Способ функционирования импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции истребителя при обеспечении энергетической скрытности её работы на излучение
METHOD FOR OPERATION OF A PULSE-DOPPLER ON-BOARD RADAR STATION OF A FIGHTER WHILE ENSURING ENERGY SECURITY OF ITS OPERATION FOR EMISSION

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].
брлс
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 обнаружения цели - носителя станции РТР с помощью импульсно-доплеровской БРЛС определяется выражением [2]
где
брлс
Р - средняя излучаемая мощность передатчика БРЛС;
кн
Т - время когерентного накопления сигнала в приемнике, равное времени облучения воздушной цели - носителя станции РТР;
брлс
G - коэффициент направленного действия передающей антенны БРЛС;
a
S - эффективная площадь приемной антенны БРЛС;
ртр
σ - эффективная площадь отражения воздушной цели - носителя станции РТР;
п
α - коэффициент потерь энергии сигнала при его обработке в приемнике БРЛС;
0
N - спектральная плотность внутренних шумов приемника БРЛС;
0
R - отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума, при котором обеспечивается обнаружение воздушной цели - носителя станции РТР с заданными вероятностными характеристиками.
ртр
С другой стороны, максимальная дальность обнаружения D станцией РТР излученного БРЛС высокочастотного зондирующего сигнала определяется выражением [3]
где
ртр
G - коэффициент направленного действия приемной антенны станции РТР;
брлс
λ - длина волны БРЛС;
ртр
Р - чувствительность приемника станции РТР.
РТР
БРЛС
ц
БРЛС
РТР
ц
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>D, приводящая к тому, что на дальности D 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>D, приводящая к тому, что на дальности D 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.
i
брлс
кн
обл
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 ( - количество управляющих сигналов) при управлении средней мощностью излучения Р передатчика и временами когерентного накопления сигнала Т в приемнике и облучения Т 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,
брлс
обл
кн
Р, Т, Т - текущие значения средней излучаемой мощности передатчика БРЛС, времени облучения воздушной цели - носителя станции РТР и времени когерентного накопления сигнала в приемнике БРЛС истребителя соответственно;
ц
D - 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;
с
Т - время обработки сигнала в станции РТР;
k - константа, характеризующая энергетический потенциал БРЛС;
1
k=(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
ц
ртр
ц
- 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 (приравняв дальности D=D) выражение (2) преобразуется к виду (4).
брлс
кн
6рлс
кн
Выражения (5) и (6) обусловлены необходимостью обеспечения постоянства энергетического потенциала в виде произведения РТ для сохранения характеристик обнаружения БРЛС, поскольку при обеспечении скрытности работы БРЛС на излучение уменьшается мощность ее передатчика Р 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, 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.
6рлс
обл
кн
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, Т, Т, 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.
yi
брлс
обл
кн
кн
yi
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 формируются в формирователе (Ф) 14 управляемых параметров на основе текущих значений управляемых параметров Р, Т и Т 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 обратно пропорционально эквивалентной полосе пропускания одного бина алгоритма БПФ. Причем, значения управляемых параметров x 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.
i
1
2
3
i
1
брлс
2
кн
3
обл
6рлс
обл
кн
i
С выхода вычислителя 16 параметра рассогласования значение Δ поступает на вход формирователя 17 (ФСУ) сигналов управления, на выходе которого формируются сигналы управления U, U, U, пропорциональные параметру рассогласования Δ и поступают соответственно на входы усилителя 4 мощности высокой частоты, блока 12 БПФ и системы 18 управления антенной. Так, с помощью сигнала управления U в усилителе 4 мощности высокой частоты осуществляется изменение его коэффициента усиления, то есть излучаемой мощности Р передатчика БРЛС истребителя, с помощью сигнала управления U в блоке 12 БПФ осуществляется изменение эквивалентной полосы пропускания одного бина алгоритма БПФ (времени Т когерентного накопления сигнала в приемнике БРЛС), а с помощью сигнала управления U в системе 18 управления антенной осуществляется изменение времени Т облучения воздушной цели - носителя станции РТР. Управление значениями Р, Т и Т будет осуществляться до тех пор, пока параметр рассогласования Δ 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)