.
При точно наце-
ленном луче лазера
(слева) за дости-
жимое (с учетом
кривизны Земли)
время облучения
(20...30 с) энергии
луча хватает толь-
рис ко на размягчение
(а не плавление)
участка топливного бака БР. Тем не менее, внутреннее
давление способно пробить в нем отверстие, обеспечи-
вающее выбрасывание топлива, так что БР не достигает
места назначения (справа).
Нижние части рис. 6.9 относятся к поражению БР с
произвольным топливом, в частности, с твердым. Ла-
зерный луч (слева) размягчает некоторую дугу вокруг
поперечного сечения БР, что требует больших, чем в
первом случае, затрат энергии. Размягчение приводит к
последующей деформации корпуса ракеты под действи-
ем сил инерции и аэродинамических сил (справа).
Лазерный спутник Star Lite (США). Оснащен
• зеркалом восьмиметрового диаметра, четырехмет-
рового в эксперименте 2001 г. (рис. 6.10);
• водородно-фтористым
лазером с длиной волны излу-
чения 2,7 мкм.
Расчетная длительность
излучения 1...5 с, расход топ-
лива 30 кг/с, запас топлива на
30...60 с. Лазер испытан в на-
земных условиях при длитель-
Рис. 6.10 ности излучения 0,5 с. Через
антенну на спутник выдается
командная информация. Планируется и получение собст-
венной информации о поражаемом объекте [6.48].
88
Идея пучкового поражения объектов. Укорители
создают электронные, протонные или нейтронные пуч-
ки частиц, способные проникать внутрь вещества, в
ядерный заряд боеголовки. Согласно оценкам [5.17],
пучковое протонное оружие пригодно для нейтрализа-
ции ядерных зарядов на высотах более 200 км в радиусе
1000 км при ускорении протонов до 300 МэВ.
Идея плазменного поражения объектов. В резуль-
тате интенсивного энергетического воздействия на пути
быстродвижущейся цели (головки БР, самолета) созда-
ется плазмоид - участок плазменного состояния веще-
ства, способный разрушить налетающую на него цель.
Для образования плазмы в атмосфере используют ла-
зерные и СВЧ источники энергии с высоконаправлен-
ными излучающими устройствами. Идея поражения
прорабатывалась в СССР, но встречала возражения из-
за сложности и отсутствия эксперимента [5.34].
Идея сверхширокополосного несмертельного (не-
легального) поражения людей [9.59], [9.60]. Интен-
сивное короткоимпульсное СВЧ излучение проникает
неглубоко под кожу человека (см. разд. 6.10.1), вызывая
болевой эффект из-за перегрева. Считается, что нагрев
кожи начинает ощущаться, начиная с плотностей пото-
ка энергии излучения 300 Вт / м2 при частоте непрерыв-
ных колебаний около 2,5 ГГц и 10 Вт / м2 при частоте
непрерывных колебаний около 40... 100 ГГц. Нелегаль-
ность или летальность и физиологические последствия
для нервной, иммунной и т.д. систем зависят от полу-
ченной дозы облучения.
6.9. Энергетические РЭС технологического
воздействия
Энегетические РЭС в технологических целях при-
меняются как лазеры, так и излучатели колебаний более
низких частот.
Твердотельные лазеры позволяют фокусировать
энергию для прецизионных пробивки отверстий, свар-
ки, термической закалки, используемых в производстве
изделий микроэлектроники, часовом производстве и т.д.
Микроволновые печи используются для нагревания
пищевых продуктов, позволяя применять СВЧ магне-
тронов по новому назначению.
Различные генераторы колебаний ОВЧ, УВЧ и СВЧ
используют для сушки зерна, древесины и т.п.
6.10. Энергетические РЭС биомедицинского
воздействия
Используются в медицине и ветеринарии для лече-
ния людей и животных. Подразделяются на ЭРЭС те-
рапевтического и хирургического воздействия. Выде-
ляют хирургически вживляемые информационно-энер-
гетические РЭС.
6.10.1. Энергетические РЭС
терапевтического воздействия
Действие физических факторов на организм опреде-
ляется по современным представлениям их влиянием на
протекание физико-химических процессов в клетках,
группах клеток, нервно-рефлекторной системе и систе-
мы обмена веществ организмов.
Наряду с водолечением и теплолечением неэлек-
тронного типа в физиотерапии используются механо-
лечение и электролечение с применением электроники.
Терапевтическими факторами могут быть также:
постоянные токи и напряжения; введение лекарств с
использованием постоянного тока - электрофорезу пе-
риодические импульсные и видеочастотные электриче-
ские воздействия; воздействия электромагнитных коле-
баний высоких, очень высоких, ультравысоких или
крайне высоких частот; воздействия инфракрасного,
видимого, ультрафиолетового электромагнитного излу-
чения; воздействие ультразвукового излучения.
Особенно велика роль электромагнитных волн. Сама
жизнь на Земле сформировалась под воздействием элек-
тромагнитного излучения Солнца. Суммарная плот-
ность потока мощности этого излучения в диапазоне
частот составляет около I кВт/м2. Ограничимся не-
сколькими примерами использования электромагнит-
ных волн в терапии [9.38, 9.39, 9.47, 9.48].
В так называемой УВЧ-терапии используют непре-
рывные электромагнитные колебания на несущих
27,12 МГц и 40,68 МГц мощностью 30...70 Вт, которые
по современной терминологии (см. табл. 1.1) относятся
к диапазонам ВЧ и ОВЧ, а не УВЧ. При импульсном
излучении со скважностью 1000 потребная средняя
мощность снижается до 20 Вт. Лечебным эффектом
считают тепловой, вызывающий приток крови к боль-
ному органу.
Исследуются и начинают применяться и более высо-
кочастотные колебания вплоть до излучения КВЧ и ла-
зерного излучения со значительно меньшей глубиной
проникновения в человеческий организм. Например, на
частоте 3 ГГц глубина проникновения в мышечную
ткань и кожу составляет 15 см, а на частотах 30...40
ГГц всего 0.3 см.
Наряду с тепловым проявляются и другие воздейст-
вия, мобилизующие живые силы организма и близкие
по своему характеру к информационным (резонансные
по частоте, пороговые по значениям энергий мини-
мального и максимального воздействия). Как и при иг-
лоукалывании, возможны лазерные и КВЧ воздействия
на органы, удаленные от точек облучения.
Сердечная (кардиальная) аритмия в форме снижения
пульса (брахикардии) приводит к очень большому чис-
лу смертных случаев в результате фибрилляции [9.47,
9.48]. Своевременный (что не всегда обеспечивается)
электрический удар в области сердца от внешней ЭРЭС
(дефибрилятора) спасает в ряде случаев жизни.
6.10.2. Энергетические РЭС
хирургического воздействия
В хирургических целях применяются лазерные, и
ультразвуковые ЭРЭС.
Предполагаемый эффект воздействия излучения ла-
зера на мягкие биологические ткани заключается чаще
всего в быстром их нагреве за счет поглощения лазер-
ного излучения [9.48]. Достоинствами применения ла-
зеров в хирургии являются повышенная стерильность,
локальность воздействия, быстрая свертываемость кро-
ви и, как следствие, быстрое заживление ран. Для об-
легчения управления лазерным лучом, невидимым гла-
зом, параллельно ему создается видимый.
Лазеры незаменимы в микрохирургии глаза. Они
прожигают, в частности, вторичную катаракту, образо-
вавшуюся после нагноения на искусственном хрустали-
89
ке, установленном в процессе устранения первичной
катаракты. Они приваривают отслоившуюся сетчатку
глаза и лечат глаукому без вскрытия глазного яблока.
Одна из разрабатываемых в последнее время тонких
хирургических процедур сводится к формированию
10... 15 ММ-кана7ов кровотока с помощью лазера к
сердечной мышце.
Ультразвуковое излучение повышенной мощности
используют для дробления камней, образующихся при
желчно-каменной, мочекаменной и почечно-каменной
болезнях, без вскрытия брюшной полости.
6.10.3. Хирургически вживляемые
информационно-энергетические РЭС
Крупным хирургическим достижением в борьбе с
тяжелыми формами брахикардии, связанным с радио-
электроникой, является имплантация (вживление) сти-
муляторов сердца на основе интегральных схем. Им-
плантация предотвращает необходимость рискованного
использование внешних дефибрилляторов. К настояще-
му времени проведено уже большое число успешных
имплантаций, спасших больных от гибели [9.48].
Разрабатываются информационно-энергетические про-
тезы, заменяющие действие поврежденных каналов пе-
редачи физиологической информации, что устраняет
паралич конечности или тремор (дрожание) при болез-
ни Паркинсона. Протезирование состоит в имплантации
тонких проводников, позволяющих вывести из орга-
низма управляющую информацию и ввести энергетиче-
ское воздействие на мышцу. Часть протезирующей
ИЭРЭС размещается в этом случае вне организма.
6.11. Энергетические РЭС
добывания и транспортировки энергии
Для получения и преобразования в электрическую
энергию используют источники различных видов энер-
гии: химической, гидродинамической, ядерной, аэроди-
намической, энергии излучения Солнца.
Системы приема солнечной энергии и преобразова-
ния ее в электрическую [9.1, 9.3, 9.4, 9.44-9.45] могут
рассматриваться как своеобразные ЭРЭС, предназна-
ченные для добывания и преобразования энергии излу-
чения Солнца. Остановимся на вариантах собственного
обеспечения энергией ИСЗ и передачи энергии с ИСЗ на
Землю и на другие ИСЗ.
Системы собственного энергетического обеспече-
ния ИСЗ на основе использования солнечной энер-
гии. Включают солнечные и аккумуляторные батареи,
устройства ориентации ИСЗ и солнечных батарей, рас-
пределительно-регуляторное устройство.
В качестве источников питания для навигационных
спутников GPS применяются металлощелочные преоб-
разоватечи с весовым и поверхностным параметрами
2
энергоотдачи 5 Вт/кг и 160 Вт/м и с коэффициентом по-
лезного действия в нагруженном состоянии 18... 19 %.
Предполагается довести КПД до 24...30 %. Еще боль-
ший КПД около 35...40 % предполагается получать от
двухслойных термоионно-металлощелочных преобразо-
вателей. Температура нагрева снижается при этом с
1700... 1800 до 1050 °К в первом (термоионном) и с
1050 до 550 °К во втором (металлощелочном) слое.
Предусматриваются аккумуляторные батареи, вос-
полняющие расход энергии в периоды наибольшего
энергопотребления ИСЗ и подзаряжающиеся, когда оно
падает. Устройства ориентации спутников (или солнеч-
ных батарей) в направлении прихода солнечных лучей
повышают эффективность энергоснабжения.
Проекты передачи солнечной энергии с ИСЗ на
Землю и на другие ИСЗ. Передача энергии с ИСЗ на Зем-
лю начала разрабатываться в США еще в 1973-1980 тт. на
фоне кризисных явлений с закупкой нефти. Интерес к
такой передаче возродился и в США, и в Японии. Для
отработки элементов спутниковой системы в США ве-
дутся работы по развертыванию наземного эксперимен-
тального комплекса на уровне мощности 100 кВт. Пол-
номасштабный вариант системы предусматривает за-
пуск на геостационарные орбиты ряда ИСЗ с фотоэлек-
трическими преобразователями солнечной энергии в
энергию постоянного тока. Каждый ИСЗ не должен по-
падать в тень Земли в течение 99 % времени вследствие
23-градусного наклона оси вращения Земли по отноше-
нию к орбите ее вращения вокруг Солнца.
Энергия постоянного тока преобразуется в энергию
СВЧ с помощью недорогих магнетронных генераторов
и передается остронаправленными спутниковыми ан-
теннами на участок земной поверхности с ректеннами,
т.е. антенно-выпрямительными устройствами, преобра-
зующими принимаемую СВЧ энергию в энергию посто-
янного тока.
Разрабатываются меры экологической безопасности
и безопасности обслуживающего персонала.
Разрабатывается вариант централизованного энерго-
снабжения систем ИСЗ от нескольких энергетических
ИСЗ на геостационарных орбитах при мощности каждо-
го 50... 100 кВт.
Энтузиасты новых технологий отмечают практиче-
скую неисчерпаемость запасов энергии, ее «экологиче-
скую чистоту», перспективу снижения стоимости полу-
чения. Переход к новым технологиям сравнивается по
последствиям с переходами от сжигания древесины к
сжиганию угля, затем нефти и газа и т.д. [9.44-9.46].
6.12. Расположение материала
по ЭМС, РЭБ и ЭРЭС в Справочнике.
Ссылки на литературу
Материал по ЭМС, РЭП, РЭЗ, РЭР продолжается в
разд. 13, посвященном, в частности, помехам и моделям
помех.
Прямое отношение к этим разделам имеет разд. 11 и
14-25, посвященные, соответственно, дальности дейст-
вия РЭС и извлечению информации на фоне помех.
Системотехнику РЭБ и РЭР затрагивает разд. 12.
Дополнительный материал содержится в источниках:
• по вопросам ЭМС в [0.40, 0.55, 6.4—6.8];
• по вопросам РЭБ и РЭР в [2.94, 6.1, 6.2, 6.9, 6.11,
6.15, 6.16, 6.40, 6.48, 6.99];
• подвопросам ЭРЭС в [0.11, 5.17, 6.15, 6.16, 6.48,
9.38-9.40, 9.44-9.48].
Дополнительные источники можно искать в библио-
течных каталогах: а) по вопросам ЭМС в разделах УДК
621.391, 82, ББК 32.84 (3.84); б) по вопросам РЭБ в раз-
делах УДК 623.62, УДК 355/359, ББК 68.9 (Ц.9).
90
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ФИЗИЧЕСКИЕ И СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ РЭС
7. РАЗНОВИДНОСТИ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ
МОДУЛЯЦИИ ЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
7.1. Общие сведения
В процессе зондирования, обзора пространства и со-
провождения целей имеет место модуляция зондирую-
щих и отраженных сигналов. Наряду с временной моду-
ляцией их амплитуды и фазы в передатчике при обзоре
пространства возникает пространственная модуляция.
Ниже рассматриваются основные варианты
пространственно-временной модуляции сиг-
налов активной локации. Излагаемые ниже
сведения продолжают материал разд. 2. Мо-
дуляционные эффекты, возникающие при
вторичном излучении целей, отнесены в разд.
8. Возникновение подобных эффектов в сре-
дах распространения обсуждается в разд. 11.
Специальные вопросы модуляции и обработ-
ки сигналов рассматриваются в разд. 16-25.
Теоретическое рассмотрение пространствен-
но-временной модуляции продолжается в разд. 18 [0.7,
0.42,2.12,2.20,2.21, 2.29, 2.32,2.52, 2.54, 9.14].
7.2. Временная модуляция сигналов
активной радиолокации
Закон временной модуляции зондирующих сигналов
влияет на разрешение по дальности и скорости, на точ-
ность их измерения. К модуляции зондирующих сигна-
лов относятся:
• излучение близких к непрерывным смодулиро-
ванных сигналов;
• периодическая или непериодическая амплитудная
импульсная модуляция зондирующего сигнала;
• импульсная модуляция с частотной модуляцией в
пределах импульсов;
• импульсная модуляция с фазовой манипуляцией в
пределах импульсов;
• частотная модуляция или фазовая манипуляция
близких к непрерывным сигналов;
• многочастотное излучение импульсных сигналов
и, в частности, излучение импульсов на различающихся
частотах;
• комбинация перечисленных видов модуляции.
Первые два сигнала называют простыми сигналами,
остальные - сложными (широкополосными) сигналами.
7.2.1. Амплитудная импульсная модуляция
зондирующего сигнала
Пусть передатчик однопозиционного импульсного
радиолокатора (см. рис. 2.4) излучает короткие радио-
импульсы длительности ти без внутриимпульсной мо-
дуляции, следующие с периодом ТИ. Характеристика
направленности антенны при этом не перемещается.
Радиоимпульсы y(t), отраженные от точечных целей
(/ = 1, 2, ...), запаздывают на время t3/ = 2гц//с относи-
тельно зондирующих (рис. 7.1,а). Осциллограмма вы-
ходного напряжения приемника наблюдалась в первых
радиолокаторах на экранах электронно-лучевых трубок
(рис. 7.1,6) индикаторов с амплитудной отметкой. На
вертикально-отклоняющие пластины трубки подавалось
продетектированное напряжение приемника u(t). Элек-
тронный луч развертывался по горизонтали в течение
линейно-нарастающих участков напряжения (рис.7.1,в),
запуск разверток производился во время зондирования.
Шкала времени градуировалась в единицах дальности.
Рис. 7.1
Условие однозначного измерения дальности при
периодическом импульсном излучении. Является
наиболее распространенным условием выбора интерва-
ла Ги между радиоимпульсами. Имеет вид
7и — ^зтах = ^Гцщах/ с- (7.1)
Здесь Гцтах - максимальная дальность, определяемая
энергетикой РЛС.
При несоблюдении (7.1) отраженный сигнал наблю-
дается на последующем ходе развертки (штриховые ли-
нии рис. 7.1,а,б). Без отступления от периодичности из-
лучения это приводит к неоднозначному измерению
дальности.
Наряду с периодом ТИ выражение (7.1) характеризу-
ет частоту следования импульсов = 1/Ги, обеспечи-
вающую однозначность измерения дальности. Возмож-
ности измерений дальности при невыполнении (7.1) об-
суждаются в разд. 18.3.2.
Мера разрешающей способности по дальности.
На экране индикатора (рис. 7.1,6) цели 1 и 2 разреша-
ются по дальности.
На рис. 7.2,а,б показан переход от неразрешения к раз-
решению. Прямоугольные импульсы одинаковой ампли-
туды на входе приемника сомкнуты (рис. 7.2,а). Внутри-
импульсная модуляция отсутствует. Раздельно отфильтро-
ванные в оптимальном (согласованном, см. разд. 16.3.4 и
18.3) приемнике импульсы имеют треугольную форму
огибающей. Огибающие (рис. 7.2,6) перекрываются на
уровне 0,5. Максимум оги-
бающей одного из импуль-
сов накладывается на нуле-
вое значение другого, при
дальнейшем их сближении
это уже не обеспечивается.
Ориентируясь на рассмот-
ренный случай, вводят
91
меры разрешающей способности по времени Д/3 = ти и
по дальности Дг = сти/2. При ти = 1 мкс значение Дг =
= 150 м. Реальное разрешение несколько хуже из-за ко-
нечной ширины следа электронного луча, из-за неоди-
наковой амплитуды разрешаемых сигналов и т.д. Воз-
можна в принципе и лучшая разрешающая способность,
но при отказе от предельной дальности наблюдения це-
лей на фоне шума (см. разд. 18.9).
Автоматическое сопровождение (АС) целей по
дальности (времени запаздывания). Широко исполь-
зуется наряду с визуальным наблюдением. Устройство
сопровождения выбранной цели (рис. 7.3) повторяет
интуитивные действия человека-оператора.
Импульс
синхронизации
Рис. 7,3
Прогнозируя положение движущейся цели, оператор
сравнивает его с результатом текущего наблюдения и учи-
тывает невязку при следующем прогнозе. Аналогично
временной дискриминатор устройства АС (рис. 7.3) срав-
нивает запаздывание текущего видеоимпульса u(f) с
прогнозированным. Для этого импульс u(t) перемножа-
ется в нем с опорным напряжением цОп(0 ~ стробом.
Строб содержит два импульса противоположного зна-
ка - полустроба, временное положение которых Го ус-
танавливается по прогнозу. Результат перемножения
подается на интегрирующий усилитель. Его выходное
напряжение не изменяется, если текущий импульс u(t)
(рис. 7.3) соответствует прогнозированному. Если же
импульс u(t) пришел позже или раньше прогнозирован-
ного, напряжение мин(0 интегрирующего усилителя по-
лучает положительное или отрицательное приращение.
Напряжение мин(г) воздействует на устройство управ-
ляемой временной задержки, смещающее строб относи-
тельно импульса синхронизации с целью сопровожде-
ния поступающих видеоимпульсов.
Указанные операции повторяются многократно. Из-
мерение времени запаздывания (дальности) производит-
ся по положению строба. Первоначальное положение
строба задается оператором либо устройством автомати-
ческого захвата на АС. Сопровождение повышает точ-
ность и помехозащищенность измерения за счет накоп-
ления информации (см. также разд. 21.4 и 22).
7.2.2. Другие разновидности временной
модуляции
В большинстве современных радиолокаторов ис-
пользуют сложные законы модуляции зондирующих
сигналов, учитывая нереализованное в начале развития
радиолокации обстоятельство. Потенциальная разре-
шающая способность по времени запаздывания опреде-
ляется в общем случае не длительностью зондирующего
сигнала, как это следует из неоправданно распространен-
ного толкования (рис. 7.2,а,б). Для сигналов с внутриим-
пульсной модуляцией она определяется их полосой час-
тот ПИ > 1/ги. Только для импульсных сигналов без внут-
риимпульсной модуляции (рис. 7.2) значение 77и= 1/ги.
Мера разрешающей способности по дальности
Дг = с/277и.
Частотная модуляция (рис. 7.4,а) и фазовая мани-
пуляция (рис. 7.4,6) радиоимпульсов (рис. 7.4,в) расши-
ряют амплитудно-частотный спектр (рис. 7.4,г). На
рис. 7.4 Д/ - девиация частоты, т0 - длительность эле-
мента фазоманипулированного радиоимпульса. Для
частотно-модулированного радиоимпульса (рис. 7.4,а)
ширина спектра 77и = Д/ (кривая 1, рис. 7.4,г) много
больше ширины спектра радиоимпульса без внутриим-
пульсной модуляции (кривая 3). Это же относится и к
ширине 77и » 1/Д) >:> 1/^и спектра радиоимпульса с фа-
зовой манипуляцией (кривая 2).
Ти
Рис. 7.4
Произведение 77иги называют коэффициентом ши-
рокопол осн ости либо базой сигнала. Использование
внутриимпульсной модуляции позволяет увеличить дли-
тельность зондирующих импульсов ги, а значит и излу-
чаемую энергию при ограниченной пиковой мощности,
не ухудшает, а даже улучшает разрешающую способ-
ность по дальности. Необходимая для реализации этого
обработка сигналов рассматривается в разд. 16-19.
Многочастотное излучение в каждом угловом на-
правлении снижает, кроме того, вероятность замираний
из-за «мерцания» целей, поскольку замирание на двух
частотах менее вероятно, чем на одной.
В последнее время выявилась возможность генера-
ции крайне больших мощностей (порядка гигаватт) при
крайне малых (порядка наносекунд) длительностях им-
пульсов, обладающих широким (порядка гигагерца)
спектром частот [2.111]. Поэтому наряду с вариантом
широкополосного генерирования импульсов обычной
длительности обсуждается генерирование сверхкорот-
ких видеомпульсов, нижние составляющие спектра ко-
торых отпадают при излучении и приеме.
Этот путь сможет в определенной мере конкуриро-
вать с использованием сложных сигналов, если удастся
обеспечить достаточную для решения локационных за-
дач не только мощность, но и энергию излучения. По-
следнего можно ожидать для радиолокаторов малой
дальности. Возможно, однако, дополнительное накопле-
ние энергии и в пространстве (см. разд.7.3), но это связа-
но с определенными технологическими усложнениями.
92
7.2.3. Влияние временной модуляции
на разрешение целей
по радиальной скорости и ее измерение
Сигналом, обеспечивающим достаточно хорошие
разрешение и измерение радиальной скорости, является
близкий к гармоническому сигнал большой длительно-
сти. Эффект Доплера при отражении сигналов от дви-
жущейся цели сказывается при этом особенно отчетли-
во. Варианты выбора временной модуляции с позиций
совместного учета требований разрешения и измерения
по дальности и скорости рассматриваются в разд. 18.
7.3. Примеры пространственно-временной
модуляции сигналов однопозиционной
активной радиолокации
На характер совокупной пространственно-времен-
ной модуляции сигнала наряду с законом его временной
модуляции в передатчике может существенно влиять
закон изменения во времени ориентации и параметров
антенны. При использовании зеркальных и вибратор-
ных антенн применяются методы кругового и сектор-
ного обзора пространства по одной и двум координа-
там (см. разд. 7.3.1 и 7.3.2). Использовались ранее и
продолжают использоваться в простейших случаях ме-
тоды конического и других видов двумерного разверты-
вания луча антенны (см. разд. 7.3.3 и 7.3.4). Своеобраз-
ные методы пространственно-временной модуляции
используют в случае применения антенн с частотным
сканированием (см. разд. 7.3.5), антенных решеток (см.
разд. 7.3.6-7.3.8), апертурного синтеза на основе взаим-
ного перемещения локационных антенн и целей (см.
разд. 7.4), а также локации с активным запросом и отве-
том (см. разд. 7.5).
7.3.1. Круговой обзор
по одной угловой координате
Для лучшего наблюдения сигналов, отраженных це-
лями на фоне шума, поочередно концентрируют энергию
зондирующих сигналов в различных направлениях, со-
вершая последовательный обзор пространства. Простей-
шим способом обзора является круговой. Его реализуют
(рис. 7.5,а), вращая остронаправленную по одной угловой
координате антенну со скоростью ид = 3...20 оборотов в
минуту или Од = 6/?д = 18...120 угловых градусов в се-
кунду. При ширине характеристики направленности на
заданном уровне Д₽д угловых градусов каждое направ-
ление облучают за время гобл = АРа / Qv Поделив время
облучения на период следования импульсов ТИ (7.1), оце-
ним число излучаемых в каждом направлении импуль-
сов. Если, например, яд = 6 об / мин, а ДРд = 1,8°, то Гобл
= 1,8 / 36 = 50 мс. Для rmax = 450 км и ТИ > Гзтах = = 450 /
150 = 3 мс в каждом таком направлении число зонди-
рующих импульсов М< 50 / 3 » 17.
Чтобы провести аналогичный расчет в режиме пере-
дачи-приема, вводят ширину эквивалентной характери-
стики направленности дрэ на передачу-прием. Пусть на
прием используют ту же характеристику направленно-
сти, что и на передачу. Эквивалентная характеристика
направленности на прием-передачу практически при-
мерно в 1,5 раза уже, чем только на передачу. Число
принимаемых импульсов М < 12. Совокупности прини-
маемых при обзоре радио- или видеоимпульсов (рис. 7.5,6)
называют пачками принимаемых импульсов.
Рис. 7.5
Круговой обзор используют для наблюдения воз-
душного пространства, суши и моря, а также поверхно-
сти Земли с летательных аппаратов.
Индикаторы кругового обзора (ИКО). Обеспечи-
вают наблюдение яркостных отметок целей на экранах
электронно-лучевых трубок с послесвечением. На
управляющий электрод трубки подается продетектиро-
ванное напряжение приемника. Оно изменяет яркость
следа электронного луча - светящегося пятна на экране
трубки. Электронный луч подвергают развертыванию -
радиальному и азимутальному.
Радиальное развертывание проводят от центра к пе-
риферии трубки в направлении азимутального положе-
ния характеристики направленности антенны (рис. 7.5,а).
Азимутальное развертывание сводится к изменению на-
правления радиального развертывания. На экране высве-
чиваются следы импульсов пачки (рис. 7.5,6), образуемые
в процессе перемещения характеристики направленности
и сливающиеся в светящуюся дужку (рис. 7.5,в). Радиус
дужки определяется дальностью, ее центр - азимутом це-
ли. Совокупности дужек отображает потоки целей.
Для упрощения отсчетов координат на экране инди-
катора формируют кольцевые и радиальные метки
электрического масштаба. Подаваемая на индикатор
информация часто преобразуется в цифровую форму.
Автоматическое сопровождение при круговом об-
зоре. Проводится по дальности и угловым координатам.
Сопровождение по дальности несущественно отличает-
ся от рассмотренного в разд. 7.2.1.
Сопровождение по азимуту отличается расширением
стробов сопровождения за счет перерывов наблюдения
в процессе обзора. Каждый из простробированных ви-
деоимпульсов пачки растягивают на период Ги с сохра-
нением его амплитуды. Сопровождение сплошного ви-
деоимпульса, образованного из пачки, по временному
положению - это и есть сопровождение отстробирован-
ной цели по азимуту.
Полуавтоматическое сопровождение при круго-
вом обзоре. Отличается тем, что выводимые на экран
индикатора стробы сопровождения вручную подправ-
ляются оператором таким образом, чтобы отметка от
сопровождаемой цели находилась в центре строба. Ис-
пользуется при невысокой точности прогноза данных о
цели (низкий темп обзора, наличие помех и т.д.).
7.3.2. Секторный обзор по одной угловой
координате (секторное развертывание
(сканирование) луча антенны)
Может быть механическим и электрическим (см.
разд. 7.3.4-7.3.7).
93
Механическое развертывание осуществляют, пере-
мещая облучатель зеркальной антенны без перемеще-
ния ее в целом или всю антенну. Для визуального на-
блюдения используют индикацию с яркостной отметкой
на индикаторах секторного обзора: с развертыванием
изображения в прямоугольных координатах «дальность
- азимут», «азимут - дальность» (рис. 7.6,а), «дальность
- угол места» или «угол места - дальность» (рис. 7.6,6),
«высота - дальность» или «дальность - высота».
а) б) в)
Рис. 7.6
На индикаторах «угол места - дальность» линии по-
стоянных высот Нц = rusineu при условии ец « 1 соот-
ветствуют гиперболам гцец « Нц = const. На индикато-
рах «дальность-высота» гиперболы пересчитываются в
горизонтальные прямые Нц = const (рис. 7.6,в).
Наряду с визуальным наблюдением используют по-
луавтоматическое и автоматическое сопровождение па-
чек импульсов по дальности и угловой координате.
7.3.3. Методы точного
автосопровождения
Метод конического развертывания. Широко ис-
пользовался на заре радиолокации и используется в на-
стоящее время только для малогабаритных локаторов,
обеспечивая точное измерение двух угловых координат
и автоматическое сопровождение одной цели при одно-
канальном приеме. Импульсная генерация колебаний
передатчика сочетается при этом с коническим развер-
тыванием двумерной характеристики направленности
антенны. Облучатель параболической антенны выносят
для этого из фокуса параболоида и вращают вокруг оси
антенны. Ось характеристики направленности вращает-
ся тогда по конической поверхности (рис. 7.7,а).
Ось конуса (рис. 7.7,а) определяет равносигнальное
направление. При наблюдении цели в этом направлении
и малой равносигнальной зоны вокруг него амплитуды
отраженных радиоимпульсов не модулируются. При
смещении цели ОЦ (рис. 7.7,6) за пределы равносиг-
нальной зоны наблюдается амплитудная модуляция им-
пульсов колебаниями частоты развертывания Q с глу-
биной, пропорциональной указанному смещению.
94
В процессе вращения измерительный электрический
генератор, ротор которого механически связан с облу-
чателем, вырабатывает опорное напряжение частоты Q
Временной сдвиг cp/Q между модулирующим и опор-
ным напряжениями той же частоты (рис. 7.7,в) характе-
ризует угловое смещение цели (р в картинной плоскости
(рис. 7.7,а). Получаемая информация позволяет автома-
тически сопровождать цель по углам и дальности.
Моноимпульсные методы. Повышают точность и
помехозащищенность измерения угловых координат за
счет известного усложнения обработки, см. разд. 21.5.
7.3.4. Обзор по двум угловым координатам
на основе зеркальных и вибраторных
антенн
Обзор в одноцелевых и малоцелевых РЛС. Реали-
зуется при наличии одного или двух совмещенных в
одном пункте радиолокационных каналов.
При использовании одного радиолокационного кана-
ла с иглообразным лучом
возможны спиральный
(рис. 7.8,а) и кадровый
(рис. 7.8,6) двумерные
секторные обзоры.
Возможен, хотя и реже
встречается, двумер-
ный одноканальный
рис 7 g винтовой обзор (круго-
вой обзор с непрерыв-
ным подъемом угломестного сектора).
При использовании комплекса из двух наземных ра-
диолокационных каналов с узким по одной из угловых
координат (только по рц или только по 8ц) лучами воз-
можен независимый секторный обзор в координатах
«азимут - дальность» и «угол места - дальность». Ото-
ждествление принадлежности получаемых каналами
данных к той или иной конкретной цели реализуют по
совпадению измеренных дальностей.
Комплексы средств кругового и секторного обзо-
ра - дальномеров и высотомеров (рис. 7.9).
Дальномеры, т.е. РЛС кругового обзора с узкими ха-
рактеристиками направленности антенны в горизон-
тальной плоскости и с широкими в вертикальной
(сплошная линия на рис. 7.9), выдают информацию о
дальностях и азимутах целей.
Высотомеры, т.е. РЛС секторного обзора с узкой в
вертикальной плоскости характеристикой направленно-
сти (штриховая линия рис. 7.9), позволяют определять
угол места и высоту целей на дальностях и азимутах,
выданных дальномером. Однако реализуемое неболь-
шое число высотомеров ограничивает число наблюдае-
мых целей и пропускную способность комплекса.
Трехкоординатные многоцелевые РЛС. Обеспе-
чивают высокую пропускную способность. Имеют
обычно несколько каналов обработки. При этом поток
информации о целях, распределенных по углам места,
составляется не только последовательно, но и парал-
лельно во времени, что сокращает общее время обзора.
Возможный вид пространственно-временной модуля-
ции зондирующих сигналов (рис. 7.10,а) сводился к излуче-
нию импульсных сигналов на различающихся частотах в
различных угломестных направлениях. Часто реализовал-
ся многоканальный прием. Все это обеспечивалось систе-
мой передающих каналов и антенных облучателей при ис-
пользовании общего вращающегося зеркала.
В настоящее время трехкоординатные РЛС реали-
зуют на основе более простых пространственно-
временных сигналов. Часто используется одноканаль-
ное (как у дальномера, рис. 7.9) излучение, но многока-
нальный прием (рис. 7.10,6). Приемные каналы со сдви-
нутыми угломестными характеристиками направленно-
сти называют парциальными приемными каналами. Ва-
рианты обзора (рис. 7.10,а,б) могут комбинироваться.
а) б)
Рис. 7.10
Многоканальный прием сложнее одноканального, но
имеет ряд достоинств. При этом не только сокращается
время обзора пространства, но и повышается точность
измерения, создаются условия для повышения помехо-
защищенности РЛС. Переход к многоканальному прие-
му облегчался прогрессом элементной базы локации.
7.3.5. Пространственно-временная
модуляция сигналов при использовании
частотно-зависимых антенн
Частотно-зависимые антенны - антенны, характери-
стики направленности которых в окрестности главного
лепестка
F(0,/«F(0-A/),
существенно зависят от часто-
ты колебаний f.
Коэффициент углочастот-
ной чувствительности к опре-
деляет угловое смещение ха-
рактеристик (рис. 7.11) при из-
менении частоты на один МГц.
Если ДО - ширина характе-
ристики направленности антенны на некотором уровне,
то Д0/к соответствует изменению частоты в МГц,
смещающему характеристику направленности на эту
ширину.
Полоса частот 77, которую можно излучить в каждом
направлении, также равна Д0/£.
0
Рис. 7.11
Изменение частоты в пределах от f\ приводит к
одноканальному формированию ц парциальных характе-
ристик направленности, взаимно смещенных на ДО, где
М = (/ц -/i)/Z7 + 1 = k(fa+ 1.
Частотная зависимость антенн, наряду с режимом
зондирования, проявляется в режиме приема. Если ан-
тенна преимущественно излучает колебания частоты f в
некотором направлении, то наилучший прием колеба-
ний частоты f обеспечивается для этого же направления.
Обзор (сканирование) при изменении частоты
колебаний. Дискретно изменяя частоту колебаний/на
77 ~ ДО/Zr, можно обеспечить скачкообразный обзор за-
данного сектора пространства. Переходные процессы в
антенне несущественны, если время облучения каждого
направления превышает 1/77.
Возможен обзор и в случае непрерывного изменения
частоты f за время
tv» МП- (р - 1)/(/р -/О-
то частотной модуляцией в каждом направлении можно
пренебречь. Если же
М> /1)’
то она должна учитываться.
Простота управления обзором путем изменения час-
тоты облегчает сочетание одноканального обзора по
одной из угловых координат с многоканальным обзо-
ром или автосопровождением по другой.
Так, последовательный обзор по жестко заданной
программе (круговой обзор по азимуту за счет механи-
ческого вращения антенны) можно сочетать с многока-
нальным обзором по углу места путем дискретного час-
тотного сканирования. Достоинством частотного скани-
рования при этом является упрощение приемо-
передающих трактов, недостатком - ограничение поло-
сы частот в угломестных каналах.
7.3.6. Антенные решетки
Использование антенных решеток (АР) резко по-
вышает оперативность пространственно-временной мо-
дуляции, что обеспечивает своевременность получения
информации о многих целях при необходимом многооб-
разии задач, решаемых по каждой цели'.
• их обнаружения;
• сопровождения с точным измерением координат и
параметров движения, в том числе в условиях помех;
• опознавания государственной принадлежности, а в
дальнейшем распознавания целей.
Развитие современной элементной базы позволило
реализовать эти возможности, хотя переход на нее по-
требовал дополнительных затрат.
АР бывают обычно одномерными и двумерными и
состоят из дискретных излучателей, управляемых
фазовращателями или временными задержками с по-
мощью цифровых элементов.
Управление фазовращателями реализуется наиболее
просто.
Управление с помощью временных задержек позво-
ляет обеспечить большую широкополосность АР.
Наблюдается переход от пассивных АР к активным
АР, иначе переход к распределенному генерированию и
распределенным приему и обработке сигналов на осно-
95
ве АР. Этот переход означает сращивание пассивных
АР с передающими и приемными устройствами.
7.3.7. Фазированные антенные решетки
(пассивные ФАР)
Простейшей ФАР является одномерная линейная эк-
видистантная решетка, элементы которой расположены
на прямой линии с постоянным интервалом d.
Рис. 7.12,а поясняет фазовое управление лучом экви-
дистантной (rf=const) решетки с параллельным питанием
ее элементов. Фазовращатели обеспечивают фиксиро-
ванный фазовый сдвиг фо между соседними элементами
решетки. Максимум излучения (приема) соответствует
направлению 0, для которого излученные (принятые)
элементами колебания складываются в фазе. Соответст-
вующие разности хода помечены на рис. 7.12,а опреде-
ляемыми ими фазовыми сдвигами фо, 2фо, Зфо- При этом
ФО = (2nt/sin0)/X и 0 = arc sin (фоХ/2л<У).
Рис. 7.12
Изменяя фазовый сдвиг фо (обычно дискретными
ступенями), сканируют лучом РЛС, т.е. управляют по-
ложением максимума излучения (приема).
Возможен ряд видоизменений ФАР, рассмотренной
на рис. 7.12,а. Так, наряду с управляемыми излучателя-
ми используют и другие комбинации управляемых эле-
ментов: типа линз (рис.7.12,6), отражателей. ФАР на
рис. 7.12,6 называют также проходными.
Реализации обзора при использовании ФАР. Как
и в случае антенн с механическим управлением, участ-
ки пространства могут просматриваться последователь-
но и параллельно. Обзор осуществляют как по жесткой,
так и по гибкой программе. В частности, широко ис-
пользуется оперативное возвращение лучей для уточ-
нения траекторий уже обнаруженных целей. При скач-
кообразном обзоре непрерывно излучаемые сигналы и
пачки радиоимпульсов имеют обычно прямоугольные
огибающие.
Скорость обзора (сканирования) может изменяться в
широких пределах, будучи ограничена сверху лишь бы-
стродействием фазовращателей. Для ускорения управ-
ления в приемных ФАР вместо фазовращателей исполь-
зуют иногда смесители с управляющими гетеродинами,
ускоряющие сканирование луча.
Наряду с приемо-передающими могут использовать-
ся раздельные решетки на передачу и прием, особенно
при больших длительностях и энергиях сигналов. На
передачу’ используют тогда решетки меньших размеров,
широкие лучи которых перекрывают ряд более узких
приемных лучей межмодульной природы.
Из элементов больших решеток обычно составляют
модули. Тогда наряду с управлением модулями, подоб-
ным описанному, может осуществляться и внутримо-
дульное управление.
96
Характеристики ФАР. К ним относят, в частности:
• направленность;
• ее ширину по заданному уровню поля (мощности);
• уровень боковых лепестков ее или разностной ха-
рактеристики направленности (см. разд. 21.5.3);
• мгновенную полосу частот и др.
Характеристики специфичны [0.7; 0.67; 7.53] для:
• неразреженных и разреженных решеток;
• линейных, плоскостных (прямоугольных, круго-
вых, многоугольных) решеток;
• решеток с амплитудным взвешиванием, снижаю-
щим уровень боковых лепестков, и без него.
Характеристики простейшей многоэлементной
(М £ 1) линейной ФАР. Имеется в виду линейная ФАР,
составленная из изотропных элементов без амплитудно-
го взвешивания и разрежения. Во избежание роста бо-
ковых лепестков расстояние между элементами решет-
ки обычно выбирают равным половине длины волны
rf = £/(A/-l) = X/2.
Характеристика направленности ФАР (без взвеши-
вания), определяемая (18.35), (18.36), имеет вид sinx х,
где х « tiL' А 0/Х, L'= Lcosd « MdcosQ - «видимый»
размер решетки, Д0 = 0С - 0 - рассогласование направ-
лений приема (передачи) сигнала и оси сформированно-
го луча. Ширина характеристики направленности опре-
деляется «видимой» апертурой решетки и длиной вол-
ны Л. По половинной мощности в градусах она в дан-
ном случае составляет 50X А’. Уровень первого боково-
го лепестка при равномерном распределении поля на
апертуре ниже уровня главного лепестка на 13,2 дБ.
Дальнейшее снижение уровня боковых лепестков дос-
тигается путем регулировки (скругления, в первую оче-
редь) амплитудного распределения поля - здесь полная
аналогия со скруглением амплитудно-частотного спек-
тра согласованно обработанного сигнала и уровнем его
боковых лепестков во временной области (разд. 19.2).
Для неосевых направлений формирования луча ха-
рактеристика направленности сканирует при изменении
рабочей частоты frcfk согласно (18.35).
Вводят ширину полосы частот ФАР [0.7] в виде
Ширина полосы частот [в % от несущей] ®
» Ширине луча [в градусах],
допуская частотное отклонение луча на краях полосы
до ±1/4 ширины характеристики направленности для
направлений, отличающихся от осевого до ±60°.
Для применений, связанных со значительным повы-
шением разрешающей способности по дальности, такая
полоса недостаточна. Тогда от фазового управления
решеткой переходят к временному или фазовременному
управлению, эффективно используя различные в том
числе оптико-электронные методы (разд 7.3.9).
Фазовращатели ФАР. В качестве управляемых фа-
зовращателей используют:
• полупроводниковые диоды,
• ферритовые элементы,
• галлиево - арсенидные элементы,
• новые элементы МЭМС.
Возможен ряд видоизменений ФАР, частично пока-
занных на рис. 7.12. Единый передатчик заменяют, кро-
ме того, набором маломощных раздельно управляемых
генераторов, подключаемых к элементам решетки.
Сращивание элементов антенной и вычисли-
тельной техники. В развитие классической работы
В.А. Котельникова 1946 г. [1.4], уже в начале 60-х годов
«не только приемник, но и антенна рассматривается как
элемент вычислительного устройства, решающего зада-
чу о наиболее вероятном распределении излучателей»
[1.10]. Во второй половине 60-х годов ставится вопрос о
создании цифровых антенных решеток (ЦАР, Варюхин
В.А [8.42а]) на основе сращивания элементов ФАР и
цифровой вычислительной техники. Цифровая обработ-
ка в различных вариантах и после ФАР, и в ФАР ис-
пользуется повсеместно [2.149].
Шаги дискретных отсчетов фаз ФАР. Определяют
при цифровых методах управления по формуле
Дц/ о [град] = 360/2п [град],
где п - разрядность фазовращателя. Для четырехраз-
рядного фазовращателя Дц/о - 22,5 [град], для шести-
разрядного ц/о = 6,525 [град]. Характеристики четырех-
разрядных фазовращателей, выполненных в США по
разным технологиям, приведены в табл. 7.1 [7.54, 7.55].
Таблица 7.1. Характеристики четырехразрядных
фазовращателей
Технология Стоимость к 2000 г., долл. США Мощность, мВт Потери, дБ
Диодная 20 200 2,0
Ферритовая 100 400 1.2
Г алиево-арсенидная 40 20 6-8
МЭМС 10 1 1.5
Технология МЭМС. Это новая технология микро-
электромеханических систем. Рассчитана, в частности,
на протяженные ФАР с ограниченной мощностью излу-
чения. Постоянное напряжение по этой технологии стя-
гивает или растягивает пьезоэлектрические пленки
(рис. 7.13) емкостных элементов фазовращателей, со-
держащих воздушный и диэлектрический слои. Изме-
нения их емкостей приводят к размыканию или замыка-
нию фазовращающих цепей.
Цепь разомкнута / Низкая емкость
» д Г1ПШИ "
Цепь замкнута / Высокая емкость
Рис. 7.13
Многодиапазонные коммутируемые ФАР
(МКФАР). Поочередно работают в разных диапазонах
несущих частот, что проще создания широкой мгновен-
ной полосы частот. Так, для работы двумерной решетки
на трех несущих fa fy/2 и Уо/4 создается необходимая
конфигурация из полуволновых диполей. На частоте /о
все элементы решетки активны. После переключений с
помощью МЭМС на частоты fa2 и часть элементов
становятся неактивными на этих частотах (столбцы их
помечены стрелками рис.7.14). Часть соединяется в вер-
тикальные пары и четверки диполей с увеличенными
интервалами между ними [ 7.54, 7.55].
При/-/о/2 При/~/о/4
Рис. 7.14
Катящаяся (rolling) ФАР [2.168]. Заменяет гро-
моздкие многогранные или вращающиеся ФАР трехко-
ординатных РЛС более легкими. Катящаяся ФАР по-
мещена внутри вращающегося колеса, соосного с коле-
сом меньшего диаметра (рис. 7.15). Оба колеса перека-
тываются по концентрическим рельсам большого круга-
основания за счет приложения к указанной оси вра-
щающего момента. Положение ФАР в каждый момент
времени контролируется оптическим датчиком.
Рис. 7.15
Предложенная конструкция, усложняя обработку,
снижает вращающуюся массу и расход энергии на ее
вращение, повышает надежность, снижает уровень бо-
ковых лепестков характеристик направленности за счет
удаления вспомогательных элементов от границ ФАР.
Устраняются также неконтролируемые нестабильно-
сти вращения, что существенно увеличивает допусти-
мое время когерентной обработки, позволяя использо-
вать эффект синтеза апертуры (разд. 7.4 и 18.11) для по-
вышения показателей качества радиолокации.
7.3.8. Антенные решетки
с распределенными генерироеанием
и обработкой сигналое
К ним относят активные (АкФАР), адаптивные (Ад-
ФАР) и интеллектуальные (ИФАР) решетки.
Активные ФАР (АкФАР). Как и обычные (пассив-
ные) ФАР, повышают оперативность пространственно-
временной модуляции. В них дополнительно:
• устраняются потери энергии в длинных передаю-
щих и приемных фидерных трактах,
• повышаются излучаемая энергия и надежности
эксплуатации за счет сложения мощностей в простран-
стве, генерируемых твердотельными приборами;
4—4251
97
• упрощается защита от мощных сигналов и снижа-
ется коэффициент шума из-за распределенного приема;
• расширяется полоса частот при переходе к твердо-
тельным приборам малой мощности и улучшается ком-
пенсация помех при проведении ее на высокой частоте.
С другой стороны, не решен еще ряд проблем:
• создания монолитных приемопередающих моду-
лей на основе нитрид-галлиевых GaN транзисторов;
• охлаждения и питания АкФАР;
• управления и контроля работоспособности АкФАР;
• понижения стоимости АкФАР. Преимущества их
стоимости перед пассивными начинают сказываться
при числе элементов 10л и более [2.139, 2.149].
Адаптивные (АдФАР). По принятой пока терми-
нологии, адаптивная ФАР автоматически создает про-
валы в характеристике направленности приема, ориен-
тированные на источники помех (см. разд. 17, 25.7)
[1.10,2.8].
Интеллектуальные (smart) ФАР. Они обеспечива-
ет адаптацию и на прием, и на излучение, а также к вы-
ходу из строя антенных элементов (разд. 25) [ 2.149].
7.3.9. Широкополосные антенные решетки
Антенные решетки с временным и фазовремен-
ным управлением. Рассмотренные выше ФАР намного
широкополоснее антенн с частотным сканированием.
Еще большее отношение ширины полосы к несущей
обеспечивают решетки (рис. 7.16,а) с управляемыми
временными задержками. Значения задержек то, 2то, Зто
кратны управляемому значению то. Линии задержки за-
меняют здесь управляемые фазовращатели со сдвигами
фаз, кратными уо- Это позволяет совместить огибаю-
щие напряжений при неодинаковых запаздываниях до
элементов (в частности, для большой антенной решетки
или при использовании широкополосных сигналов,
обеспечивающих высокое временное разрешение).
Рис. 7.16
Решение задачи упрощается при включении регули-
руемых линий задержки в группы управляемых по фазе
элементов (в подапертуры). Влияние временной регу-
лировки на основную фазовую регулировку исключает-
ся, если задержки округлены до значений, кратных пе-
риоду колебаний несущей частоты 1//о (рис, 7.16,6). По-
дапертуры могут перекрываться, что позволяет созда-
вать спадающие к краям амплитудные распределения,
снижая уровень боковых лепестков [0.7, 7.55].
Линза Ротмана. На наружной поверхности эквива-
лента линзы (рис. 7.17, слева) выделены входы диа-
граммообразования 1, 2, ..., к которым подводятся на-
пряжения источника излучения пассивной ФАР [7.62].
Они подаются с различными задержками к элемен-
там антенной решетки (справа от эквивалента линзы).
Излучения этих элементов формируют практически
плоский фронт волны. Различным входам диаграммо-
образования соответствуют различные характеристики
направленности. Задержки формируют с помощью вол-
новодов или коаксиальных кабелей с разными типами
волн, ТЕМ в частности. Форма «линзы» может отли-
чаться от формы (рис. 7.17), тогда используют термин
«эквивалент линзы».
Рис. 7.17
Решетки с распределением широкого спектра
частот сигнала между элементами. На элементы
/= 1,2,...Млинейной эквидистантной решетки подают, в
простейшем случае, вырезки из гармонических колеба-
ний с частотами f = fa+k/T, k=i взаимно сфазированные
при t = 0, Г, 2Г,... . Решетка излучает тогда короткие
импульсы с периодом Т\
• в направлении своей оси 9=0;
• в других направлениях 9, в которых разности хода
по фазе для каждой £-й частотной вырезки
_ 11 d r . _ t ।
2ттЯ: /0 smO- -
с Т J
поочередно компенсируются, т.е. при sin9=cr f^Td .
Это обеспечивает за время Т быстрое сканирование не-
которого сектора короткими импульсами длительностью
Т/М и полосой частот М / Г без применения переменных
задержек. Траекторная обработка (см. разд. 22-23) упро-
щается, а ее эффективность повышается [2.119], [2.162].
РЛС-дальномеры наиболее упрощаются в случае од-
ноэлементного широкополосного приема отраженной
волны [2.162]. Но два потенциально возможные вида
накопления энергии сигнала - межэлементное в АР и
временное - сводятся тогда лишь к одному, временно-
му, хотя и когерентному. Энергия поля используется не
полно. Угловая избирательность приема в частотном
диапазоне ослаблена. Для указанных РЛС не столь уже
сложен многоэлементный прием, который
можно реализовать на основе фильтровой обработки,
без перестройки временных задержек и фазовращате-
лей. Вместо одного слабо направленного приемного ка-
нала синтезируется М остроноправленных антенных
неперестраиваемых каналов с высокими эффективной
площадью приема и угловой избирательностью.
Волоконно-оптическое управление широкополос-
ными антенными решетками в радиодиапазоне. Опре-
деляется достижениями волоконно-оптической связи
(см. разд. 4.7.5), а также их последующим развитием
(см. разд. 3.3.1) [7.49].
Компактные световоды заменяют более громоздкие
коаксиальные и волноводные линии, облегчая одновре-
менно реализацию временного и фазовременного управ-
98
ления. В режиме излучения решетки такие световоды
подают на ее элементы оптические колебания миниа-
тюрных лазеров, модулированные переносимыми ими
радиочастотными колебанияями. Последние задержи-
ваются, по времени и фазе демодулируются микрофо-
тодиодами, радиочастотные колебания усиливаются -
все это проводится непосредственно в элементах ре-
шетки. Задержка, сдвиг фаз и коммутация оптических
колебаний осуществляются специально разработанны-
ми компактными световодными элементами с цифро-
вым управлением по командам ЭВМ.
При использовании короткоимпульсных широкопо-
лосных сигналов (разд. 7.2.2) усиление может быть заме-
нено генерацией импульсов с их синхронизацией задер-
жанными демодулированными колебаниями, поступив-
шими по световодам. В режиме приема колебания, при-
нятые и усиленные элементами решетки, модулируют
передаваемые по световодам оптические колебания.
Экспериментальная приемо-передающая радиолока-
ционная решетка [7.49] описанного вида в дециметро-
вом диапазоне волн обладала мгновенной полосой час-
тот, составляющей 50 % от несущей.
В 1999 г. испытана подобная корабельная передаю-
щая решетка сантиметрового диапазона с мгновенной
полосой пропускания 2 ГГц на несущей 9 ГГц (22 % от
несущей), предназна-
ченная для нужд РЭБ.
Оптико-радиочастотная
часть решетки разме-
щена на верхней палубе
корабля. Требуемая ин-
формация поступает в
нее из оптико-компью-
терной части, располо-
женной ниже, через
световодные кабели.
Вид оптико-радиочас-
тотной части с радиопрозрачным обтекателем показан
на рис. 7.18 [7.56].
Голограммо-оптическое управление широкопо-
лосными антеннами (антенными решетками) в ра-
диодиапазоне. Состоит в покрытии фотоэлектрическим
слоем (слоями) проводящих поверхностей антенн (ре-
шеток) миллиметрового, в частности, диапазона и соз-
дании на них оптических голограмм, динамика измене-
ния которых определяет динамику и форму характери-
стики направленности в радиодиапазоне [2.172].
Рис. 7.18
7.4. Использование апертурного синтеза
Направленное действие произвольной антенны при
фиксированной длине волн X когерентных колебаний
определяется размером ее апертуры (раскрыва). Требо-
вание пространственной когерентности (см. разд.
13.5.2) является основополагающим. Только при его
выполнении разности хода имеют закономерный харак-
тер, обеспечивая для сплошной апертуры сужение луча
примерно до Md радиан.
Заполнение же раскрыва, как это имеет место в ан-
тенных решетках, не обязательно должно быть сплош-
ным и, кроме того, одновременным.
Так, при наличии взаимных перемещений антенны и
цели с постоянными скоростями, за время когерентности
Рис. 7.13
сигнала синтезируется суще-
ственно увеличенная апер-
тура эквивалентной приемо-
передающей антенной сис-
темы (рис. 7.19).
Размер d синтезирован-
ной апертуры (СА) при ко-
герентной обработке приня-
того сигнала определяется
не физической протяженно-
стью антенных элементов, а их перемещением vAr за
время ДГ относительно цели со скоростью у.Учет этого
обстоятельства изменил облик ряда самолетных и спут-
никовых РЛС обзора и картографирования земной по-
верхности. Двумерное картографирование переходит в
трехмерное (разд. 18. 11). Круговой и секторный (боко-
вой) обзор без СА заменился в этих РЛС боковым обзо-
ром с СА, обеспечивающим высокую разрешающую спо-
собность в направлении, тангенциальном линии визиро-
вания. Для обеспечения когерентности обработки приоб-
рели существенное значение контроль и учет степени де-
терминированности движения самолета-носителя РЛС.
В силу своей специфики модуляция и обработка
сигналов при синтезе апертуры являются пространст-
венно-временными. В силу принципа относительности
возможен не только прямой, но и инверсный синтез
апертуры. Связанные с этим вопросы дополнительно
рассматриваются в разд. 18.11, 18.12.
7.5. Пространственно-временная модуляция
запросных сигналов
Используется в локации и навигации с активным от-
ветом. Желаемый запрос некоторого ответчика по ос-
новному лепестку характеристики направленности ан-
тенны запросчика может сопровождаться ложными за-
просами других ответчиков по ее боковым лепесткам.
Занятость ответчиков обработкой ложных запросов сни-
зила бы пропускную способность запросно-ответной
системы. Поэтому предусматривается исключение от-
ветов на ложные запросы по боковым лепесткам ан-
тенны запросчика путем усложнения пространствен-
но-временной модуляции запросного сигнала.
Излучение его основной части через основной канал
антенны запросчика дополняется излучением его кон-
трольной части (так называемого импульса подавления
боковых лепестков (ПБЛ), см. разд. 24.9) через кон-
трольный (ПБЛ) канал запросчика.
В канале ПБЛ используют специальную слабона-
правленную антенну или разностную диаграмму на-
правленности основной антенны (Бд рис. 7.20) для су-
жения сектора запроса или комбинацию разностной и
слабонаправленной (Fa+Fq).
Характеристика направленности антенного канала
ПБЛ (Fq или Fa+Fq)
должна перекрывать
боковые лепестки
основного антенного
канала F2, но быть
ниже уровня главно-
го лепестка в секторе
запроса.
О
О
Рис. 7.20
99
Разделение основной и контрольной частей сигнала
в ответчике осуществляется путем амплитудно-вре-
менной селекции. Отношение амплитуд принятых от-
ветчиком основного и контрольного сигналов велико
при запросе по главному лепестку и мало при запросе
по боковому. Запрос обслуживается, если указанное от-
ношение превышает установленное значение.
В режиме S вторичной радиолокации (см. разд.
24.9.3) прием импульса ПБЛ с достаточной амплитудой
нарушает синхронизацию приема запросного сигнала с
фазовой манипуляцией, ответ не формируется.
7.6. Особенности пространственно-временной
модуляции и обзора пространства
в многопозиционной радиолокации
Излучение сигналов многопозиционной радиолока-
ции проводится в общем случае с одной или нескольких
передающих позиций. Характерен случай излучения с
одной передающей позиции, отнесенной от приемной.
Пространственно-временная модуляция зондирующего
сигнала может быть в принципе такой же, что и в одно-
позиционной локации, обеспечивая в отдельных направ-
лениях излучение одинаковых или различающихся (на-
пример, частотой) сигналов. Пространственно-времен-
ная модуляция принимаемых сигналов и условия обзора
пространства сложнее, чем в однопозиционной радиоло-
кации. Усложнение связано с трудностью обеспечения
приема сигналов, отраженных несколькими целями.
На рис. 7.21 две цели Щ-] и Щ (п = 2, 3, ...) облуча-
ются радиоимпульсами, прошедшими по лучу пере-
дающей антенны 1 в ре-
жиме обзора с угловой
скоростью Qi. Цель Щ
облучится зондирующим
импульсом после цели
Ц.-1. Наряду с приемом
отраженных колебаний
антенной 1 требуется
обеспечить их прием ан-
тенной 2. Прием может
быть одноканальным или
многоканальным.
При одноканальном
приеме (рис. 7.21 харак-
теристика направленно-
сти антенны 2 (антенной
решетки, например)
должна переориентиро-
ваться на цель Щ после
ориентации на цель Ци-ь
Осуществляя «погоню»
за отраженными от целей
импульсами, ее положение должно изменяться с пере-
менной угловой скоростью О2. Организация «погони»
тем сложнее, чем больше взаимное удаление позиций
1 и 2. «Погоня» упрощается или исключается при мно-
гоканальном приеме в пункте 2 (рис. 7.22).
Однако при ограниченном числе каналов и в этом
случае возникают трудности. Требуется временное со-
гласование работы позиций, хотя и более грубое, чем в
случае (рис. 7.21).
Временное согласование работы позиций 1 и 2 по пара-
метрам обзора и по временам запаздывания можно
обеспечить, например, с помощью прецизионных линий
связи. Требования к этим линиям ослабляются при ис-
пользовании на позициях достаточно точных эталонов
времени, подобных рассмотренным в разд. 3.2.2. Согла-
сование работы позиций возможно также путем выяв-
ления сходства (корреляции) колебаний, принятых раз-
личными пунктами в отдельные моменты времени. По-
следний метод согласования применим как в активной,
так и в пассивной локации.
7.7. Особенности пространственно-временной
модуляции сигналов оптической
локации
Особенности пространственно-временной модуля-
ции оптико-локационных сигналов (см. разд. 2.3) про-
являются в процессах формирования зондирующих сиг-
налов (см. разд. 7.7.1), многоканального приема (см.
разд. 7.7.2), отражения от цели (см. разд. 8.12), прохож-
дения сигналов через турбулентную атмосферу (см.
разд. 11.3), а также при учете несовершенства элемен-
тов оптико-механического тракта (см. разд. 25.10) [9.7,
9.8,9.12, 9.14].
7.7.1. Пространственно-временная
модуляция зондирующих сигналов
(общий случай)
Происходит в процессе генерации, излучения колебаний
и прохождения их через формирующую оптическую сис-
тему (ФОС) передающего устройства. Генерируемые сиг-
налы оказываются пространственно-временными уже на
выходе генератора. Основным видом временной модуля-
ции на этапе генерации является импульсная модуляция со
скважностью до 104, чаще всего со случайной фазовой
структурой. Принцип сжатия, т.е. компенсации случайной
фазовой модуляции зондирующего сигнала (см. разд.
19.2), реализуется лишь в лазерах с синхронизацией мод,
излучающих последовательности простых импульсов с
длительностями до Ю...0,3 пс.
Наиболее сложную пространственно-временную мо-
дуляцию лазерных сигналов обеспечивают генераторы
на основе обращения волнового фронта (см. разд.
25.10). Дальнейшая пространственная модуляция опти-
ческих сигналов осуществляется в процессе прохожде-
ния их через ФОС. Управляемые пространственно
временные модуляторы света (пьезоэлектрические,
акустические и т.д.) осуществляют модуляцию ампли-
туды и фазы сигнала в ФОС, определяемую управляю-
щими воздействиями.
Пространственно-временную модуляцию зондирую-
щего сигнала в районе цели обеспечивают иногда также
за счет интерференции когерентных световых пучков,
формируемых разнесенными излучателями и модули-
руемых по фазе.
7.7.2. Пространственно-временная модуляция
при многоканальном приеме
Обеспечивает параллельный просмотр области про-
странства в пределах некоторого поля зрения. Оптиче-
ское изображение удаленных целей и помех формиру-
ется в фокальной плоскости хОу приемного телескопа
ПРТ (рис. 7.23). -
100
Рис. 7.23
Последовательное преобразование яркостей элемен-
тов оптического изображения в телевизионный сигнал
называют разверткой изображений.
От типа и особенностей развертки (дискретная или
непрерывная, равномерная, неравномерная, построчная,
чересстрочная, спиральная, радиальная, электронная,
механическая и т.д.) зависят параметры пространствен-
но-временной модуляции изображений.
В локационных средствах с автоматической обра-
боткой информации преимущественно используют ли-
нейную построчную электронную развертку, обеспечи-
вающую идентичность преобразования сигнала во всех
точках растра. Иногда применяют механическую раз-
вертку, обеспечиваемую перемещением линейной, в
данном случае, матрицы фотоприемников МФП в фо-
кальной плоскости (рис. 7.24).
Для целей в зоне Френеля плоскость изображения
находится за фокальной плоскостью (см. разд. 13.8.2).
В заключение приведем некоторые расчетные соот-
ношения, поясняющие порядок величин характеристик
устройств (рис. 7.23, 7.24).
Ширина поля зрения ограничивается выражением
0 = 2arctg(L/2F)«£/F,
где L - размер матричного или телевизионного фото-
приемника, F - фокусное расстояние телескопа. Шири-
на поля зрения может быть от десятков угловых секунд
до десятков градусов.
Разрешение приемного устройства в пределах поля
зрения зависит от характеристик оптической системы и
фотоприемника. Приемный телескоп с диаметром апер-
туры 1 м согласно (2.3) обеспечивает в видимом диапа-
зоне угловое разрешение ДОпрт порядка долей угловых се-
кунд. Линейное разрешение на дальности 200 км может
составить при этом доли метра, что позволяет разрешать
отдельные элементы цели и получать ее изображение.
При широком поле зрения угловое разрешение огра-
ничивается также фотоприемниками, образующими
матрицу МФП,
A0 = 2arctg (H2F)*UF,
I - размер фотоприемника.
7.8. Особенности пространственно-временной
модуляции сигналов гидроакустической
локации
Скорость распространения акустических колебаний
в воде v « l,5-10J м/с примерно в 210 раза меньше
скорости распространения электромагнитных колеба-
ний в свободном пространстве и сильно зависит от со-
стояния среды.
Затухание гидроакустических волн в водной среде
существеннее, чем электромагнитных в атмосфере.
Все это сказывается на характере пространственно-
временной модуляции в активных ГЛ С.
Так, при дальностях 15, 1,5 и 0,15 км (см. разд. 2.4 и
3.5) время запаздывания отраженного сигнала составля-
ет 20, 2 и 0,2 с соответственно.
Для обеспечения мер разрешающей способности по
дальности 150, 15 и 1,5 м можно использовать импуль-
сы без внутриимпульсной модуляции длительностью
200, 20 и 2 мс или же еще более протяженные ЧМ или
фазоманипулированные импульсы с полосами частот
5,50 и 500 кГц.
Относительная широкополосность сигналов П/fy при
сравнительно низких (для увеличения дальности) несу-
щих частотах /о может быть сравнительно велика.
Длины гидроакустических волн на частотах 15 кГц,
150 кГц и 1,5 МГц невелики и составляют 10,1 и 0,1 см.
Для формирования характеристики направленности на
частоте 15 кГц шириной 5° требуется раскрыв антенны
1,2 м и зона формирования (см. разд. 2.2.4) менее 10 м,
такие же, что и для соответствующей длины волны ра-
диодиапазона.
Как и в радиолокации, обзор пространства может
быть круговым или секторным, дискретным (шаговым)
или непрерывным. Используются также параллельно-
последовательные варианты обзора пространства.
Роль параллелизма возрастает из-за большого времени
запаздывания отраженных сигналов.
Преобразование электрических колебаний в механи-
ческие и обратно обеспечивается на основе соответст-
вующих:
• пьезоэффектов;
• магнитострикционных эффектов.
Гидроакустические антенны напоминают электро-
магнитные. Среди них встречаются рефлекторные (зер-
кальные), рупорные, частотно-зависимые, антенные
решетки.
При большой относительной широкополосности ан-
тенных решеток возрастает роль их фазовременного
управления (см. рис. 7.12), особенно цифрового управ-
ления [0.42, 9.2, 9.9, 9.10, 9.19, 9.21, 9.22, 9.24, 9.25,
9.27, 9.31,9.37].
101
8. ВТОРИЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
И МОДУЛЯЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ
АКТИВНОЙ ЛОКАЦИИ
8.1. Общие сведения
Вторичное излучение (см. разд. 8.2-8.13) - важней-
шая составная часть формирования сигналов активной
локации. Существенное влияние на интенсивность и
структуру вторичного излучения оказывают его поляри-
зационные (см. разд. 8.2) и модуляционные (см. разд. 8.7)
эффекты, влияющие на обнаружение и измерение пара-
метров и несущие информацию, полезную при класси-
фикации целей. Случайность ориентации и характера
вторичных излучателей (см. разд. 13) влияют на реше-
ние ряда локационных задач. Снижение локационной
заметности (см. разд. 8.11) является важным мероприя-
тием РЭБ.
Явление вторичного излучения. Возникает при
облучении препятствий волнами произвольной физи-
ческой природы. Препятствиями для электромагнит-
ных волн, например, оказываются неоднородности
электрических и магнитных параметров среды: прово-
димости, диэлектрической и магнитной проницаемо-
стей. Возбужденные падающей волной свободные и
связанные электроны препятствия становятся источни-
ками вторичного излучения в различных направлениях.
Однопозиционный (совмещенный) локатор прини-
мает обратное вторичное излучение, т.е. излучение цели
в направлении, обратном направлению прихода к ней
падающей волны. Характер вторичного и обратного
вторичного излучения зависит от ряда факторов, свя-
занных со вторичным излучателем и с зондирующим
сигналом. К ним относят: свойства материала вторично-
го излучателя, его размеры, конфигурацию, особенно-
сти переносного движения и взаимного перемещения
элементов; длину волны, закон модуляции, а в случае
электромагнитных волн - и поляризацию зондирующего
сигнала.
Линейные эффекты вторичного излучения. Воз-
никают, если, как обычно, электромагнитные свойства
вторичного излучателя описываются линейными диф-
ференциальными уравнениями. Поля вторичного излу-
чения находят точными и приближенными методами
теории дифракции, в том числе путем математическо-
го моделирования. Наряду с математическим широко
используют физическое моделирование и натурный
эксперимент. Вторичные излучатели в разд. 8.2-8.12
полагаются расположенными в свободном пространстве
с диэлектрической и магнитной проницаемостями г = 1,
ц = 1. Особенности вторичного излучения в других сре-
дах отнесены в разд. 8.13 и 11.5.
Нелинейные эффекты вторичного излучения.
Возникают при специфике материала вторичного излу-
чателя, например, наличия окисленных контактов меж-
ду участками его поверхности, приводящих к преобра-
зованиям частот [2.16].
Как отмечалось в разд. 2.5.2, приборы подповерхно-
стной нелинейной радиолокации используют для обна-
ружения скрываемых устройств на полупроводниковых
приборах (устройства подслушивания, электронные
взрыватели).
8.2. Энергетические и поляризационные
характеристики вторичного излучения
Энергетические характеристики вторичного излуче-
ния вводят как для электромагнитных, так и для гидро-
акустических волн. Поляризационные характеристики
вводятся для электромагнитных волн, являющихся по-
перечными. Гидроакустические волны, будучи про-
дольными, поляризационными свойствами не обладают.
[0.7, 0.42,2.9,2.12,2.52].
8.2.1. Эффективная площадь цели
Является важной энергетической характеристикой
вторичного излучения цели в точке приема, не завися-
щей от интенсивности первичной волны. До разд. 8.9
цель считается сосредоточенной, т.е. умещающейся (с
запасом) в пределах разрешаемого объема. Рис. 8.1 ,а,б
поясняет условия возбуждения и приема: а) вторичного
излучения в многопозиционном локаторе; б) обратного
вторичного излучения в однопозиционном локаторе.
В окрестности цели создается плотность потока
энергии первичной волны 77ц (Дж/с м2= Вт/м2), равная
численно модулю вектора Пойнтинга теории электро-
магнитного и вектора Умова теории общефизического
поля.- В точке приема на расстоянии г от цели создается
плотность потока энергии вторичной волны П^.
Реальную цель можно заменить эквивалентной це-
лью, рассеивающей изотропно всю падающую на нее
энергию и создающей плотность потока /7пр на сфере
радиуса г с площадью поверхности 4лг2, причем именно
такую, которая создается реальной целью в окрестности
приемника. Отношение мощности Р = 4лг2/7пр, рассеи-
ваемой эквивалентной целью к плотности потока энер-
гии у цели, имеющее размерность площади, и служит
искомой характеристикой
сц = Р/77ц = 4лг2Япр/77ц (8.1)
— эффективной площадью (поверхностью) вторичного
излучения цели (ЭП; ЭПЦ; ЭПВИ), а часто эффектив-
ной площадью рассеяния (ЭПР).
Таким образом, эффективная площадь оц - это пло-
щадь поверхности такого эквивалентного вторичного
излучателя, который, равномерно рассеивая всю па-
дающую на него энергию, создает в точке приема такую
же плотность потока энергии, что и реальная цель.
Выражая 77пр и Яц через квадраты амплитуд напря-
женностей электрического и магнитного полей и пре-
небрегая рассогласованием по поляризации, формулу
(8.1) преобразуют в
<7Ц = 4лг2|ЕПр|2/|£ц|2 = 4яг2|Япр|2/|Яц|2. (8.2)
Знаки модулей, проставленные в (8.2), позволяют вво-
дить в расчет комплексные амплитуды колебаний.
В многопозиционной локации величина сц зависит
от ориентации цели относительно направлений и на пе-
102
ре датчик, и на приемник РЛС. Зависимость сц от на-
правления приема в многопозиционной локации опре-
деляет плоскую характеристику направленности вто-
ричного излучения по .мощности сц = с(0, 01) при 01 = =
const. Снимая ее экспериментально, обносят приемник
вокруг модели цели рис. 8.1,а, сохраняя положение пе-
редатчика. Если же обносить приемопередатчик рис.
8.1,6, либо поворачивать модель относительно направ-
ления на приемопередатчик, будет снята характери-
стика обратного вторичного излучения.
Эффективная площадь вторичного излучения зави-
сит от двух углов и частоты в однопозиционной лока-
ции и от четырех углов и частоты в многопозиционной.
8.2.2. Поляризационные характеристики
локационных целей
Вводятся для поперечных волн, к которым принад-
лежат электромагнитные, в отсутствие искажений в сре-
дах распространения (разд.11) [2.12, 2.20, 2.40, 2.121].
Комплексные поляризационные векторы полей и
антенн. Векторы полей Е(г) характеризуются здесь
двумя изменяющимися во времени ортогональными
пространственными составляющими с амплитудами Ех 2
и начальными фазами yt2:
E(t) = ||EiCOS (2nfy- ц/О
E,cos(2it/0/ - Ч'гЯГ = Re[£se у2я/о' ],
где Е = |Е|е"/м'1 - комплексная амплитуда результирую-
щего поля, а | Е |= Е\ + Е^ - ее модуль;
s = ||cosy ejS siny||T.
- комплексный поляризационный вектор. Его состав-
ляющие выражаются через отношения амплитуд Е|/|Е| =
= cosy, Е2/|Е| = siny и сдвиг фаз ц/i - vy2 = 5. Он нормиро-
। |2 *т .
ван, |s| = s s = 1, квадрат его модуля равен единице.
Здесь использованы знаки комплексного сопряжения «*»
и транспонирования без сопряжения «т» (см. разд. 26).
Каждому комплексному вектору s можно поставить
в соответствие ему ортогональный вектор Si, такой, что
s*Ts± = 0.
Структура вектора s определяет особенности пере-
мещения конца вектора Е с течением времени. Для не-
случайного поляризации конец вектора перемещается по
эллипсу. Эллиптическая поляризация вырождается в ли-
нейную поляризацию (рис. 8.2,а,б) при 5 = 0 и 5 = л, угол
у определяет при этом плоскость поляризации. При 8 =
±л/2, у = ±л/4 поляризация вырождается в круговую
(рис. 8.2,в,г).
Поляризованные колебания поля возбуждаются и
принимаются антеннами. Поляризация антенны опре-
деляется поляризационным вектором возбуждаемого
или оптимально принимаемого ею поля.
Поляризационный базис. Это совокупность двух
нормированных ортогонально поляризованных полей:
горизонтальной и вертикальной линейных поляризаций;
круговых поляризаций с вращением по и против часо-
вой стрелки и т.д..
Существенно, что комплексные поляризационные
векторы базиса s, si всегда взаимно ортогональны.
ЭПЦ для различных поляризаций. В произволь-
ном поляризационном базисе могут быть введены че-
тыре ЭПЦ произвольной цели сн, с12, с21, с22.
Каждое значение Gkifjc, l= 1, 2) определяется при к-м
поляризации приемной антенны и /-й поляризации пе-
редающей. По аналогии с (8.2)
|^пр*](л,/=1,2).
Иначе,
Здесь \ykl - фазовый сдвиг, не учитываемый характери-
стикой од.
Уравнение преобразования поляризации и поляри-
зационная матрица цели. Пусть заданы комплексные
амплитуды поля первичной волны у цели Ец/ (/ = 1, 2) в
выбранном поляризационном базисе. Составляющие
поля вторичной волны в этом же базисе преобразуются
согласно (8.3) и принципу наложения к виду:
д/4лг2 Епр । =А j jEm + А ] 2Еи2,
(8.4)
ЕПр2=Л21£ц1+ Л22£ц2 ,
где 4/ = у[^к1е^к‘
Отсюда следует векторно-матричное уравнение
преобразовангля поляризации поля целью, соответст-
вующее скалярным уравнениям (8.4):
Епр = АЕц/а/длг2" . (8.5)
Здесь А - поляризационная .матрица цели
А = ||Л/||, (8.6)
а Епр и Ец - комплексные векторы подя в пункте приема
Епр = Н^пр 1 £пр2|| и у цели Ец — ||Ец1 Ец2|| •
Поляризационная избирательность целей. Разли-
чают поляризационно-избирательные цели и цели без
поляризационной избирательности. Последние не пре-
образуют поляризацию падающей волны. Поляризаци-
онная матрица А пропорциональна для них единичной.
В однопозиционной локации, например, к числу та-
ких целей относят гладкие выпуклые идеально прово-
дящие тела, размеры и радиусы кривизны которых су-
щественно превышают длину волны X (разд. 8.6).
103
Тонкий прямолинейный провод является, наоборот,
поляризационно-избирательной целью. Ток в нем не
возбуждается и отражение от него не возникает, если
вектор электрического поля падающей волны ориенти-
рован поперек провода (см. разд. 8.5).
Поляризационная информация о характере цели. В
узкополосной однопозиционной локации содержится в ее
поляризационной матрице - четырех комплексных (вось-
ми скалярных) параметрах. В отсутствие гиротропности
цели из восьми параметров обычно информативны пять.
Неинформативен сдвиг фаз у1Ь связанный со случайной
дальностью. По принципу взаимности а21 = ^12 и k|/2i =
= -ц/12 (поляризационная матрица эрмитова, разд. 26.1).
Набор пяти поляризационных параметров (сигнатур) со-
держит информацию об эволюциях и характере (см. разд.
24.10) целей простой формы [2.121].
В широкополосной однопозиционной локации ста-
новятся информативны поляризационные матрицы эле-
ментов цели.
8.2.3. ЭПЦ при одноканальном
и двухканальном приеме поляризованного
сигнала
ЭПЦ при одноканальном приеме. Пусть прини-
маемый сигнал Епр рассогласован по поляризации с
приемной антенной, характеризуемой поляризацион-
ным вектором snp Значение Епр в формуле (8.2) заменя-
♦у
ется на snpEnp, где Епр соответствует преобразованной
целью поляризации и определяется (8.5).
Эквивалентная ЭПЦ для произвольных поляризаций
передающей snep и приемной snp антенн составит:
сц = 4лг |snpEnp| /|ец| =|snpAsnep| .(8.7)
ЭПЦ при двухканальном приеме. Пусть прием ве-
дется на двух ортогональных поляризациях snp и snp±.
Принятые сигналы складываются в квадратуре
|snpEnp| + |snp_LEnp| = |Епр| — |^пр| •
ЭПЦ определяется выражением
сц=4лг |^Пр| /Иц| =|^snep| • (8.8)
Такой же результат получается при оптимальной поля-
ризации приемной антенны.
8.2.4. Собственный поляризационный
базис цели
Находится путем диагонализации (разд. 26.4) поля-
ризационной матрицы. Пусть ее собственные числа не-
одинаковы Ц! > ц2 и вычисляются как корни квадратно-
го уравнения
det(A - pl) = (Ли - Цц)(Л22 - р 12) - |А12|2 = 0,
где det - знак детерминанта (определителя), I - единичная
матрица, ц= diag (ц 11,^22) - собственная матрица поляри-
зационноной матрицы цели. Собственные векторы s1>2 на-
ходят, решая однородные векторные уравнения,
As = ц1>2 s.
Неопределенные коэффициенты подбирают так, чтобы
Sj Sj = 1 и S2 $2 = 1 (примеры в разд. 8.5).
104
Матрица U = ||s sjJ|, составленная из векторов поля-
ризационного базиса цели, будучи унитарной, обладает
свойством U U*T = I (разд. 26. 5). Поляризационная мат-
рица А выражается через две унитарные и диагональ-
ную матрицу
А = и|Ь °|u*T.
II0 М2||
В силу ортогональности векторов базиса:
А = pjs s*T + P2S±s2” • (8.9)
ЭПЦ в собственном поляризационном базисе. Из
2 2 *т
(8.8), (8.9), подставляя |s| = |sjJ =l,s s_l = 0, получают
_ 2. *т .2 2. *т |2
бц-Ц] |S Snepl + Ц2 |S2 Snepl •
При полном поляризационном приеме (или же на-
стройке поляризационного вектора антенны на опти-
ч 2
мальную для цели snep поляризацию) ац = сцmax = Ml •
При настройке же антенны на поляризацию, ортого-
нальную оптимальной:
С>ц = min = М2 •
Таким образом, квадраты собственных чисел щ2 и
Р22 поляризационной матрицы А определяют макси-
мальную и минимальную ЭПЦ цели.
Случай многопозиционной локации. Поляризаци-
онная матрица А не является эрмитовой и зависит от
семи, а не от пяти скалярных параметров. Оптимальные
поляризационные настройки передающей и приемной
антенн становятся неодинаковыми [2.38].
8.3. Волновые уравнения и методы
точного решения дифракционных задач
8.3.1. Волновые уравнения
Волновые уравнения используются для описания
акустических и электромагнитных волн в РЭС.
Скалярное однородное волновое уравнение. Име-
ет вид
M = v2d2u/diz. (8.Ю)
Здесь v - скорость волны, а Д - оператор Лапласа. В
прямоугольных координатах
Д=а2/3х2 + с^/ду2 + c^/dz2.
Частным решением (8.Ю) является функция f (/ - z/v),
где вид функции Дг) определяется условиями возбужде-
ния волны.
При гармонической зависимости и от t вида
ехр(/2лД) после двукратного дифференцирования по
времени (8. Ю) переходит в уравнение Гельмгольца
Дм + = 0 Д = 2лДу = 2л/Х, (8. И)
где к - волновое число, X - длина волны. Частным ре-
шением (8.11) является функция соз(2лД- kz).
Метод Фурье-преобразований. Представляет не-
гармоническую волну как наложение гармонических
волн (см. также разд. 13.1). Решение задачи дифракции
негармонической волны строится как наложение реше-
ний для гармонических волн.
Векторные поля с безвихревыми источниками и
и источниками вихрей. Являются предметом изучения
гидро-, аэро- и электродинамики.
Дивергенцию точечного безвихревого
источника векторного поля F (рис. 8.3,а)
определяют как предел отношения потока
вектора F через замкнутую поверхность,
охватывающую источник jFTn°flB’, к
s
объему, охватывающему ее при стягива-
нии поверхности.
Ротор точечного вихревого источника
(рис. 8.3,6) как вектор определяют по аб-
солютной величине наибольшим значени-
ем отношения контурного интеграла
<^FTl°d7 (циркуляции) к площади, охватываемой конту-
L
ром, при его стягивании. По направлению его опреде-
ляют нормалью к площадке с максимальной циркуля-
цией, удовлетворяющей правилу буравчика.
В прямоугольных координатах
9FX । dFy , dFz
дх ду dz
divF =
I; 0 d/dz -д@у\
rotF = 'j-3/3z 0 д/дх ’ Их ,(8.12)
д/дх 0 । к
Для любой точки поля (рис. 8.3,a) rot F = 0, тогда как
для любой точки поля (рис. 8.3,6) div F = 0.
По теореме Остроградского поток векторного поля F
через замкнутую поверхность равен интегралу от
div F по объему, охватываемому этой поверхностью:
jFTn° dS = JdivFJK.
S V
По теореме Стокса, циркуляция поля F по контуру
равна интегралу от rot F по натянутой на него поверх-
ности:
^FT1°J/ = JrotFrfS.
L S
8.3.2.Электромагнитное поле
и электромагнитные волны
Электромагнитное поле. В изотропных средах
описывается уравнениями Максвелла:
rotE = -a(grn0H)/a/,
rotH = j+5(ere0E)/5f. ( ’
где рг,Ио”“ магнитные, asr,80- диэлектрические про-
ницаемости (относительные и абсолютные).
Согласно первому из уравнений (8.13), изменения во
времени напряженности магнитного поля Н порожда-
ют вихревое электрическое поле Е в пространстве.
Оно сводится к закону электромагнитной индукции
т 1 Qdl = - f ~ (HrHoIl) js (рис. 8.4,а), установленному
l s dt
Фарадеем.
И плотность тока j, и изменение во времени напря-
женности электрического поля создают, согласно вто-
рому уравнению (8.13), вихревое магнитное поле Н в
пространстве. Интегральная форма этого уравнения
Т1М= J
L S
dS (без введения производной
dt
электрического поля) сводится к закону полного тока, ус-
тановленному в работах Био и Савара, Ампера (рис. 8.4,6).
На производную электрического поля (ток смещения),
этот закон был распространен Максвеллом, что подтвер-
дилось дальнейшими успехами радиотехники.
Переход от уравнений Максвелла к волновым
уравнениям. Основан на тождестве rot rot F =
= grad divF - AF. Для областей, в которых отсутствуют
токи, div Н=0. Поэтому согласно (8.12)
rot rot Н = -v"2 Э2н/dt2 , v = l/7srsoMrMo •
и для Н (а также Е) справедливо волновое уравнение
АН = vW /аг2, АЕ = v^E /а?.
Значение v определяет скорость распространения
волны, совпадающую в свободном пространстве со ско-
ростью света с. При гармонической е j2nfi зависимости
Н, Е от t, вводя волновое число в среде k = 2nflv = 2п/Х,
находят
А Н + Л2 Н = О, А Е + Л2 Е = 0.
Плоская однородная гармоническая волна.
Пусть:
Е = ||ЕХ 0 0ЦеЛ2^-Ь), Н=0 Ну о Te-/(2">fc).
Для однородной в плоскости х .у волны д/дх = 0,
д/ду = 0 , и первое уравнение (8.13) можно свести к
Структура волны показана на рис. 8.5.
Отношение поперечных составляющих электриче-
ского и магнитного полей
волны Hy/Ex~\IZ имеет
размерность проводимости, а
отношение Z = Ех/Ну - со-
противления. Их называют
волновой проводимостью и
волновым сопротивлением.
Волновое сопротивление
свободного пространства
(цг =1, 8Г =1) составляет
Рис. 8.5
Zo = Ех/Ну =7игРо/ег6о = 7но/ео « 120л=377 Ом.
Двойственность уравнений Максвелла и волно-
вых уравнений. Уравнения (8.13) для изотропных сред
при j = 0 двойственны в том смысле, что замена напря-
105
женностей электрического Е и магнитного Н полей, а
также магнитных pr,p0 и электрических £г,£0 прони-
цаемостей (относительных и абсолютных) соответст-
венно на -Н, Е, £г,£0, |ДГ,Цо приводит к переходу пер-
вого и второго из этих уравнений во второе и первое.
Двойственны и следствия из этих уравнений. Не
проводя решения, можно утверждать, что наряду с вол-
ной рис. 8.4 возможна аналогичная волна с составляю-
щими Ну и Ех, распространяющаяся (по правилу бурав-
чика) также вдоль оси z, причем HxlEv = -^£0/ц0 .
8.3.3. Отражения плоской волны
от неограниченной плоской поверхности
раздела сред
Рис. 8.6,а,б описывает два случая падения на плос-
кость поверхности раздела двух сред плоской электро-
магнитной волны. В обоих случаях £ = £г£0 , р = цгц0.
В первом случае вектор Е поляризован параллельно
плоскости раздела. Его горизонтальная Г поляризация
сохраняется для отраженной и проходящей волн (случай
ГГ). Во втором случае горизонтально поляризован вектор
Н. Вектор же Е поляризован в вертикальной В по отно-
шению к плоскости раздела плоскости (случай ВВ).
Волновые фронты
Волновые фронты
Рис. 8.6
Считается известным, что углы отражения равны в
обоих случаях углам падения, а угол преломления 02
определяется выражением
sine2/sin0] = v = VmjC]/мге2 •
Используя это выражение, достаточно использовать
равенство тангенциальных составляющих электриче-
ского и .магнитного полей в средах на плоскости разде-
ла. Вводя комплексные коэффициенты отражения /?г, 7?в
и прохождения 7е, 7е для поляризаций рис. 8.6,а,б и за-
даваясь единичной напряженностью электрического
поля падающей волны в первой среде, находят:
1+Яг= 1*\
Veieo/hHo (1 -ЯГ)СО801 =Л/е2ео/Н2Ио •T’rcose2;
(1+ 7?в) cos 0i= 7е cos 07.
Veleo/HlHo ' (1 — ) = -\/е2е0 /И2И0 ’ •
Приведенные соотношения определяют коэффици-
енты отражения и прохождения Френеля:
> для горизонтальной поляризации
г nrcos0i - J1 - v2sin20i
Rr = —-----—v. ----------L, (8.14)
Г]г COS0] +-^1-V2sin20!
г,---------2Пг<у»е, . (815)
T|r COS0j 4- -^1 — V2sin20J
> для вертикальной поляризации
»-. т), cosfl, —-JF-v’sinJ0, (816)
г|в cos0] + yl — v2sin20]
7» =--------2n»COse' (S.17)
Г|в COS0! + д/1 - V2sin20j
где п - п _ |KEl_Zl
гДе г|г - /--'
V^l£2 V ^2£1 ^2
Выражения (8.14)-(8.17) принадлежат к числу стро-
гих решений, получаемых с использованием граничных
условий. Для сокращения выкладок, граничные условия
для нормальных к плоскости раздела составляющих по-
ля заменены здесь известными экспериментальными за-
конами отражения и преломления.
Комплексные проницаемости. Волны в несовер-
шенном диэлектрике вызывают токи проводимости
j= -сгЕ, где с - удельная проводимость. Второе из урав-
нений Максвелла (8.13) для гармонических волн пред-
ставляют при этом в комплексной записи
FOtH = (- С - у2л/£г£0 )Е = - ,
ct
где £,. = £г - у о 2л/£0 - комплексная диэлектрическая
проницаемость. В средах с потерями на гистерезис вво-
дят комплексную магнитную проницаемость р. .
Уравнения Максвелла для гармонических колебаний
обобщаются на среды с потерями. При этом:
> волновые сопротивления £0 и числа
k = k'- jk" становятся комплексными;
> незатухающие волны епереходят в зату-
уяюпшр р/(2л>Ь) _ I(2njl-k*z) — k"z
хающие с — е с
Подбирая параметры сред, можно, в принципе, соз-
давать «неотражающие» покрытия, согласовывая вол-
новое сопротивление с волновым сопротивлением «сво-
бодного» пространства д/р0/£0 для малых углов паде-
ния 0| (разд. 8.11).
Важны и другие случаи падения волны'.
• на поверхность хорошо проводящей среды. Волна
проникает лишь в ее «кожный» (скин) слой из-за высо-
кого поглощения. Граничные условия для тангенциаль-
ных составляющих поля будут: Ет=0, Нт=1, где I [А/м] -
плотность поверхностного тока;
• на поверхность Земли
цг=1, ёг =е,.- Д — aX = er-J60<yX.
2 у £0
Выражения (8.14) и (8.16), преобразованные с уче-
том потерь в средах, используются при анализе распро-
странения радиоволн (разд. 11.2).
8.3.4. Элементарный первичный
излучатель
Основным элементарным излучателем является ма-
лый линейный вибратор длины А/ «X (диполь Герца) с
протекающим по нему высокочастотным током 7. Если
106
ток ориентирован вдоль единичного вектора 1°, а волна
распространяется к приемнику вдоль единичного век-
0
тора г„р , то вектор напряженности магнитного поля в
дальней зоне Гпр »Х определяется выражением [7.46]
ДНпр = [1°-гпр°] ej2m^ . (8.18)
2ГлрЛ
В узких пространственных секторах, на которые можно
поделить сферическую волну, она вырождается при гпр
»Х в плоскую волну. Используя результат разд. 8.3.2,
находят вектор электрического поля. При ц г =1, ег =1:
ДЕпр = 120л [ДНпрГпр0] U60*.1^. eJ2m°^ [[f rnp0]^0].
гщЛ
(8.19)
8.3.5. Инженерные применения
точных решений задач дифракции
В инженерной практике используют точные решения
[7.9, 7.31,7.41, 7.44] «модельных» задач дифракции для:
> построения приближенных методов расчета (гео-
метрическая и физическая теории дифракции);
> выявления областей применимости приближен-
ных расчетов.
Ставя «модельные» задачи при определенных гра-
ничных условиях, находят решения волновых или соот-
ветствующих им интегральных уравнений для гармони-
ческого и негармонического зондирования. Примеры
точных решений, имеющие зачастую и большое само-
стоятельное значение, приводятся ниже.
8.3.6. Методы разделения переменных
и искусственные приемы анализа
Основаны на выборе ортогональных систем коорди-
нат, координатные поверхности которых совпадают с
поверхностями раздела сред. Применительно к обсуж-
давшемуся решению задачи Френеля, речь шла о не-
упомянутой декартовой системе координат £,т|,£, плос-
кость ^=0 которой совпадала с поверхностью раздела.
Разделение переменных в цилиндрической сис-
теме координат. Оператор Лапласа Д выражается при
этом в цилиндрической системе координат. Общее ре-
шение и ищется как линейная комбинация частных ре-
шений. Каждое частное решение ищется как произведе-
ние Я(г)Ф(ф)7(2)ехр(/2ту?) функций отдельных перемен-
ных, где для хорошо известной радиоспециалистам вол-
новодной задачи Z(z) соответствует бегущей или стоя-
чей по z волне, а Ф(ф) и R(r)- стоячим по ф и г волнам.
Разделение, отличающееся в деталях, используют на:
• цилиндре бесконечной длины -оо < z < оо;
• клине, ограниченном плоскостями <р= (р\ = const, ф
= Ф2 = const, -оо < z < оо;
• полуплоскости (как предельном случае клина) ф2
—> Ф1 + 2л, —оо < z < оо.
Разделение переменных в сферической системе
координат. Широко используют при решении вопросов
при решении задач дифракции:
• на шаре - граничные условия задаются на сфери-
ческой поверхности г = const;
• на бесконечном конусе - граничные условия зада-
ются на поверхности ф = const.
Наряду с методом разделения переменных исполь-
зуют искусственные приемы.
8.3.7. Дифракция на идеально проводящей
полуплоскости
Пример решения «модельной» задачи. Пусть:
> первичная волна приходит от удаленного источ-
ника с угловой координатой фо (рис. 8.7);
> ее электрическое поле поляризовано поперек края
полуплоскости (оси х).
Точное решение для и = w(r, ф) = Ях имеет вид и =
= w 1 + W2, где
Здесь Ао - амплитуда па-
дающей волны; Ф1,2 ~ ~
Ф ± фо; /о(а) - вари-
ант[7.30] комплексного
интеграла Френеля
1 a
F0(a)=-f= [^<*>.(8.20)
J/л J
-00
Введение параметра
а=а1>2 представляет собой искусственный прием, при-
водящий к компактному решению.
При больших а ограничиваются первыми членами
асимптотического разложение по степеням \/а
F0(a)« Fx {а) = £(а) - ел°2+я/4) /14па +..., (8.20а)
где £>(я) - приближение геометрической оптики (X —> 0):
«“‘-{о. «<о.(8-21)
При малых а разлагают (8.20а) в ряд Тейлора
F0(o) « F2(а) = 0,5 + е-уя/4 + е'я/4 .(8.22)
у/n 3<Л
На рис. 8.8 показаны спираль Корню для интеграла
Френеля (8.20) в координатах ReFo, ImFo и ее прибли-
жения более простой спиралью (8.20а) при |я| » 1 и ку-
бической параболой (8.22) при |я| < 1. Радиус-векторы
точек спирали определяют амплитуды поля.
Приближение геометрической оптики (8.21). В
нем (рис. 8.8) выделяются интерференционные области.
Рис. 8.8
При 0 < ф < фо существуют первичная и\ и отражен-
ная иг волны, невозмущенные краем полуплоскости.
При фо < ф < л - фо наблюдается только первичная
невозмущенная волна. При л - фо < Ф < 2л наблюдается
скачкообразный переход «свет-тень» согласно (8.21).
107
Первое асимптотическое приближение (8.20а).
При |я| » 1 выявляет плавные колебательные переходы
от освещенной стороны к полутени и от полутени к
тени за счет наложения на (8.21) неоднородной цилин-
дрической волны
/(Лг+л/4) Г ] 1 1
- а0 -----------J, + —г-!_______________________,[, (8.22а)
2j2nkr [cos[(<p-<p0/2j cos[(<p+<p0/2]J
возбуждаемой токами на краю полуплоскости. Поле ее
убывает как 1/Vr , плотность потока энергии как 1/г.
При |я| < 1 асимптотика (8.22а) не работает и следует
использовать (8.22).
Краевые токи. Их распределение по полуплоскости
показано на рис. 8.9
(сро = л/2 и Aq = 1) и со-
ответствует:
• Hx(r, 0)= и(г, 0) на
освещенной стороне,
• w(r, 2л) на неосве-
щенной стороне.
На ребре полуплос-
кости кг = 0, а=0 ток с
Рис. 8.9
осве’щенной ее стороны (верхняя кривая) перетекает на
неосвещенную (нижняя кривая), причем
Рис. 8.10
w(r, 0) = w(r, 2л) = 0,5.
С отходом от ребра амплитуда тока приближается к
ее значению на освещенной стороне полуплоскости,
убывая до нуля на неосвещенной.
8.3.8. Эффективная площадь обратного
вторичного излучения идеально проводящего
гладкого шара
Приводится на ос-
нове точного реше-
ния задачи дифрак-
ции первичной пло-
ской гармонической
волны по методу раз-
деления переменных
в сферической систе-
ме координат, прове-
денного Ми [7.1]. На
рис. 8.10 представле-
на соответствующая
зависимость отноше-
ния сц/лрх от отношения р/Х, где р =d/2- радиус (поло-
вина диаметра) шара.
Логарифмический масштаб позволяет охватить
широкий диапазон отношений переменных р и X, выде-
ляют три области (разд. 8.4-8.6):
> релеевскую область (или область огибания пер-
вичной волной препятствия), для которой размеры тела
много меньше длины волны X;
> резонансную область (или область резонансов и
антирезонансов), для которой размер тела одного по-
рядка с длиной волны X;
> квазиоптическую область поверхностного, а в
общем случае и краевого, рассеяния, для которой раз-
меры тела много больше длины волны X.
При фиксированном размере шара указанные три
области пробегаются последовательно, когда частота
колебаний первичной волны/= с/Х изменяется от отно-
сительно малых до больших значений.
В релеевской области значения ац малы вследствие
эффекта огибания волнами малых препятствий.
Первый и наиболее выраженный резонанс достига-
ется, когда длина большой полуокружности шара сов-
падает с полудлиной волны, т.е. шар обращается в вы-
пуклый полуволновый вибратор.
С приближения к квазиоптической области резо-
нансные явления ослабляются. В этой области значение
сц совпадает с площадью поперечного сечения шара.
8.4. Вторичное излучение тел,
малых по отношению к длине волны
Поясняется грубо с помощью теории цепей без кор-
рекции на распределенные токи смещения. Дополняется
сведениями о точных решениях.
Модель (рис. 8.11,а) образована коротким проводом
длины / « X, к концам которого подключены нормаль-
ные ему квадратные проводящие пластины с размерами
/х /, и возбуждается волной с напряженностью поля Ец.
а) б)
Рис. 8.11
ЭДС £ц /, наведенная в проводе, вызывает ток про-
водимости /, замыкаемый током смещения /см в емкости
между пластинами, что моделирует аналогичное замы-
кание для малого тела произвольной конфигурации
(рис. 8.11,6). Ток / ограничивается емкостной проводи-
мостью 2л/С, где f = cfk. Емкость между пластинами С
= so/2//; so = 1/120лс - диэлектрическая проницаемость
вакуума; с - скорость света. Иначе, проводимость 2л/С
= 1/60Х, а
и = |Ец| ///60Х = |£ц|?/60Х. (8.23)
Используя (8.19) при Д/= /, |ДЕПр|=|£пр| и выражение
(8.23), можно выразить напряженность вторичного поля
через ток / и напряженность поля цели Ец
|ЕПр| = 60я|/|/ / гХ= |Ец|л/3/гХ2. (8.24)
Согласно (8.2), эффективная площадь тела, малого
по сравнению с длиной волны,
оц=/6А4 (8.25)
пропорциональна шестой степени размера тела и обрат-
но пропорциональна четвертой степени длины волны.
Отношение Сц//2 эффективной площади к квадрату
линейного размера тела пропорционально (//X)4, что
соответствует закону рассеяния Релея для тел произ-
вольной формы, линейные размеры которых значитель-
но меньше длины волны. Для малого диэлектрического
шара диаметра d « X, с относительной диэлектриче-
108
ской постоянной 8, ограничиваясь слагаемым с низшим
индексом, Ми (уже после Релея) получил
(8.26)
Слабость вторичного излучения при d « X связана с
дифракционным эффектом огибания волнами малых
препятствий. Исходя из закона Релея, геофизики объяс-
няют голубой цвет неба. Более коротковолновые, синие
лучи солнечного света рассеиваются неоднородными
скоплениями молекул атмосферы сильнее, чем длинно-
волновые красные.
Нельзя обеспечить эффективное радиолокационное
вторичное излучение, если длина волны X велика по
сравнению с линейными размерами цели. Верхняя гра-
ница длин волн РЛС, работающих по большим кораб-
лям