Способ функционирования импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции истребителя при обеспечении энергетической скрытности её работы на излучение Российский патент 2019 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС) для обеспечения энергетической скрытности ее работы на излучение при обнаружении воздушной цели-носителя станции радиотехнической разведки (РТР).

Известен способ функционирования когерентно-импульсного устройства БРЛС, заключающийся в формировании с помощью задающего генератора сигнала, преобразовании его в высокочастотный сигнал путем умножении его частоты, усилении по мощности и излучении в пространство, приеме отраженного от воздушной цели радиолокационного сигнала, его преобразовании на промежуточную частоту, усилении и фазовом детектировании для последующей обработки в приемном тракте БРЛС [1].

Недостатком данного способа функционирования когерентно-импульсного устройства БРЛС является невозможность с его помощью обеспечить скрытность работы БРЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении воздушной цели, оснащенной станцией РТР.

Известен способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС, заключающийся в формировании высокочастотной последовательности зондирующих импульсов, их усилении по мощности, излучении в пространство, приеме, усилении, преобразовании отраженных сигналов на промежуточные частоты, их селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с последующем их спектральном анализе [2].

Недостатком данного способа является отсутствие возможности с его помощью обеспечить скрытность работы БРЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении воздушной цели - носителя станции РТР. Это обусловлено тем, что с одной стороны дальность D_брлс обнаружения цели - носителя станции РТР с помощью импульсно-доплеровской БРЛС определяется выражением [2]

где

Р_брлс - средняя излучаемая мощность передатчика БРЛС;

Т_кн - время когерентного накопления сигнала в приемнике, равное времени облучения воздушной цели - носителя станции РТР;

G_брлс - коэффициент направленного действия передающей антенны БРЛС;

S_a - эффективная площадь приемной антенны БРЛС;

σ_ртр - эффективная площадь отражения воздушной цели - носителя станции РТР;

α_п - коэффициент потерь энергии сигнала при его обработке в приемнике БРЛС;

N₀ - спектральная плотность внутренних шумов приемника БРЛС;

R₀ - отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума, при котором обеспечивается обнаружение воздушной цели - носителя станции РТР с заданными вероятностными характеристиками.

С другой стороны, максимальная дальность обнаружения D_ртр станцией РТР излученного БРЛС высокочастотного зондирующего сигнала определяется выражением [3]

где

G_ртр - коэффициент направленного действия приемной антенны станции РТР;

λ_брлс - длина волны БРЛС;

Р_ртр - чувствительность приемника станции РТР.

При этом, возможны две ситуации. Первая ситуация, когда дальность обнаружения излученного БРЛС сигнала станцией РТР превышает дальность обнаружения БРЛС носителя станции РТР, т.е. D_РТР>D_БРЛС, приводящая к тому, что на дальности D_ц воздушной цели-носителя станции РТР относительно истребителя с его БРЛС на входе приемника станции РТР создается отношение сигнал/шум, обеспечивающее обнаружение станцией РТР излучения БРЛС с заданными вероятностными характеристиками. Вторая ситуация, когда дальность обнаружения БРЛС воздушной цели - носителя станции РТР превышает дальность обнаружения станцией РТР излученного БРЛС зондирующего сигнала, т.е. D_БРЛС>D_РТР, приводящая к тому, что на дальности D_ц воздушной цели-носителя станции РТР относительно истребителя с его БРЛС на входе приемника станции РТР создается отношение сигнал/шум, не обеспечивающее обнаружение излучения БРЛС с заданными вероятностными характеристиками. В первом случае скрытность работы БРЛС на излучение не обеспечивается, а во втором обеспечивается с заданной вероятностью.

Поэтому, для обеспечения скрытности работы БРЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении воздушной цели - носителя станции РТР, необходимо постоянно контролировать и поддерживать требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника станции РТР путем управления параметрами работы БРЛС истребителя.

Цель изобретения - сформировать управление излучением зондирующего сигнала и приемом отраженного от воздушной цели-носителя станции РТР сигнала в импульсно-доплеровской БРЛС истребителя, которое позволит обеспечить энергетическую скрытность работы БРЛС истребителя на излучение с заданной вероятностью при обнаружении воздушной цели-носителя станции РТР.

Указанная цель достигается тем, что в способе функционирования импульсно-доплеровской БРЛС при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение, заключающимся в формировании высокочастотной последовательности зондирующих импульсов, их усилении по мощности, излучении в направлении воздушной цели - носителя станции РТР, приеме, усилении, преобразовании отраженных сигналов на промежуточные частоты, их селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с последующим их спектральным анализом, дополнительно при обнаружении воздушной цели-носителя станции РТР, в импульсно-доплеровской БРЛС формируется параметр рассогласования Δ_i ( - количество управляющих сигналов) при управлении средней мощностью излучения Р_брлс передатчика и временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике и облучения Т_обл воздушной цели - носителя станции РТР в соответствии с выражением

где

- требуемые значения управляемых параметров,

- требуемые значения средней излучаемой мощности передатчика БРЛС, времени облучения воздушной цели - носителя станции РТР и времени когерентного накопления сигнала в приемнике БРЛС соответственно;

- текущие значения управляемых параметров,

Р_брлс, Т_обл, Т_кн - текущие значения средней излучаемой мощности передатчика БРЛС, времени облучения воздушной цели - носителя станции РТР и времени когерентного накопления сигнала в приемнике БРЛС истребителя соответственно;

D_ц - измеренная дальность до воздушной цели-носителя станции РТР;

- требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника станции РТР для обеспечения заданных вероятностей правильного обнаружения излучения БРЛС станцией РТР при фиксированной вероятности ложной тревоги;

- спектральная плотность мощности внутренних шумов приемника станции РТР;

Т_с - время обработки сигнала в станции РТР;

k - константа, характеризующая энергетический потенциал БРЛС;

k₁=(0…1) - коэффициент проигрыша в энергии сигнала при его обработке в станции РТР, по отношению к энергии сигнала, при его когерентной обработке в БРЛС;

h - величина порога, определяющая значение вероятности ложной тревоги при обнаружении излучения БРЛС;

- вероятность правильного обнаружения станцией РТР излучения БРЛС;

- операция обратного преобразования Лапласа.

Выражения (4)-(8) обусловлены следующими факторами.

Вероятностные характеристики обнаружения и излучения БРЛС станцией РТР зависят от отношения сигнал/шум на входе приемника станции РТР. С учетом этого, для обеспечения скрытности работы БРЛС истребителя с заданной вероятностью, величина которой (вероятности) равна вероятности необнаружения излучения БРЛС станцией РТР необходимо, чтобы на входе приемника станции РТР отношение сигнал/шум соответствовало бы определенному, зависящему от величин и значению (выражения (7), (8) [4]). С учетом

где

- минимальное значение мощности сигнала на входе приемника станции РТР для обеспечения заданных вероятностных характеристик и приняв в выражении (2) , а также учитывая тот факт, что станция РТР обнаруживает излучение БРЛС на дальности D_ц (приравняв дальности D_ртр=D_ц) выражение (2) преобразуется к виду (4).

Выражения (5) и (6) обусловлены необходимостью обеспечения постоянства энергетического потенциала в виде произведения Р_брлсТ_кн для сохранения характеристик обнаружения БРЛС, поскольку при обеспечении скрытности работы БРЛС на излучение уменьшается мощность ее передатчика Р_6рлс с целью уменьшения отношения сигнал/шум на входе приемника станции РТР, что приводит к уменьшению дальности обнаружения станцией РТР излучения БРЛС (формула (2) и одновременно увеличивается время когерентного накопления Т_кн, с целью сохранения дальности обнаружения БРЛС воздушной цели-носителя станции РТР на прежнем уровне (формула (1).

Выражение (9) обусловлено отсутствием на борту носителя станции РТР априорной информации о параметрах зондирующего сигнала БРЛС, что приводит к проигрышу в энергии сигнала при его обработке в станции РТР относительно когерентной обработки в БРЛС.

Таким образом, для обеспечения скрытности работы БРЛС истребителя на излучение с заданной вероятностью при фиксированной вероятности ложного обнаружения излучения БРЛС станцией РТР, во-первых, в соответствии с выражениями (7) и (8), определяется требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника станции РТР, во-вторых, в соответствии с формулами (4) и (5) с учетом формул (6) и (9) определяются требуемые значения и, в-третьих, в соответствии с выражением (3) вычисляется параметр рассогласования, который и определяет такое управление текущими значениями Р_6рлс, Т_обл, Т_кн, при котором рассогласование сводится к нолю.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, является:

1. Формирование в соответствии с выражением (3) сигнала управления параметрами БРЛС при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение при обнаружении воздушной цели-носителя станции РТР.

2. Формирование требуемых значений управляемых сигналов в соответствии с формулами (4)-(9) и текущих значений управляемых сигналов

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах не обнаружены.

Применение новых признаков, в совокупности с известными, позволит обеспечить энергетическую скрытность работы БРЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении БРЛС воздушной цели-носителя станции РТР.

Способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС истребителя при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение реализуется следующим образом (рисунок).

С помощью задающего генератора (ЗГ) 1, синхронизатора (С) 2 и модулятора (М) 3 формируются высокочастотные последовательности зондирующих импульсов, которые усиливаются в усилителе 4 мощности высокой частоты (УМВЧ) с управляемым коэффициентом усиления и через антенный переключатель (АП) 5, антенну (А) 6 излучаются в направлении воздушной цели - носителя станции РТР.

Отраженные от воздушной цели - носителя станции РТР сигналы принимаются антенной 6 и через антенный переключатель 5 поступают в приемник БРЛС, в котором усиливаются в усилителе 7 высокой частоты (УВЧ), преобразуются в тракте 8 преобразования на промежуточные частоты (ТППЧ), селектируются по дальности в селекторе 9 дальности (СД) с помощью селекторных импульсов, поступающих на его вход с выхода синхронизатора 2. В измерителе 13 (ИД) измеряется значение дальности, а в преобразователе 10 (Пр), на входы которого поступают значения углов ориентации диаграммы направленности антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях с выхода угломерного канала (на схеме не показан) и значение собственной скорости носителя БРЛС с выхода навигационного комплекса (на схеме не показан) осуществляется селекция сигналов по доплеровской частоте. В преобразователе 11 (Пр) сигнал из аналоговой формы преобразуется в цифровую форму, который поступает на вход блока 12 быстрого преобразования Фурье (БПФ), где осуществляется его спектральный анализ, и с его выхода - на индикатор.

Одновременно на входы вычислителя 15 (ВЧ) поступают: начальные значения параметров и соответствующих режиму функционированию БРЛС при обнаружении ВЦ-носителя станции РТР; измеренное значение дальности до обнаруживаемой воздушной цели-носителя станции РТР с выхода измерителя 13 дальности (ИД); заданные вероятность обеспечения скрытности работы БРЛС на излучение и вероятность ложного обнаружения излучения БРЛС станцией РТР. В вычислителе 15 в соответствии с выражениями (4)-(9) рассчитываются требуемые значения управляемых параметров которые поступают на вход вычислителя 16 параметра рассогласования (ВЧПР), на второй вход которого поступают текущие значения управляемых параметров . Значения управляемых параметров x_yi формируются в формирователе (Ф) 14 управляемых параметров на основе текущих значений управляемых параметров Р_брлс, Т_обл и Т_кн функционирования БРЛС, поступающих на его входы соответственно с выхода усилителя мощности высокой частоты 4, системы управления антенны 18 (СУА) и блока БПФ 12, в котором время когерентного накопления Т_кн обратно пропорционально эквивалентной полосе пропускания одного бина алгоритма БПФ. Причем, значения управляемых параметров x_yi формируются на выходе формирователя 14 управляемых сигналов только при наличии на его входе сигнала, поступающего с измерителя дальности 13, что свидетельствует об обнаружении воздушной цели - носителя станции РТР, а следовательно - и о необходимости обеспечения энергетической скрытности работы БРЛС истребителя на излучение.

С выхода вычислителя 16 параметра рассогласования значение Δ_i поступает на вход формирователя 17 (ФСУ) сигналов управления, на выходе которого формируются сигналы управления U₁, U₂, U₃, пропорциональные параметру рассогласования Δ_i и поступают соответственно на входы усилителя 4 мощности высокой частоты, блока 12 БПФ и системы 18 управления антенной. Так, с помощью сигнала управления U₁ в усилителе 4 мощности высокой частоты осуществляется изменение его коэффициента усиления, то есть излучаемой мощности Р_брлс передатчика БРЛС истребителя, с помощью сигнала управления U₂ в блоке 12 БПФ осуществляется изменение эквивалентной полосы пропускания одного бина алгоритма БПФ (времени Т_кн когерентного накопления сигнала в приемнике БРЛС), а с помощью сигнала управления U₃ в системе 18 управления антенной осуществляется изменение времени Т_обл облучения воздушной цели - носителя станции РТР. Управление значениями Р_6рлс, Т_обл и Т_кн будет осуществляться до тех пор, пока параметр рассогласования Δ_i не будет равен нолю, что и будет свидетельствовать об обеспечении энергетической скрытности работы БРЛС истребителя на излучение с заданной вероятностью.

Таким образом, предлагаемый способ позволит обеспечить энергетическую скрытность работы БРЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении БРЛС воздушной цели-носителя станции РТР.

Источники информации

1. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М.: изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, страницы 527-528, рисунок 11.4 (аналог).

2. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М.: изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, страницы 630 (формула (12.89), 639-641, рисунок 12.39 (прототип).

3. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: «Сов. Радио», 1975, страница 96, формула (4.8).

4. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с формулы (2.2.6, 2.2.7)

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС) для обеспечения энергетической скрытности ее работы на излучение при обнаружении воздушной цели-носителя станции радиотехнической разведки (РТР). Достигаемый технический результат - формирование управления излучением зондирующего сигнала и приемом отраженного от воздушной цели-носителя станции РТР сигнала в импульсно-доплеровской БРЛС истребителя, позволяющее обеспечить энергетическую скрытность работы БРЛС истребителя на излучение с заданной вероятностью при обнаружении воздушной цели-носителя станции РТР. Сущность способа функционирования импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции истребителя при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение заключается в формировании высокочастотной последовательности зондирующих импульсов, их усилении по мощности, излучении в направлении воздушной цели - носителя станции радиотехнической разведки, приеме, усилении, преобразовании отраженных сигналов на промежуточные частоты, их селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с последующим их спектральным анализом, при этом формируются сигналы управления, пропорциональные параметрам рассогласования Δ_i ( - количество управляющих сигналов) в БРЛС при управлении средней мощностью излучения Р_брлс передатчика и временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике и облучения Т_обл воздушной цели - носителя станции РТР, в соответствии с определенным выражением. 1 ил.

Способ функционирования импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции истребителя при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение, заключающийся в формировании высокочастотной последовательности зондирующих импульсов, их усилении по мощности, излучении в направлении воздушной цели - носителя станции радиотехнической разведки, приеме, усилении, преобразовании отраженных сигналов на промежуточные частоты, их селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с последующим их спектральным анализом, отличающийся тем, что при обнаружении воздушной цели-носителя станции радиотехнической разведки в импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции формируется параметр рассогласования Δ_i, где - количество управляющих сигналов, при управлении средней мощностью излучения Р_брлс передатчика и временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике и облучения Т_обл воздушной цели - носителя станции радиотехнической разведки в соответствии с выражением

где

- требуемые значения управляемых параметров,

- требуемые значения средней излучаемой мощности

передатчика бортовой радиолокационной станции, времени облучения воздушной цели - носителя станции радиотехнической разведки и времени когерентного накопления сигнала в приемнике бортовой радиолокационной станции соответственно;

- текущие значения управляемых параметров,

Р_брлс, Т_обл и Т_кн - текущие значения средней излучаемой мощности передатчика бортовой радиолокационной станции, времени облучения воздушной цели - носителя станции радиотехнической разведки и времени когерентного накопления сигнала в приемнике бортовой радиолокационной станции истребителя соответственно

D_ц - измеренная дальность до воздушной цели-носителя станции радиотехнической разведки;

- требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника станции радиотехнической разведки для обеспечения заданных вероятностей правильного обнаружения излучения бортовой радиолокационной станции станцией радиотехнической разведки при фиксированной вероятности ложной тревоги;

- спектральная плотность мощности внутренних шумов приемника станции радиотехнической разведки;

G_брлс - коэффициент направленного действия передающей антенны бортовой радиолокационной станции;

G_ртр - коэффициент направленного действия приемной антенны станции радиотехнической разведки;

λ_брлс - длина волны бортовой радиолокационной станции;

Т_с - время обработки сигнала в станции РТР;

k - константа, характеризующая энергетический потенциал бортовой радиолокационной станции;

k₁=(0…1) - коэффициент проигрыша в энергии сигнала при его обработке в станции радиотехнической разведки, по отношению к энергии сигнала, при его когерентной обработке в бортовой радиолокационной станции;

h - величина порога, определяющая значение вероятности ложной тревоги , при обнаружении излучения бортовой радиолокационной станции;

- вероятность правильного обнаружения станцией радиотехнической разведки излучения бортовой радиолокационной станции;

- операция обратного преобразования Лапласа.