автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Защита полуактивной РЛС с телевизионным подсветом от непреднамеренных помех

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Для служебного пользования Инв. № 33/605 Экз. № Я.

/ДК 621.396.96

Ивлев Игорь Игоревич

ЗАЩИТА ПОЛУ АКТИВНОЙ РЛС С ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ПОДСВЕТОМ ОТ НЕПРЕДНАМЕРЕННЫХ ПОМЕХ

Специальность 05,12.21 - радиотехнические системы специального

назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск -2000

Работа выполнена в Белорусском государственном университете информатики радиоэлектроники.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Охрименко А.Е.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чердынцев В.А. кандидат технических наук Драгун B.C.

Оппонирующая организация - Военная академия Республики Беларусь.

Защита состоится 29 июня 2000 г. в 14.00. на заседании совета по защите диссе] таций Д.02.15.02 при Белорусском государственном университете информатики радиоэлектроники, г. Минск, ул. П. Бровки, д.6, тел. 239-89-89.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГУИР. Автореферат разослан Я, мая 2000 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

Тарченко Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

етуальиость темы диссертации. В связи с резким повышением требований к 1С в 50-х и бС-х годах в ряде случаев стало невозможным использование со-[ещённой РЛС с расположенными радом приёмником и передатчиком, что при-ло к появлению РЛС с разнесёнными передатчиком, приёмником, передающей приёмной антеннами. У одних РЛС передающая и приёмная позиции распола-ются недалеко друг от друга, у других - на расстояниях в сотни километров. В стоящее время развитие радиолокационной техники (разработка методов фор-грования и обработки сложных сигналов, фазированных антенных решёток, го-графических методов обработки) и повышение требований к РЛС (обеспечение (сокой разрешающей способности и высокой помехоустойчивости в условиях ганизованных помех) приводят к тому, что разработчики РЛС всё больше общаются к варианту расположения передающего и приёмного устройств, когда и разнесены на значительное расстояние.

Для наименования радиолокационной станции с разнесёнными в простран-ве приёмником и передатчиком в современной литературе применяются два рмина: разнесённая радиолокационная станция; двухпозиционный, или биста-ческий радиолокатор. Так как в ряде случаев радиолокационная система имеет ело позиций больше двух, часто применяется термин "многепозиционная" РЛС.

В связи с бурным развитием в настоящее время всевозможных связных, весельных, навигационных и пр. радиотехнических систем, закономерным явля-:я вопрос: возможно ли использование источников уже существующих элек-омагнитных полей в качестве передающих устройств бистатических или много-зиционных РЛС. Несомненным преимуществом таких РЛС является то, что и, используя уже существующее электромагнитное излучение, не вызывают но-к экологических проблем, дешевле в производстве и эксплуатации в сравнении юычными радиолокационными системами.

Особенно привлекательным в этой связи является использование олектро-.гнитного поля телевизионных передатчиков. Действительно, телевизионные редатчики имеют сравнительно большие мощности, излучения, работают в дос-гочно освоенном диапазоне длин волн (МВ и ДМВ), высоты передающих ан-ан измеряются сотнями метров. Фактически непрерывное телевизионное поле крывает территории всех индустриально развитых стран, в том числе и терри-рию Республики Беларусь, вещание осуществляется круглосуточно (или почти углосуточно). Телевизионный сигнал является достаточно информативным как сочки зрения определения скорости движения источника отраженного сигнала, к и измерения расстояния до него.

В 90-е годы научные коллективы разных стран обращались к идее исполь-зания телевизионного сигнала, как радиолокационного сигнала подсвета. В 96 г. французскими учёными отмечалось, что «большое количество XV-редатчиков позволяет в любом месте обнаруживать самолёты с применением сто пассивных радиолокаторов, которые невозможно обнаружить и уничтожь. Однако на пути реализации этой идеи имеется проблема, которая заключав том, что отражённый сигнал мал по сравнению с поступающим прямым гнал ом от ТУ-передатчика».

В 1997 году в печати сообщалось об исследованиях в этой области ком нии Thompson. Её разработчики также отмечали выделение отражённых от"Ц сигналов на фоке сигналов непосредственного излучения телепередатчиков главную проблему. В настоящее время специалистами Thompson создана экс риментальная приёмная станция в стационарном варианте и проведены, её усн ные испытания. Данные о точности измерения координат и скоростей двюке воздушных целей не стали достоянием гласности, однако, по заявлению руке дитслей проекта, они сопоставимы с характеристиками классических PJIC обз воздушного пространства. Несмотря на то, что, по мнению разработчиков, ф£ цузское военное руководство на текущий момент не проявляет должного внн ния к проекту, будущее его оптимистично. Одним из действенных аргументе пользу этого является невысокая стоимость системы, так как при её созда: применяются достаточно разработанные технологии радио и телевидения. В ч: ности, при проведении эксперимента в приемной станции использовались ан' ны стоимостью не более 400 франков. Предполагается, что оперативный мс для проведения войсковых испытаний, удовлетворяющий требованиям минис: ства обороны, будет создан уже в 2000 году.

В 1998 году появилось сообщение о том, что американская компания L< heed-Martin разработала пассивный радар, названный «Безмолвный страж» (Si Sentry), который использует для обнаружения целей теле- или радиосигналы, вый радар благодаря мощности вещательных сигналов в состоянии обнаружш цели в радиусе 220 километров. И это при условии, что сама система состой' четырех совмещенных компьютерных секций, каждая из которых не превып по высоте 50 см, и имеет антенны с размерами 75x20 см. Для создания "Si Sentry" компании Lockheed-Martin потребовалось 10 лет. Эта система стоимос от 3 до 5 миллионов долларов должна была быть готова к производству уже в ябре 1999 года, как сообщал осведомленный в военных вопросах американс еженедельник "Defense News".

В ноябре 1999 года в сети Internet появился ряд сообщений агентства ИТ ТАСС о том, что Китай близок к развёртыванию совершенно новой сист ПВО, в основе которой лежит технология пассивной радиолокации, когда для слеживания движения воздушных целей используются сигналы коммерчески ле- и радиостанций, а также пассивный радиоприёмник. По словам еженедел] ка "Newsweek", эксперты Пентагона пришли к выводу, что новая система смс легко противостоять нынешней тактике подавления ВВС США противовоз;; ной обороны противника. По сообщению британской газеты "Sunday Times", система способна обнаруживать так называемые самолёты-невидимки, постр ные с использованием технологии «стелс», включая истребит бомбардировщик F-117 и даже разрабатываемый сейчас истребитель будущег 22.

Конечно РЛС, работа которой всецело зависит от гражданских объе; (телевизионных передатчиков), является системой мирного времени. Поэтому структуре будут отсутствовать узлы и блоки, применяемые в обычных ради кационных системах для борьбы с постановщиками преднамеренных помех i енное время. Поскольку в такой РЛС используется сигнал не «тот, который жен, а тот, который уже есть», при её эксплуатации необходимо бороться с

много рода непреднамеренными помехами. Основная проблема при этом - пря-ой сигнал от ТУ-центра, который с одной стороны необходим для решения зада-I обнаружения й определения координат и параметров движения цели, а с дру->й стороны является очень сильным мешающим излучением, проникающим по жовым лепесткам диаграммы направленности антенны целевого канала и пре-лшающим отражённый сигнал на 70 -г- 90 дБ. Ни одним существующим в на-:оящее время способом невозможно подавить такое сильное мешающее излуче-1е, подавление однозначно должно быть комплексным.

Работа в телевизионных диапазонах предполагает наличие в месте распо-шения приёмной позиции РЛС мешающих отражений, проникающих как по ос-звному, так и по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны целе-)го канала, значительно превышающих по мощности отражённый сигнал. Не-ютря на то, что мощность мешающих отражений существенно меньше мощно-и прямого сигнала, их подавление не является простой задачей, поскольку в от-гчие от прямого сигнала они деполяризованы, демодулированы и имеют различие направления прихода.

Наконец, сами составляющие телевизионного сигнала, многие из которых пользуются для радиолокационного обзора, могут являться помехами друг для зуга.

Данная работа посвящена рассмотрению характеристик телевизионного 1гнала с точки зрения радиолокации и обобщению методов борьбы с непредна-гренпыми помехами в полу активных РЛС с телевизионным подсветом, как ва-мнта активной бистатетеской РЛС. Полученные научно обоснованные резуль-1ты обеспечат решение прикладной задачи - возможность использования вто-1чного излучения существующих жизнеобеспечивающих электромагнитных по-:й для радиолокационного контроля воздушного пространства, вязь работы с крупными научными программами, темами. Теоретические следования проводились в рамках республиканского проекта, реализовывав-емся БГУИР, в период 1996-2000 гг.

ель и задачи научных исследований. Целью данной работы является разра-этка способов защиты по.туактивной РЛС с телевизионным подсветом от не-зеднамеренных помех, т.е. способов обеспечения ее функционирования. Для эстижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- теоретическое и экспериментальное исследование энергетических, спектрально-временных, пространственных и поляризационных характеристик, расчёт параметров обнаружения составляющих полного телевизионного сигнала, позволяющих организовать с их помощью радиолокационный обзор воздушного пространства;

- сравнительный расчёт энергетических характеристик отражённого сигнала и непреднамеренных помех с учётом интерференционного сомножителя сферической Земли, выбор методов и средств по снижению уровня непреднамеренных помех;

- определение параметров системы электродинамического экранирования и поляризационной режекции прямого сигнала и её эффективности;

- определение структуры пространственного когерентного автокомпенсатора прямого сигнала, определение ошибок установившегося и переходного ре-

жимов, расчёт эффективности и быстродействия, оценка влияния неид< тичности каналов автокомленсатора на его эффективность;

- определение эффективности временной когерентной компенсации в проц се спектральной режекции помех с аподизацией и без аподизации АЧХ ко рентного накопителя;

- оптимизация базы полуактивной PJIC с телевизионным подсветом в це; достижения наибольшего отношения сигнал/помеха на выходах информа1 онных каналов изображения и звука с учётом предложенных мер по борьб непреднамеренными помехами.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является полуакт) нал РЛС с телевизионным подсветом как вариант активной бистатической PJ Предметом исследования являются различные способы её защиты от непредна! репных помех.

Методология н методы проведённого исследования. Основным методом исс дований является математическое моделирование, а также эксперименталы проверка адекватности разработанных моделей. В качестве технических сред! исследований использовались узлы экспериментального образца полуактив!: PJIC с телевизионным подсветом, ПЭВМ, спектроанализаторы фирмы «Hewl Packard», осциллографы фирмы «Fluke», генераторы фирмы «Hameg». Научная новизна и значимость полученных результатов.

1. Разработанный комплекс технических средств подавления непреднамерен» помех позволяет реализовать полуактивные PJIC с телевизионным подсветог

2. Впервые были достаточно подробно исследованы характеристики телевизи ного сигнала с точки зрения радиолокации, определены параметры обнару: ния для информационных каналов, работающих по различным его составлю щим. Впервые экспериментально были сделаны оценки ширины спектра с нала яркости, ширины спектра межстрочных флуктуации сигнала яркости, г рины спектра межкадровых флуктуаций и ширины спектра ЧМ сигнала звук

3. Получены параметры систем электродинамического экранирования и поля зационной режекции прямого сигнала с учётом впервые исследованных изо; и сектора нулевых доплеровских сдвигов частоты отражённого сигнала по активной РЛС с телевизионным подсветом.

4. В результате обобщения известных теоретических и экспериментальных следований в области радиолокации и радионавигации принята модель экс ненциально-параболической формы пространственной корреляционной фу ции прямого сигнала у раскрыва антенной системы РЛС, с учётом этого вп вые проведен синтез и анализ двухканального пространственного авгокомп сатора прямого сигнала с двукратным пространственным дифференцирова ем.

5. Получено соотношение, определяющее оптимальную базу полуактивной PJ при которой достигается приемлемое соотношение сигнал/помеха на выхо, её информационных каналов.

Практическая значимость полученных результатов. Идея использования эл тромагнитного поля телевизионных ретрансляторов для радиолокационного к троля воздушного пространства по сравнению с использованием обычных Р имеет ряд преимуществ:

. Отсутствие передающей системы существенно снижает массогабаритные характеристики системы, следовательно, повышается её мобильность.

. Абсолютная скрытность, поскольку РЛС ничего не излучает. Она может использовать телевизионное поле сопредельных стран для контроля воздушного пространства над границами и приграничными районами.

. Низкая стоимость полуактивных PJIC с телевизионным подсветом по сравнению с обычными активными и (экстатическими РЛС, как в производстве, так и в эксплуатации.

)сповные положения диссертации, выносимые на защиту.

. Характеристики временной, спектральной, пространственной и поляризационной структуры составляющих телевизионного сигнала как радиолокационного сигнала подсвета.

. Энергетические характеристики отражённого сигнала, мешающего прямого сигнала и мешающих отражений с учётом интерференционного сомножителя сферической Земли.

. Система электродинамического экранирования и поляризационной режекции целевого канала PJIC с телевизионным подсветом с учётом наличия' сектора "нулевых" доплеровских частот отражённого сигнала..

. Синтез Структуры и анализ характеристик двухканального пространственного автокомпенсатора мешающего прямого сигнала в каналах изображения и звука.

. Обоснование дополнительных мер временной и спектральной селекции составляющих телевизионного сигнала в информационных каналах изображения и звука.

i. Оптимизация базы полуактивной РЛС с телевизионным подсветом.

1ичныи вклад соискателя.

. Исследование энергетических, спектрально-временных, пространственных и поляризационных характеристик телевизионного сигнала, как радиолокационного сигнала подсвета (совместно с Романовым A.B.) - 50%. Оценка энергетических характеристик отражённого сигнала и непреднамеренных помех с учётом интерференционного сомножителя Земли - 100%.

i. Система электродинамического экранирования с учётом сектора "нулевых" доплеровских частот (совместно с Юрцевым O.A., Чмырёвым H.A., Шаляпиным C.B.) - 25%.

г. Синтез структуры и анализ характеристик двухканального автокомпенсатора прямого сигнала — 100%.

!. Оценка спектральной режекции помех с применением и без применения апо-дизации АЧХ когерентного накопителя (совместно с Семашко П.Г.) - 50%.

i. Оптимизация базы полуактивной РЛС с телевизионным подсветом (совместно с Романовым A.B., Семашко П.Г.) - 33%.

Апробация результатов диссертации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на:

. Третьей республиканской научной конференции студентов и аспирантов Республики Беларусь (БГУ, 1997 г., июнь);

И Международной научно-технической конференции «Современные средства связи» (Нарочь, 1997 г,, сентябрь);

3. XXXIII научно-технической конференции аспирантов и студентов БГУИ (1998 г., апрель);

4. Третьем Международном молодёжном форуме «Радиоэлектроника и молодел в XXI веке» (Харьков, 1999 г., июнь).

Опубликованность результатов. Результаты диссертации:

- опубликованы в республиканском межведомственном научном издании -статьи;

- депонированы в республиканском издании - 3 статьи;

- опубликованы в тезисах 3-х докладов на международном форуме и респу< ликанских научных конференциях - 3 доклада.

Всего 68 страниц опубликованного материала.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, общей х; рактеристики работы, пяти основных глав, заключения, списка кспользованнь: источников и приложения. Полный объем диссертации составляет ] 67 страши таблицы и рисунки занимают 37 страниц, приложения занимают 27 страниц. Сш сок использовавшейся в работе литературы включает 80 источников на 6 стран] цах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе теоретически и экспериментально исследованы зяергетлч' ские, спектрально-временные, пространственные и поляризационные характер! стики телевизионного сигнала как радиолокационного сигнала ,подсвета. Показ; но, что не все составляющие телевизионного сигнала пригодны для использов, ния при радиолокационном обзоре. Внимания заслуживают: сигнал яркости с н сущей изображения, сигнал звука, строчные синхроимпульсы, кадровые синхр! импульсы. Цветоразностные сигналы и сигналы цветовой синхронизации обл дают низкой энергетикой и по спектру расположены отдельно от сигнала изобр; жения и сигнала звука, поэтому являются как бесполезными, так и безвредными точки зрения решения задач радиолокационного наблюдения. Сделан вывод том, что при построении РЛС с телевизионным подсветом целесообразна орган зация трёх информационных каналов:

- информационного канала обнаружения и обзора по азимуту и скорости, р ботающего по несущей сигнала изображения (с подавленными сигналом я кости, строчными и кадровыми синхроимпульсами);

- информационного канала обзора по дальности с однозначным грубым опр делением дальности, работающего по сигналу звука;

- информационного канала обзора по дальности с неоднозначным, но бол' точным определением дальности, работающего по сигналу яркости (с пода ленной несущей).

По результатам исследований характеристик телевизионного сигнала даны рек мендации по устранению возможного вредного влияния его составляющих др на друга:

1. Поскольку самой энергоёмкой составляющей телевизионного сигнала являет несущая сигнала изображения, целесообразным является её использование д. построения информационного канала обнаружения и обзора по азимуту и ск

рости. При этом АМ сигнал яркости, строчные и кадровые синхроимпульсы прямого и отражённого сигналов являются мешающими сигналами, которые необходимо подавлять методами временной; спектральной, пространственной и поляризационной селекции. '.. Подавление прямого сигнала в информационном канале обнаружения и обзора по азимуту и скорости методами пространственной автокомпенсации возможно при предварительном подавлении в прямом сигнале путём спектральной режекции несущей изображения и той части спектра сигнала яркости, которая находится вне диапазона доплеровских сдвигов отражённого сигнала (±3,5 кГц). Применение спектральной селекции межстрочных флуктуации сигнала яркости невозможно, поскольку их ширина спектра (150 * 300 Гц) находится в диапазоне доплеровских сдвигов отражённсгр сигнала. . Для подавления строчных синхроимпульсов, в информационном канале обнаружения и обзора по азимуту и скоро стадо пространствегагой когерентной компенсации прямого сигнала эффективно, может быть использована спектральная селекция, учитывая, что диапазон, доплеровских частот значительно меньше частоты строк. . .

. Для подавления кадровых синхроимпульсов, прямого сигнала эффективно может быть использована их временная селекция с использованием специально сформированных импульсов гашения. Применение спектральной селекции кадровых синхроимпульсов нецелесообразно, поскольку спектральные составляющие кадровых синхроимпульсов попадают в диапазон доплеровских сдвигов отражённого сигнала (± 1,5 кГц). . Сигнал звука, занимающий самостоятельней диапазон частот, может быть эффективно отселектирован спектральными методами и использован для создания самостоятельного информационного кацапа обзора по дальности и скорости или только по дальности. . При использовании сигнала яркости для построения третьего информационного канала обзора по дальности, мешающим сигналом будет несущая изображения. Для её подавления целесообразно применение спектральной режекции.

Проведены экспериментальные исследования телевизионного поля по вы-оте. Подтверждена многолепестковая структура телевизионного поля в верти-альной плоскости, определяемая произведешем диаграммы направленности пе-едающей антенны ТУ-центра и интерференционного сомножителя сферической емной поверхности. Установлено, что на расстояниях 20-50 км от телецентра вы-ота телевизионного поля обычно ограничена величиной 1-2 км, а на расстояни-х ~ 100 км может достигать величины 4 км,,поэтому полуактивные РЛС с теле-изионным подсветом можно использовать для контроля воздушного пространст-а на малых и средних высотах.

Выявлена возможность использования поляризационной селекции для час-ичного подавления прямого сигнала, проникающего по боковым лепесткам диа-раммы направленности антенны целевого канала, если осуществлять приём на ртогональной, по отношению к ТУ-центру; .поляризации. При этом примерно оловина деполяризованного при отражении* от цели сигнала будет принята ан-енной с поляризационным фильтром.

' 8

Вторая глава посвящена исследованию энергетических характеристик учётом интерференционного сомножителя сферической земной поверхности) о ражённого от цели сигнала и непреднамеренных помех: прямого сигнала от Т центра, принимаемого по боковым лепесткам диаграммы направленности анте ны целевого канала, и мешающих отражений от подстилающей поверхност принимаемых по главному и боковым лепесткам диаграммы направленности а тенны целевого канала. Установлено, что прямой сигнал превышает отражённь сигнал на (7(Н90) дБ, а мешающие отражения превышают отражённый сигнал : (30-^-50) дБ, поэтому задача подавления прямого сигнала и мешающих отражен! и выделение полезного сигнала превращается в серьёзную научно-техническ) проблему, осложняющуюся необычайно большим динамическим диапазоном V. менения уровней помех и сигналов. Учитывая ограниченный динамический ди пазон работы аналоговых и цифровых устройств обработки сигналов на фоне п мех, во избежание проявления необратимых по отрицательным последствиям л линейных эффектов, при решении задач выделения сигнала и подавления разли ных слагаемых телевизионного сигнала в составе прямого сигнала и мешающ) отражений наряду с традиционным использованием поляризационных, простра ственных, временных и спектральных различий сигналов я помех, показана цел сообразность использования нетрадиционного способа подавления прямого се нала - электродинамического экранирования антенной системы со стороны тел визионного центра. Вместе с тем обозначена возможность использования релье( местности для ослабления прямого сигнала путём расположения приёмной поз ции за возвышенностью по отношению к ТУ-центру (при этом должна сохранят ся прямая видимость ТУ-центра со стороны антенн компенсационных каналов).

В третьей главе рассмотрена система электродинамического экранирован и поляризационной режекции антенны целевого канала с учётом характерного д полуактивной РЛС с телевизионным подсветом сектора "нулевых" доплеровск сдвигов частоты отражённого сигнала. В качестве электродинамического экра для уменьшения парусности предложена металлическая сетка прямоугольн формы. Поляризационная режекция прямого сигнала осуществляется антенн целевого канала, настроенной на приём волны с поляризацией, ортогональной I лучаемой ТУ-центром волны путём соответствующей ориентацией вибратор синфазной антенной решётки или ориентации рупора облучателя параболичесв го зеркала. В качестве дополнительных поляризационных фильтров, расположи ных параллельно раскрыву антенны или раскрыву рупора облучателя в непосрс ственной близости от них, предложены рамочные конструкции с набором парг лельно расположенных проводников, ориентация которых совпадает с поляри: цией прямого телевизионного сигнала.

На базе ранее разработанных математической модели системы "сетчат) экран - антенна - поляризационный фильтр" и методики приближенного решен в этой системе задач дифракции, учитывающей, во-первых, поля дифракции четырёх кромок экрана, во-вторых, прошедшую через сетку экрана электром; нитную волну и, в-третьих, ослабление поляризационным фильтром суммарно поля на раскрыве антенны, определены параметры системы, обеспечивают требуемые характеристики:

- размер экрана;

- расстояние между центрами раскрыва антенны и экрана;

- размер ячейки и диаметр проводников сетчатого экрана;

- диаметр проводников поляризационного фильтра и расстояние между ними;

- угол электродинамического экранирования;

- эффективность электродинамического экранирования и поляризационной режекции.

Стремление уменьшить угол электродинамического экранирования с целью сширения сектора обзора по азимуту, что достигается уменьшением размеров рана и увеличением расстояния до него, неизбежно приводит к уменьшению )фекгивности электродинамического экранирования. В этой связи показано, что ктор электродинамического экранирования не имеет смысла делать меньше так яываемого, сектора "нулевых" доплеровских сдвигов частоты отражённого сиг-ла. По мере приближения цели к базе бистатической PJIC уменьшается допле-1вское смещение частоты отражённого сигнала, во-первых, потому что бистати-ский угол приближается к 180 градусам, а во-вторых, потому что уменьшается диальная составляющая скорости цели как проекция вектора скорости цели на [ссектрису бистатического угла. Определены, так называемые, изодопы полуак-:вной PJIC с телевизионным подсветом - линии равных доплеровских смещений стоты отражённого сигнала, как совокупность геометрических мест нахождения ли, движущейся с фиксированной скоростью в сторону PJIC. Расположение одоп свидетельствует о том, что существует определённый сектор в направле-ш на телевизионный центр, в котором доплеровские смещения частоты отра-гшгого сигнала настолько малы, что спектральная селекция отражённого сигна-. на фоне мешающих отражений и межстрочных флуктуаций остатков прямого ¡гнала (после его пространственной когерентной компенсации) невозможна. На-щмер, при скорости цели Уц = 200 м/с, времени когерентного накопления „ = 30 мс, т.е. разрешающей способности по доплеровской частоте AFÍC = 33 Гц, ктор "нулевых" доплеровских смещений частоты отражённого сигнала составит 40 -4- 45 градусов. При уменьшении скоростей целей этот сектор увеличивает.. Практически оправданным может считаться сектор электродинамического эк-ширования, согласованный с сектором "нулевых" доплеровских смещений часта отражённого сигнала, размером в 90 градусов.

Экспериментальной проверке подвергались два варианта систем лектродинамический экран - антенна - поляризационный фильтр": Система "сетчатый экран - параболическая антенна - поляризационный фильтр" с параметрами:

- размеры экрана 15 м х 15 м;

- расстояние между центрами раскрыва антенны и экрана 20 м;

- угол экранирования около 45 *

- размер ячейки сетчатого экрана 5 мм х 5 мм;

- диаметр проводников сетки экрана 0,7 мм;

- диаметр проводников поляризационного фильтра 3 мм;

- расстояние между проводниками поляризационного фильтра 25 мм;

- эффективность электродинамического экранирования 35 дБ.

2. Система "сетчатый экран - синфазная антенная решётка — поляризациошш

фильтр" с параметрами:

- размеры экрана 3 м х 3 м;

- расстояние между центрами раскрыва антенны и экрана 1,5 м;

- угол экранирования около 90°;

- размер ячейки сетчатого экрана 5 мм х 5 мм;

- диаметр проводников сетки экрана 0,7 мм;

- диаметр проводников поляризационного фильтра 3 мм;

- расстояние между проводниками поляризационного фильтра 25 мм;

- эффективность электродинамического экранирования 30 дБ.

Четвёртая глава посвящена синтезу и анализу пространственного когерен

кого автокомпенсатора прямого сигнала. В результате обобщения известных те ретических и экспериментальных исследований в области радиолокации и ради навигации принята модель экспоненциально-параболической формы пространс венной корреляционной функции прямого сигнала у раскрыва антенной систем РЛС. Из этого сделан вывод, что для подавления прямого сигнала необходимо достаточно двукратного междуканального вычитания (двухканальной простра ственной автокомпенсации). Антенны компенсационных каналов целесообраз] располагать симметрично относительно антенны целевого канала, поскольку п тенциально достижимая эффективность автокомпенсации оказывается в 4 ра выше по сравнению с эффективностью несимметричной схемы. Установлено, ч при практической реализации двухканального квадратурного автокомпенсато отказ от вторых квадратур компенсационных каналов фактически приводит к н работоспособности автокомпенсатора. Рассмотрены причины, снижающие реал ную эффективность по сравнению с потенциально достижимой:

- ошибки самонастройки (флуктуационные и динамические);

- шумы квантования из-За ограниченной разрядности АЦП;

- периодическое нарушение равенства расстояний между целевой и ко пенсационными антеннами из-за перемещения фазового центра целевой антеш в процессе ее вращения, в результате чего двухканальный автокомпенсатор двухканальным пространственным дифференцированием как бы трансформир ется в два одноканальных с однократным пространственным дифференцировав ем;

- факторы неидентичности и нелинейности в каналах приёма (снижен междуканальной корреляции прямого сигнала из-за междуканалыюй разности > да; неидентичность АЧХ и ФЧХ каналов приёма; нелинейные искажения в тр; тах обработки).

Показано, что выбор оптимальной полосы автокомпенсации в целях ум« шения ошибок самонастройки не является очень критичным. При полосе ав' компенсации, равной половике ширины спектра мешающего излучения, время; токомпенсации составит около шести интервалов корреляции мешающего из: чеиия, т.е. десятки микросекунд, как для канала изображения, так и для каш звука, что много меньше времени корреляции задающего воздействия. Опреде. но, что в реальных условиях двухканальный автокомпенсатор обеспечивает с; жение уровня прямого сигнала примерно на 40 дБ. Для достижения такой эфф<

гивности разность электрических длин основного и компенсационных каналов не должна превышать единиц дециметров, а неидентичность ЛЧХ каналов приёма не должна превышать десятипроцентную величину.

В пятой главе рассмотрено подавление мешающих отражений и прямого сигнала в процессе спектрально-временной селекции отражённого сигнала. Определено, что спектрально-временная когерентная компенсация мешающих отражений и прямого сигнала эффективна лишь в информационных каналах, работающих по сигналам несущей изображения и. яркости. При этом эффективность спектрально-временной когерентной компенсации тем выше, чем больше радиальная скорость цели. В канале, работающем по сигналу звука, из-за его большой ширины спектра, спектрально-временная когерентная компенсация помех фактически не осуществляется. Показано, что применение аподизации прямого сигнала и мешающих отражений по закону со5га(л1/Та) существенно повышает эффективность спектрально-временной когерентной компенсации. Оптимальный индекс аподизации т = 2. При этом мощность помех в каналах, работающих по сигналам несущей изображения и яркости, снижается не менее, чем на ~ 15 20 дБ. На основании этого сделан вывод о том, что применение в этих каналах спектральной селекции в сочетании с электродинамическим экранированием, поляризационной режекцией и пространственной автокомпенсацией, фактически снимает проблему прямого сигнала. Показано, что широкий и сплошной спектр сигнала звука исключает возможность использования спектрально-временной когерентной компенсации прямого сигнала и мешающих отражений в канале звука. Тем не менее, приемлемое отношение сигнал/помеха в канале звука достигается (в сочетании с другими способами, аналогичными используемым в канале изображения) благодаря "кнопочной' функции неопределённости звука и .увеличению, в связи с этим, отношения сигнал/помеха в результате спектральной селекции отражённого сигнала в число раз, равное базе звука (ЛГЗВ • Ткн). Установлено, что временной, пространственной и поляризационной селекции оказывается недостаточно для того, чтобы при любых базах обеспечить достаточное отношение сигнал/помеха. Анализ, связанный с оптимизацией базы РЛС, показал, что в эволюции отношения сигнал/помеха при изменении базы объективно существуют две противоположные тенденции: отношение сигнал/шум убывает с увеличением базы, а отношения "отражённый сигнал / мешающие отражения" и "отражённый сигнал / прямой сигнал" растут с увеличением базы, т.к. телевизионное поле подсвета в приземном слое убывает быстрее, чем в районе цели. При некоторых значениях базы достигается сбалансированность спектральной плотности внутренних шумов с одной стороны, и суммарной спектральной плотности прямого сигнала и мешающих отражений с другой стороны. Эти значения базы (гоопт = (0,5 -:- 0,7)гргТУ) следует считать оптимальными. При этом приемлемое отношение сигнал/помеха обеспечивается на выходах всех трёх информационных каналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показана целесообразность вторичного использования неизбежно существующих жизнеобеспечивающих электромагнитных полей для решения других (например радиолокационных) задач [1,2]. В этой связи выявлена возможность

использования полного телевизионного сигнала в качестве радиолокационного сигнала подсвета [4]. Определено, что для организации радиолокационного контроля воздушного пространства интересны (с точки зрения энергетики) лишь некоторые составляющие телевизионного сигнала: сигнал яркости с несущей изображения, сигнал звука, строчные синхроимпульсы, кадровые синхроимпульсы [7]. Теоретически и экспериментально исследованы спектрально-временные, пространственные и поляризационные характеристики этих составляющих [1,4,7]. Показана целесообразность организации трёх информационных каналов при построении полуактивной РЛС с телевизионным' подсветом: информационного канала обнаружения и обзора по азимуту и скорости, работающего по несущей изображения; информационного канала обзора по дальности с однозначным грубым определением дальности, работающего по сигналу звука; информационного канала обзора по дальности с неоднозначным, но более точным определением дальности, работающего по сигналу яркости [1,2,4].

2. Исследованы энергетические характеристики отражённого от цели сигнала, прямого сигнала, принимаемого по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны и мешающих отражений от подстилающей поверхности в окрестности РЛС с учётом интерференционного сомножителя сферической земной поверхности [1,2]. На основании этого обозначена серьёзная научно-техническая проблема по подавлению прямого сигнала и мешающих отражений и выделению полезного сигнала, осложняющаяся необычайно большим динамическим диапазоном изменения уровней помех и сигналов. В этой связг показана целесообразность использования комплекса мер по борьбе с помехами: как традиционное использование поляризационных, пространственных временных и спектральных различий сигналов и помех, так и нетрадиционно« использование электродинамического экранирования антенной системы от прямого сигнала ТУ-центра [1,2,8].

3. Рассчитаны и экспериментально подтверждены следующие параметры систе\ электродинамического экранирования и поляризационной режекцик прямой: сигнала ТУ-центра: размер экрана; расстояние между центрами раскрыва ан тенны и экрана; размер ячейки и диаметр проводников сетчатого экрана; диа метр проводников поляризационного фильтра и расстояние между ними; уго.) электродинамического экранирования; эффективность электродинамическоп экранирования. Установлено, что у полуактивной РЛС с телевизионным под светом существует определённый сектор обзора в направлении на телевизион ный центр, в котором доплеровские смещения частоты отражённого сигнал; настолько малы, что спектральная селекция отражённого сигнала на фоне ме шающих отражений и межстрочных флуктуаций. остатков прямого сигнала подвергнутого пространственной автокомпенсации, невозможна. Для различ ных скоростей целей этот сектор имеет величину 40 + 90°. Оправданное согла сование сектора электродинамического экранирования с сектором "нулевых1 доплеровских частот отражённого сигнала приводит к таким соотношения» размеров экрана и расстояния до него, при которых эффективность экраниро вания составляет 30 -5- 35 дБ.

4. Показано, что пространственная корреляционная функция прямого сигнала у раскрыва приёмной антенны PJTC имеет экспоненциально-параболическую форму и поэтому пространственный когерентный автокомпенсатор прямого сигнала должен быть двухканальным [3,8]. При этом, с точки зрения потенциально достижимой эффективности, антенны компенсационных каналов должны иметь симметричное расположение относительно антенны целевого канала [3]. Установлено, что потенциально достижимая эффективность автокомпенсатора в реальных условиях может снижаться из-за: флуктуационных и динамических ошибок самонастройки; шумов квантования, обусловленных ограниченной разрядностью АЦП; периодического нарушения симметричности расположения компенсационных антенн, вызванного перемещением фазового центра антенны целевого канала в процессе её вращения; факторов неидентичности в каналах приёма [3,5,6,9]. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что реально достижимая эффективность двухканального автокомпенсатора прямого сигнала равна vKK = (30 4- 40) дБ [3,8]. Определено, что выбор оптимальной полосы автокомпенсации в целях уменьшения ошибок самонастройки не является очень критичным. При этом быстродействие автокомпенсатора (время переходных процессов) составляет десятки микросекунд, что много меньше времени корреляции задающего воздействия [3].

5. Показано, что спектрально-временная компенсация помех эффективна лишь в информационных каналах, работающих по сигналам несущей изображения и яркости [1,2]. В информационном канале, работающем по сигналу звука, она фактически не осуществляется. Определено, что для повышения эффективности спектрально-временной когерентной компенсации в реальных условиях необходимо применение аподизации прямого сигнала и мешающих отражений по закону cosm(nfTa). Оптимальный индекс аподизации при этом ш = 2, поскольку при дальнейшем его увеличении спектральная плотность помехи становится меньше спектральной плотности внутренних шумов, а эффективное время когерентного накопления сокращается.

6. Установлено, что комплексное применение всех вышеперечисленных средств борьбы с непреднамеренными помехами не обеспечивает приемлемое отношение сигнал / помеха при любых базах [1,2]. Анализ, связанный с оптимизацией базы PJIC, показал, что в эволюции отношения сигнал/помеха при изменении базы объективно существуют две противоположные тенденции: отношение сигнал/шум убывает с увеличением базы, а отношения "отражённый сигнал / мешающие отражения" и "отражённый сигнал / прямой сигнал" растут с увеличением базы, т.к. телевизионное поле подсвета в приземном слое убывает быстрее, чем в районе цели [2]. При этом, оптимальным является размещение приёмной позиции PJIC на расстоянии r0oirr= (0,5 ч- 0,7)rprTv, поскольку при таких значениях базы достигается сбалансированность спектральной плотности внутренних шумов с одной стороны, и суммарной спектральной плотности прямого сигнала и мешающих отражений с другой стороны. В результате этого приемлемое отношение сигнал/помеха обеспечивается на выходах зсех трёх информационных каналов [2].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Охрименко А.Е., Ивлев И.И., Давыденко И.Н., Агишев; А.Г., Романов A.B. Бондарь Д.В. Автокомпенсация прямого сигнала в активной бистатической РЛС / Радиотехника и электроника: Республиканский межведомственный сборник на учных трудов. Выпуск 23 - Мн.: БГУИР, 1999. - С. 21-30. :•,::

2. Ивлев И.И., Романов A.B., Охрименко А.Е. Характеристики телевизионногс сигнала яркости как радиолокационного сигнала подсвета // Радиотехника и элек троника: Республиканский межведомственный сборник научных трудов. Выпуа 23-Мн.: БГУИР, 1999.-С. 31-36.

3...Агишев А.Г., Ивлев И.И., Давыденко И.Н. Синтез; малопараметрическоп корректора частотных характеристик У/ Радиотехника и электроника: Республи канский межведомственный сборник научных трудов. Выпуск 24 — Мн.: БГУИР 1999.-С. 122-125.

4. Ивлев И.И., Романов A.B. Характеристики телебизионного сигнала изобра жения как радиолокационного сигнала подсвета II Третья республиканская науч пая конференция студентов Республики Беларусь (14 - 16 мая 1997 г., Минск) Тезисы докладов. В пяти частях. 4.56 - Мн.: Белгосуниверситет, 1997. - С. 162 163.

5. Ивлев И.И., Охрименко А.Е. Пространственная автокомпенсация прямой сигнала в РЛС с телевизионным подсветом // Известия Белоруской инженерно! академии. Специальный выпуск журнала: материалы II международной научно технической конференции «Современные средства связи» (22 - 26 сентября 199' г., Нарочь, Беларусь) / Высший колледж связи. - 1997. - № 1(3)/1. - С. 144-148.

6. Ивлев И.И., Охрименко А.Е. К вопросу о неидентичности каналов автоком пенсатора мешающих излучений И 3-й М1жнародни молод1жни форум «Ра дюелектрошка i молодь у XXI ст.» (20 - 23 ттня 1999 г., Харьюв): Тезисы док ладов. В двух частях. 4.1 - Харьков.: ХТУРЭ, 1999. - С. 68-71.

7. Романов A.B., Ивлев И.И., Гейстер С.Р., Охрименко А.Е. Энергетические ха рактеристики сигналов и помех в РЛС с телевизионным подсветом / Белорусскт университет информатики и радиоэлектроники. - Мн., 1998. - 19 с. - Деп. В Бе лИСА 13.07.1998. — № Д199847 //Реферативный сборник недубликуемыхработ. 1998.-№11.-С. 63.

8. Ивлев И.И., Романов A.B., Семашко П.Г., Охрименко А.Е. Оптимизация 6a3t активной бистатической РЛС / Белорусский университет информатики и радио электроники. - Мн., 1998. - 12 с. - Деп. В БелИСА 13.11.1998. - № Д199882 // Рс феративный сборник неиубликуемых работ. - 1999. - №1(12). - С. 77.

9. Ивлев И.И., Охрименко А.Е., Храпун И.С. Неидентичность каналов и эффек тивность автокомпенсатора мешающих излучений /' Белорусский университет ин форматики и радиоэлектроники. - Мн., 1999.- 8 с. - Деп. в БелИСА 9.04.1999. - -Ь Д199948 // Реферативный сборник непубликуемых работ. - 1999. - №2(13). - С. 8S

15

РЭЗЮМЭ 1улеу Irap It apani'i АБАРОНА ПАУАКТЫУНАЙ РЛС 3 ТЭЛЕВВ1ЙНЫМ ПАДСВЕТАМ АД НЕНАУМЫСНЫХ ПЕРАШКОД

Бктатычнаярадыёлакацыя, РЛСз тэлевЫйным падсветам, характарыстыт

выяулення, прамы сигнал ад тэлецэнтра, перашкоджеаючыя адбгтт, электрадыналтнае экранаванне, палярызацыйная ражэкц1я, прасторавая кагярэнтная аутакампянсацыя, часовая кагярэнтная кампянсацыя, база

б1статычнай РЛС.

Аб'ектам даследавання з'яуляецца пауактыуная РЛС з тэлевшйным ¡адсветам як варыянт актыунай бктатычнай РЛС. Прадметам даследавання 'яуляюцца розныя спосабы яе абароны ад ненаумысных перашкод. Мэтай дадзе-Еай работы з'яуляецца распрацоука сиосабау абароны пауактыунай РЛС з тэле-шйным падсветам ад ненаумысных перашкод, г.зн. спосабау забеспячэння яе эункцыяшравання.

Асноуным метадам даследаванняу з'яуляецца матэматычнае мадэл1раванне, . таксама экспериментальная праверка адпаведнасщ распрацаваных мадэляу. У касщ тэхтчных сродкау даследаванняу выкарыстоувалкь вузлы эксперымен-альнага узора пауактыунай РЛС з тэлев13шным падсветам, ПЭВМ, спектраана-[¡затары ф1рмы «Hewlett-Packard», асцылографы ф1рмы «Fluke», генератары З1рмы «Hameg».

У ходзе праведзеных даследаванняу атрыманы наступныя вынга: . Упершьипо падрабязна даследаваны характарыстыю тэлев1зшнага cimana з

пункту гледжання радыёлакацп. !. Упершьппо атрыманы краявыя тэхшчныя характарыстыю. для пауактыунай

РЛС з тэлев1зшным падсветам. р. Распрацаваны комплекс тэхтчных сродкау барацьбы з ненаумысньтп пераш-кодам1 дае магчымасць рэапзаваць пауактыуныя РЛС з тэлев1зшным падсветам.

к Прапанаваныя л1чбовыя аутакампенсатары, забеспечываючыя падауленне пра-мога TV-ciraana да 40 дБ, могут выкарыстоувацца у шишх «стзмах апрацоую радыёлакацыйных cireanay.

Вынш, атрыманыя у дысертацыйнай рабоце, дазваляюць арганйавадь »адыёлакацыйны кантроль паветранай прасторы з дапамогай пауторнага (Ыкарыстоування непазбежна ¡снугочых жыццёзабяспечваючых электрамагштных галёу. Разам з тым ¿статна павысщь мабшвнасць i скрыгнасць радыёлакацыйных :1стэм, пашзщь ix масагабарытныя i вартасныя характарыстыю.

16

РЕЗЮМЕ Ивлев Игорь Игоревич ЗАЩИТА ПОЛУАКТИВНОЙ РЛС С ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ПОДСВЕТОМ ОТ НЕПРЕД НАМЕРЕННЫХ ПОМЕХ

Бистатическая радиолокация, РЛС с телевизионным подсветом, характеристики обнаружения, прямой сигнал от телецентра, мешающие отражения, электродинамическое экранирование, поляризационная режекция, пространственная когерентная автокомпенсация, временная когерентная компенсация, база бистатической РЛС.

Объектом исследования является полуактивная РЛС с телевизионным по; светом как вариант активной бистатической РЛС. Предметом исследования явл* ются различные способы её защиты от непреднамеренных помех. Целью данно работы является разработка способов защиты полуактивной РЛС с тслсвизио; ным подсветом от непреднамеренных помех, т.е. способов обеспечения её фуш ционирования.

Основным методом исследований является математическое моделированш а также экспериментальная проверка адекватности разработанных моделей. В kî честве технических средств исследований использовались узлы экспериментал; ного образца полуактивной РЛС с телевизионным подсветом, ПЭВМ, спектроаш лизаторы .фирмы «Hewlett-Packard», осциллографы фирмы «Flukc», генератор] фирмы «Hameg».

В ходе проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Впервые подробно исследованы характеристики телевизионного сигнала точки зрения радиолокации.

2. Впервые установлены предельные технические характеристики для полу ai тивной РЛС с телевизионным подсветом. 4

3. Разработанный комплекс технических средств подавления непреднамеренны помех позволяет реализовать полуактивные РЛС с телевизионным подсветом.

4. Предложенные цифровые автокомпенсаторы, обеспечивающие подавлена прямого TV-сигнала до 40 дБ, могут быть использованы в других системах of работки радиолокационных сигналов.

Результаты, полученные в диссертационной работе, позволяк организовать радиолокационный контроль воздушного пространства при помои вторичного использования неизбежно существующих жизнеобеспечивакмщ электромагнитных полей. При этом возможно существенно повьют, мобильность и скрытность радиолокационных систем, понизить i массогабаритные и стоимостные характеристики.

17

ABSTRACT Ivlev Igor Igorevich GUARD OF SEMIACTIVE RADAR WITH TELEVISION DESIGNATION FROM CASUAL INTERFERENCE

Bistatic-radar-location, radar with television designation, performances of a asquisition, direct signal from a TV-center, clutter, electrodynamic screening, polarizing rejection, space coherent self-cancellation, temporal coherent cancelation,

baseline of semiactive radar.

Object of a research is semiactive radar with television designation as variant active bistatic radar. A subject of a research are the various methods of a guard from casual interference. The purpose of the given work is the development of methods of a guard semiactive radar with television designation from casual interference, i.e. methods of support of operation.

A basic method of researches is the mathematical simulation, and also experimental check of adequacy of the developed models. As means of researches the knots of an experimental example of semiactive radar with television designation, computer, spectrum analyzer of the "Hewlett-Packard" corporation, oscillographs of the "Fluke" corporation, generators of the "Hameg" corporation were used.

During of the carried out researches the following outcomes are obtained:

1. Characteristics of a television signal for the first time are detailed investigated from the point of view of a radar-location.

2. Limiting characteristics for half-active radar with television designation for the first time are established.

3. The developed complex of means of suppression of inadvertent handicapes allows to realize half-active radars with television designation.

4. The offered digital self-balancing potentiometers ensuring suppression of a direct TV-signal up to 40 dB, can he used in other systems of processing of radar-tracking signals.

The outcomes obtained in dissertation, allow to organize radar-tracking monitoring of air space with the help of secondary use inevitably existing lifeassurance electromagnetic fields. Thus probably it is essential to increase mobility and secrecy of radar-tracking systems, to reduce them dimensions and cost performances.