Система радиоэлектронной разведки

Радиоэлектронная разведка представляет собой достаточно сложный комплекс мероприятий и действий и по особенностям решаемых задач может быть разделена на две классификационные группы:

- радиоразведка;

- радиотехническая разведка;

При этом радиоразведка ориентирована на определение местоположения (в основном, углового) радиосистем противника путем использования излучений этих радиосистем, а задачей радиотехнической разведки является анализ параметров радиосигналов, формируемых указанными радиосистемами противника.

Вместе с тем, на практике оба вида радиоэлектронной разведки обычно реализуются в одной и той же радиосистеме, которая называется системой радио – и радиотехнической разведок (РРТР).

Структура РРТР изображена на рис. 4.22.

Функционирование РРТР происходит следующим образом.

Поскольку одна из функций РРТР сводится к определению углового местоположения радиосистемы противника, то по причине изначальной неизвестности этого местоположения диаграмма направленности РРТР должна быть либо ненаправленной в горизонтальной плоскости (чтобы иметь возможность принять радиоизлучение системы противника с любого направления), либо (будучи узкой в горизонтальной плоскости) перемещаться в пространстве, выполняя поиск излучающей радиосистемы противника. Кроме того, поскольку конкретная частота излучения радиосистемы противника заранее не известна, совокупность антенн РРТР должна перекрывать весь возможный частотный радиодиапазон. Все эти функции реализуются в антенном блоке 1.

Работа радиоприемного устройства 2 в составе РРТР обладает соответствующей спецификой. Наиболее важной технической характеристикой этого устройства является диапазон разведываемых частот радиосистем противника. Желательно, чтобы указанный диапазон был достаточно широким.

При этом возможны три варианта построения радиоприемного устройства РРТР.

Первый вариант. Широкополосное неперестраиваемое радиоприемное устройство. Структурное построение такого устройства достаточно традиционно и не нуждается в специальных пояснениях. Применяется в таких РРТР, где важен сам факт работы радиосистемы противника – например, в самолетных радиосистемах предупреждения об обучении.

Второй вариант. Сканирующее (перестраиваемое по частоте) радиоприемное устройство. Структурная схема перестраиваемой части радиоприемного устройства приведена на рис 4.23. Гармоническое колебание частоты , излучаемое радиосистемой противника, поступает на первый вход смесителя 1, на второй вход которого подается гармоническое колебание частоты , вырабатываемое перестраиваемым гетеродином 2 (синтезатором частот). В смесителе образуется совокупность комбинационных частот, из которой фильтр 3 (усилитель промежуточной частоты), обладающий достаточно узкой полосой пропускания, выделяет только разностную частоту . Если окажется, что частота отстоит от частоты настолько далеко, что разностная частота окажется вне полосы пропускания фильтра, то сигнал на выходе фильтра будет отсутствовать, и настройка частоты РРТР на частоту радиосистемы противника будет отсутствовать. Поэтому перестраивая (от блока 5 управления – рис. 4.22) частоту гетеродина до того момента, когда разностная частота попадает в полосу пропускания фильтра, добиваются появления гармонического колебания на выходе этого фильтра. Далее указанное гармоническое колебание поступает на амплитудный детектор 4, выходное видеонапряжение которого, подаваемое на анализатор 3 (рис. 4.22) и блок управления, сигнализирует об обнаружении (по частоте) радиосистемы противника. Приближенная (с точностью до ) оценка частоты может быть получена (от анализатора) на индикаторе 4 (рис. 4.22).

В связи с изложенным, в данном случае к числу технических характеристик радиоприемного устройства, помимо диапазона , добавляются еще значение полосы пропускания фильтра и длительность перестройки гетеродина. В современных РРТР перестройка осуществляется со скоростью (20...30) в секунду; при этом значение могут изменяться от (50...500)Гц до (50...1000)кГц.

Третий вариант. Многоканальное (по частоте) неперестраиваемое радиоприемное устройство. Структурная схема многоканальной (фильтровой) части радиоприемного устройства и амплитудно-частотные характеристики фильтров показаны на рис. 4.24. Радиоколебание неизвестной заранее частоты , излученное радиосистемой противника, поступает на первый вход смесителя 1. На второй вход этого смесителя подается радиоколебание частоты от гетеродина 2. При этом, поскольку разностная частота также является неизвестной, то весь возможный диапазон (где и - ожидаемые минимальная и максимальная частоты колебаний, излучаемых радиосистемой противника) перекрывается амплитудно-частотными характеристиками фильтров , имеющих одинаковые полосы пропускания; тогда величина рассчитывается по формуле

(4.7)

Выходное колебание сработавшего фильтра подвергается амплитудному детектированию, и видеонапряжение с выхода соответствующего амплитудного детектора 4 поступает на анализатор (рис. 4.22), в котором по номеру данного канала (фильтр плюс амплитудный детектор) вычисляется (при известной ) значение частоты .

Таковы три возможных варианта построения радиоприемного устройства РРТР.

Продолжим рассмотрение функционирования РРТР, структурная схема которого приведена на рис. 4.22.

С выхода радиоприемного устройства 2 сигналы поступают на вход анализатора 3, который предназначен для обнаружения сигналов радиосистемы противника и измерения их параметров, которые дают известное представление о типе работающей радиосистемы противника. Иными словами, анализатор является узлом РРТР, выполняющим радиотехническую разведку.

Рассмотрим процесс обнаружения сигнала.

Обнаружением сигнала называется последовательность радиотехнических операций, выполняемых над входным напряжением, в результате которой формируется решение – имеется сигнал во входном напряжении или нет. Это означает, что оконечным каскадом обнаружителя должно являться пороговое устройство (см. рис. 4.25), формирующее на своем выходе значения 1 или 0.

Обычно под входным напряжением понимается либо аддитивная смесь сигнала и шума :

(4.8)

либо только шум:

(4.9)

Иными словами, задача обнаружителя состоит в различении, какое именно напряжение присутствует в данный момент – описываемое соотношением (4.8) или подчиняющееся уравнению (4.9).

Отметим, что шумовая составляющая присутствует в напряжении всегда, поскольку она обязана своим происхождением таким неустранимым факторам как тепловое движение электронов, наличие галактических радиоизлучений, флуктуации электронных потоков в радиоприборах, и т.д. Вследствие этого шумовое напряжение является случайным и его поведение описывается плотностью распределения вероятностей. Однако указанная плотность , существующая на входе радиоприемного устройства 1 (рис. 4.25), должна быть пересчитана в соответствующую плотность для выхода радиоприемного устройства, которая, в частности, для шума, прошедшего через согласованный с сигналом фильтр и амплитудный детектор, задается выражением

(4.10)

где - мощность шума на выходе порогового устройства (дисперсия случайного процесса ). Из-за наличия шумовой составляющей в выражении (4.8) случайным является также и соответствующее напряжение ; плотность распределения вероятностей напряжения, прошедшего согласованный с сигналом фильтр и амплитудный детектор, на выходе радиоприемного устройства в этом случае записывается как

(4.11)

где: - энергия сигнала;

- длительность обработки в согласованном с сигналом фильтре;

- модифицированная функция Бесселя нулевого порядка.

Плотности и распределения вероятностей выходного напряжения радиоприемного устройства показаны на рис. 4.26.

Поскольку во входном напряжении радиоприемного устройства присутствует случайный компонент , то выходные сигналы (0 и 1) порогового устройства также будут иметь вероятностную природу, причем вероятности возникновения этих (0 и 1) сигналов будут зависеть от того, какой именно плотности и распределения вероятностей будет подчиняться случайный процесс на входе порогового устройства в данный момент. Возможны четыре следующих ситуации (см. рис. 4.27):

а) смесь сигнала с шумом превышает порог ; вероятность этого события называется вероятностью правильного обнаружения и вычисляется как

(4.12)

б) смесь сигнала с шумом не превышает порог ; вероятность этого события называется вероятностью пропуска и вычисляется как

(4.13)

в) шумовое напряжение превышает порог ; вероятность этого события называется вероятностью ложной тревоги и вычисляется как

(4.14)

г) шумовое напряжение не превышает порог ; вероятность этого события называется вероятностью правильного необнаружения и вычисляется как

(4.15)

Вероятности и являются вероятностями правильных решений; вероятности и - вероятностями ошибочных решений. Качество обнаружения тем выше, чем больше (обычно ) и чем меньше (традиционные значения ). Сочетание этих величин с отношением мощности сигнала к мощности шума дается так называемыми характеристиками (зависимостью от при параметре кривой) обнаружения, представленными на рис. 4.28. Данные характеристики используются для сравнительной оценки эффективности различных обнаружителей.

Процесс обнаружения опережает процессы измерения параметров, которые начинают выполняться сразу после формирования решения «сигнал есть» (1 на выходе порогового устройства).

Пожалуй, наиболее важным (с разведывательной точки зрения) параметром является частота заполнения принятого сигнала. Рассмотренные ранее (рис. 4.23, 4.24) способы осуществляли поиск данной, полагавшейся неизвестной, частоты с точностью до половины () ширины полосы пропускания фильтра. При этом в ряде случаев требуется не только более точное измерение этой частоты, но и ее запоминание.

Одним из устройств, выполняющих точное измерение частоты, является цифровой измеритель, структурная схема которого изображена на рис. 4.29, а). Эпюры, поясняющие работу данного измерителя, приведены на рис. 4.29, б).

Гармоническое колебание с выхода предшествующего фильтра поступает на вход формирователя 1 импульсов. Этот формирователь вырабатывает короткие импульсы в моменты пересечений снизу-вверх напряжением нулевого уровня. Последовательность данных импульсов вводится на первый вход блока 2 селекции. На второй вход этого блока подается открывающий (селектирующий) импульс заранее обусловленной длительности . Те из коротких импульсов, которые оказались в пределах импульса длительности , поступают на преобразователь 3 «количество импульсов – частота», алгоритм работы которого записывается следующим образом:

(4.16)

где - количество коротких импульсов, уложившихся на интервале . При этом, поскольку передний фронт импульса длительности никак не синхронизирован с вырабатываемыми формирователем короткими импульсами, то возможна ошибка измерения, соответствующая одному короткому импульсу:

(4.17)

Например, при сек ошибка измерения частоты составит 1 Гц.

Если обратиться к проблеме запоминания частоты (такое запоминание необходимо, скажем, для оперативной настройки генератора ответной помехи), то одним из устройств, обеспечивающих запоминание частоты с точностью до фазы (то есть когерентным образом) является устройство с обратной связью, структурная схема которого представлена на рис. 4.30.

Выходное гармоническое колебание (частота этого колебания подлежит запоминанию) фильтра 1 поступает на первый вход блока 2 селекции. На второй вход этого блока подается сравнительно протяженный импульс длительности , в течение которого гармоническое колебание с выхода фильтра через блок селекции вводится на первый вход импульсно-фазового детектора 3. За время данный детектор должен сравнить фазу указанного гармонического колебания с фазой другого (поступающего на второй вход импульсно-фазового детектора) гармонического колебания и выработать напряжение, пропорциональное разности фаз этих колебаний. Это напряжение подается далее на управляющий элемент 4, который соответствующим образом (до совпадения фаз) изменяет частоту работы перестраиваемого генератора 5. Данная подстройка происходит во время интервала , а по окончании его частота выходных колебаний перестраиваемого генератора остается постоянной в течение достаточно долгого времени. Эта продолжительная неизменность частоты трактуется как запоминание данной частоты.

Отметим, что если высокая точность (как в рассмотренном устройстве) запоминания частоты по условиям тактической задачи не требуется, то для означенного запоминания может использоваться, в частности, номер сработавшего фильтра (см. рис. 4.24).

Так осуществляются процессы обнаружения сигналов радиосистемы противника и измерение частоты (основного параметра сигналов радиосистемы противника – с позиции радиотехнической разведки) заполнения указанных сигналов.

Вернемся к рассмотрению функционирования РРТР, структурная схема которого приведена на рис. 4.22.

Факт обнаружения сигнала радиосистемы противника и значения основных параметров этого сигнала фиксируются на блоке 4 индикации. Кроме того, указанные величины поступают также и на блок 5 управления, который, будучи связан не только с радиоприемным устройством 2, но и с антенным блоком 1, выполняет различного рода подстроечные и поисковые функции. В частности, блок управления вырабатывает команды на разворот антенного блока для определения углового положения (в горизонтальной плоскости) излучающей радиосистемы противника. Отметим, что определение местоположения радиосистемы противника в практике радиоразведки зачастую сводится к нахождению именно угла (в таком случае две или более РРТР смогут вычислить расположение радиосистемы противника) и, следовательно, блок управления осуществляет функции радиоразведки.

Для измерения углового положения (в горизонтальной плоскости) радиосистемы противника в практике радиоразведки используются амплитудный и фазовый методы (рассматривавшиеся ранее) углометрии. Здесь мы рассмотрим еще один метод измерения - с помощью доплеровского эффекта.

Структурная схема доплеровского измерителя угловой координаты приведена (в упрощенном виде) на рис. 4.31, а).

Четыре приемные антенны (), расположенные симметрично (на расстоянии ) относительно общего центра, вращаются вокруг этого центра с угловой скоростью , описывая цилиндрическую поверхность диаметром . Все четыре антенны являются ненаправленными в горизонтальной плоскости и представляют собой вертикальные металлические штыри, осуществляющие прием радиоволн в диапазонах КВ и УКВ.

Радиосигнал частоты поступает на данные антенны и далее (попарно с диаметрально-противоположных антенн) на первые и вторые входы первого 1 и второго 2 радиоприемных устройств, на третьи входы которых подано гармоническое колебание от общего (для исключения дополнительных фазовых сдвигов) гетеродина 3. Выходные напряжения радиоприемных устройств вводятся в устройство 4 измерения, после чего индикатор 5 фиксирует величину углового положения радиосистемы противника относительно отсчетного направления (например, продольной оси фюзеляжа самолета) антенной системы рассматриваемой РРТР.

Отметим, что наличие четырех идентичных антенн в данной РРТР связано с возможным маневрированием самолета-носителя РРТР и выявлением его углов (крена, тангажа) относительно самолета – носителя радиосистемы противника. Если принять для простоты, что полет самолета – носителя РРТР совершается горизонтально, то достаточно рассмотреть алгоритмы вычисления угловой величины только для двух антенн (например, и ). Функциональная схема работы одного (для данного случая) канала РРТР показана на рис. 4.31, б).

Поскольку совокупность антенн и вращается (это вращение осуществляет двигатель 6) с угловой частотой (или, что то же, с постоянной линейной скоростью ), то частота радиосигналов, применяемых этими антеннами, будет изменяться во времени (в соответствии с изменяющейся во времени доплеровской частотой). Иными словами, колебание, принятое в данный момент антенной , будет иметь вид

(4.18)

а колебание, принятое антенной , - вид

(4.19)

где - мгновенная проекция вектора линейной скорости на направление, параллельное линии «РРТР – радиосистема противника»; здесь

(4.20)

где - мгновенный угол между вектором линейной скорости и линией «РРТР – радиосистема противника».

Оба колебания и умножаются друг на друга в перемножителе 7, а результат перемножения, в котором компонент частоты усредняется в фильтре 8, записывается в виде

(4.21)

Представляя напряжение (4.21) как

разложим его в ряд

по функциям Бесселя - го порядка от аргумента

Поскольку фильтр имеет сравнительную узкую полосу, то он выделяет первую гармонику данного разложения, а именно

(4.22)

которая и поступает на первые входы первого 9 и второго 10 фазовых детекторов. На вторые входы указанных фазовых детекторов подаются сдвинутые на друг относительно друга гармонические колебания частоты , выработанные генератором 11 опорного напряжения, который синхронизирован с работой двигателя 6. Тогда напряжения на выходах фазовых детекторов будут записываться как и , а напряжение на выходе вычислителя 12 окажется пропорциональным углу , то есть

(4.23)

где - измеренной значение величины .

В ряде современных доплеровских измерителей угловой координаты механическое вращение антенной системы отсутствует, а используется кольцевая решетка неподвижных антенн, расположенных по образующим цилиндра диаметром 2 . При этом элементы данной решетки периодически (со скоростью ) попарно подключаются ко входу радиоприемного устройства.

Отметим также, что если в составе данной РРТР используется многоканальное радиоприемное устройство, то указанная РРТР может определять угловые положения нескольких излучающих радиосистем противника.

Поводя итог рассмотрению функционирования РРТР, отметим, что ряд изучавшихся ранее радиосистем способен выполнять радио – и радиотехнические виды разведки – в частности, это относится к комплексу радиолокационного дозора и наведения.

Поиск по сайту: