Радиолокационная система метрового и низкочастотной части дециметрового диапазонов волн с системой опознавания
RADAR SYSTEM OF VERY-HIGH FREQUENCY BAND AND LOW-FREQUENCY PART OF AN ULTRA HIGH FREQUENCY BAND WITH IDENTIFICATION SYSTEM

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС), состоящих из активного первичного локатора, преимущественно метрового и низкочастотной части дециметрового диапазонов волн, и наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) с системой опознавания.
Радиолокационные системы состоят из активного первичного локатора, который определяет координаты цели, и наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора), который позволяет определить государственную принадлежность летательного аппарата («свой-чужой»). Наличие наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) с системой опознавания по принципу «свой-чужой» в радиолокационной системе необходимо, так как радиолокационная система должна контролировать воздушную обстановку и определять государственную принадлежность летательных аппаратов, находящихся в зоне ответственности радиолокационной системы.
Радиолокационные системы с системой опознавания работают следующим образом.
В первичном радиолокаторе радиолокационные сигналы, передаваемые антенной, отражаются удаленной целью, такой как летательный аппарат, формируя ответный сигнал. Соединенный с антенной приемник обрабатывает ответные сигналы и определяет ее координаты (дальность до цели, азимут, высоту).
Наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) передает радиосигналы, которые принимаются ответчиком, установленным на летательном аппарате. Ответный сигнал, формируемый ответчиком и принимаемый наземным радиозапросчиком (вторичным радиолокатором), позволяет определить государственную принадлежность летательного аппарата («свой-чужой»). Для надежной работы наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) необходимо исключить влияние синхронных помех, возникающих вследствие передачи и приема сигналов наземного запросчика по боковым лепесткам диаграммы направленности (ДН).
Для этого используют специальные методы подавления сигналов запроса, принятых ответчиком по боковому лепестку диаграммы направленности запросчика, и сигналов, принятых наземным запросчиком по боковым лепесткам.
Реализация этих специальных методов подавления сигналов запроса требует использования 2-х каналов (основной канал и канал подавления боковых лепестков), каждый из которых имеет свое передающее и приемное устройства, а также 2-х антенн, создающих диаграммы направленности специальной формы, которые обеспечивают превышение уровня сигналов запроса основного канала над уровнем сигнала канала подавления боковых лепестков в области основного лепестка диаграммы направленности и обеспечивают превышение уровня сигналов канала подавления боковых лепестков над уровнем сигналов запроса основного канала в области боковых лепестков антенны основного канала. Антенны (основного канала и канала подавления боковых лепестков) радиозапросчика могут быть выполнены как имеющие совместно используемые элементы фидерного тракта и излучающие элементы, например антенны, формирующие суммарную диаграмму направленности для основного канала и разностную диаграмму направленности для канала подавления боковых лепестков, так и в виде двух совершенно независимых антенн. Использование специального метода подавления позволяет запросчику не воспринимать сигналы, излучаемые ответчиком и принимаемые боковыми лепестками диаграммы направленности антенны основного канала (Авиационная радиолокация. Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А. Справочник, М.: Транспорт, 1984, стр. 75).
При разработке радиолокационных систем возникает задача повысить их скрытность, живучесть, т.е. уменьшить возможность обнаружения и уничтожения радиолокационных систем. Особую опасность представляют противорадиолокационные ракеты класса «воздух-земля».
Во время работы РЛС происходит излучение СВЧ-сигналов. Излучение СВЧ-сигналов является важным демаскирующим признаком, которым может воспользоваться противник при поражении их с помощью ракет с головкой самонаведения на источник излучения (Радиоэлектронная борьба. Палий А.И. М.: Воениздат, 1981 г., с. 132-140). При этом излучение происходит от активного первичного локатора и от наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) с системой опознавания. Противорадиолокационные ракеты класса «воздух-земля», предназначенные для поражения РЛС, могут наводиться как по излучению первичного радиолокатора, так и по излучению наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора). Однако противорадиолокационные ракеты работают в диапазоне частот выше 500МГц. (Противорадиолокационная ракета HARM AGM-88, http://rbase.new-factoria.m/missile/wobb/agm88/agm88.shtml). Следовательно, для первичного радиолокатора, работающего в метровом диапазоне или в низкочастотной части дециметрового диапазонов волн, ракеты с головкой самонаведения на источник излучения опасности не представляют.
Наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) работает в дециметровом диапазоне волн (Авиационная радиолокация. Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А. Справочник, М.: Транспорт, 1984, стр. 90). Следовательно, в радиолокационных системах, состоящих из первичного радиолокатора, работающего в метровом или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн, демаскирующим излучением является излучение наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора), установленного, как правило, в непосредственной близости от первичного радиолокатора или совмещенного с ним.
Так в радиолокационной системе 55Ж6У, содержащей первичный активный радиолокатор, работающий в метровом диапазоне волн, антенны наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) встроены в антенну первичной РЛС (Зачепицкий А.А. Путь к трем координатам. Журнал ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКАЯ ОБОРОНА, вып. 4, 2007 г.).
Радиолокационная система работает следующим образом.
Первичный радиолокатор (активный) метрового диапазона волн работает как обычный активный локатор. Радиолокационные сигналы, сформированные передатчиком, излучаются антенной. Сигналы, отраженные целью, поступают через антенну в приемник, который обрабатывает эти сигналы и определяет координаты (дальность до цели, азимут, высоту) цели.
Наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) работает следующим образом.
Передающее устройство наземного радиозапросчика передает радиосигналы, которые принимаются ответчиком, установленным на летательном аппарате. Ответный сигнал, формируемый ответчиком и принимаемый приемной системой запросчика, позволяет определить государственную принадлежность летательного аппарата («свой-чужой»). Наземный радиозапросчик имеет свои передающие и приемные устройства как для основного канала, так и для канала подавления боковых лепестков, а также антенны, создающие диаграммы направленности специальной формы, которые обеспечивают превышение уровня сигналов запроса основного канала над уровнем сигнала канала подавления боковых лепестков в области основного лепестка диаграммы направленности и превышение уровня сигналов канала подавления боковых лепестков над уровнем сигналов запроса (основного канала) в области боковых лепестков антенны основного канала (канала запроса).
Данная радиолокационная система обеспечивает контроль воздушной обстановки и определение государственной принадлежности летательных аппаратов.
Однако указанная радиолокационная система имеет малую скрытность, живучесть. Вследствие того, что наземный радиозапросчик излучает сигналы запроса основного канала, формируемые передатчиком, присоединенным к антенне основного канала, и сигналы канала подавления боковых лепестков, формируемые передатчиком, присоединенным к антенне канала подавления боковых лепестков, причем обе антенны (антенна основного канала и антенна канала подавления боковых лепестков) встроены в антенну первичной РЛС, радиолокационная система может поражаться ракетами с головкой самонаведения на источник излучения, что и приводит к малой скрытности, живучести радиолокационной системы.
Другим аналогом является радиолокационная система 55Ж6, содержащая активный первичный радиолокатор, работающий в метровом диапазоне волн, и наземный радиозапросчик. Наземный радиозапросчик излучает сигналы запроса основного канала, формируемые передатчиком, присоединенным к антенне основного канала, и сигналы канала подавления боковых лепестков, формируемые передатчиком, присоединенным к антенне канала подавления боковых лепестков. Антенна наземного радиозапросчика расположена отдельно и имеет отдельное опорно-поворотное устройство, при этом антенны наземного радиозапросчика и первичного локатора вращаются синхронно (Зачепицкий А.А. Путь к трем координатам. Журнал ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКАЯ ОБОРОНА, вып. 4, 2007 г.). В данной системе аппаратура наземного радиозапросчика расположена в месте расположения аппаратуры первичного радиолокатора и СВЧ-сигнал от аппаратуры наземного радиозапросчика к его антенне, расположенной на отдельном опорно-поворотное устройстве, подается по кабелю. Так как кабель вносит определенное ослабление в СВЧ-сигнал, то и удаление антенны НРЗ от первичного радиолокатора определяется длиной кабеля (величиной вносимых потерь). Отсюда следует, что расстояние от антенны НРЗ (источника излучения, демаскирующего признака) не может быть большим и, следовательно, радиолокационная система тоже имеет малую скрытность, живучесть и при поражении антенны НРЗ с помощью ракет с головкой самонаведения на источник излучения выходит из строя вся радиолокационная система.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является радиолокационная система П-18, содержащая активный первичный радиолокатор, работающий в метровом диапазоне волн, отдельно стоящий наземный радиозапросчик, имеющий передающие устройства, приемные устройства, антенны (антенну основного канала и антенну канала подавления боковых лепестков) (Г.П. Бендерский, С.Б. Самойлов, О.Д. Грачев, В.М. Кореньков. Подвижная радиолокационная станция метрового диапазона волн РЛС П-18 (изделие 1РЛ 131Р) Учебное пособие. Стр 37, 38) Наземный радиозапросчик расположен в непосредственной близости от первичного радиолокатора. Такое расположение радиозапросчика определяется необходимостью синхронизации вращения антенн, передачи полученной от радиозапросчика информации для обработки в аппаратуру первичного радиолокатора, использования одного источника питания (дизель-генератора) и проч. Следовательно, и эта радиолокационная система тоже имеет малую скрытность, живучесть и может быть выведена из строя противорадиолокационными ракетами класса «воздух-земля» с головкой самонаведения на источник излучения, работающей в дециметровом диапазоне волн.
Технический результат предлагаемого технического решения - повышение скрытности, живучести радиолокационных систем, содержащих активный первичный радиолокатор, работающий в метровом или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн, и наземный радиозапросчик, за счет уменьшения возможности обнаружения и уничтожения с помощью противорадиолокационных ракет класса «воздух-земля».
Дополнительный технический результат - определение радиозапросчиком расстояния до цели.
Указанный технический результат достигается тем, что радиолокационная система содержит активный первичный радиолокатор, работающий в метровом или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн, и наземный радиозапросчик, который состоит из двух независимых частей: передающей, имеющей только передатчик основного канала, излучающей только сигналы запроса, присоединенной к своей антенне, установленной на безопасном расстоянии от первичного радиолокатора, и приемной части, имеющей аппаратуру основного канала с антенной и аппаратуру канала подавления боковых лепестков с антенной, причем антенны приемной части имеют диаграммы направленности, которые обеспечивают превышение уровня сигналов ответа в основном канале над уровнем сигнала ответа в канале подавления боковых лепестков в области основного лепестка диаграммы направленности и превышение уровня сигналов ответа в канале подавления боковых лепестков над уровнем сигналов ответа в основном канале в области боковых лепестков антенны основного канала. Антенны и аппаратура приемной части могут быть установлены в непосредственной близости от первичного радиолокатора или совмещены с антенной и аппаратурой первичного радиолокатора.
Дополнительный результат достигается тем, что в приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) установлена дополнительная аппаратура, принимающая сигналы запроса передающей части наземного радиозапросчика и позволяющая определять время задержки сигналов запроса.
Известны радиолокационные системы с разнесенными в пространстве передающей и приемной частями, так называемые полуактивные (частный случай - бистатические) радиолокационные системы. Однако все полуактивные радиолокационные системы основаны на активном виде радиолокации (Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов - М.: Радиотехника, 2004, с. 19), кроме того, полуактивные радиолокационные системы, как и все многопозиционные радиолокационные системы, обязательно должны иметь следующие компоненты: аппаратуру разнесенных позиций, каналы передачи информации и пункт обработки информации (выходное устройство). (Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, с. 18-21).
Наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) с разнесенными в пространстве передающей и приемной частями с системой опознавания по принципу «свой-чужой») в заявляемом устройстве (РЛС метрового и низкочастотной части дециметрового диапазонов волн с системой опознавания) не является активным (первичным) радиолокатором. В заявляемом устройстве (в наземном радиозапросчике) отсутствуют каналы передачи информации, отсутствует также пункт обработки информации (выходное устройство). Таким образом, данная система имеет иные составные элементы, примененные в ней по иному назначению, следовательно, заявляемое устройство не может считаться полуактивной (бистатической) радиолокационной системой. (Вторичный радиолокатор рассмотрен в качестве примера однопозиционной радиолокационной системы (Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, с. 18, 19).
Кроме того, в отличие от обычного наземного радиозапросчика наземный радиозапросчик в заявляемом устройстве состоит из двух независимых и разнесенных в пространстве частей: передающей, имеющей только передатчик основного канала, излучающий только сигналы запроса, присоединенной к своей антенне (аппаратура канала и антенна подавления боковых лепестков с антенной отсутствует), и второй (приемной части), имеющей аппаратуру основного канала с антенной и аппаратуру канала подавления боковых лепестков с антенной. Совместное использование этих признаков позволяет достигнуть заявленных целей.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана структурная схема заявляемого устройства.
На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 активный первичный радиолокатор, работающий в метровом или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн;
2 передающая часть наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
3 приемная часть наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
4 передатчик основного канала передающей части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
5 антенна передающей части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
6 аппаратура (приемная, обработки и т.д.) основного канала приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
7 антенна основного канала приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
8 аппаратура (приемная, обработки и т.д.) канала подавления боковых лепестков приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
9 антенна канала подавления боковых лепестков приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
10 дополнительная аппаратура, установленная в приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора), принимающая сигналы запроса передающей части наземного радиозапросчика.
Радиолокационная система (см. фиг. 1) содержит:
первичный радиолокатор 1, работающий в метровом или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн, наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор), состоящий из двух независимых частей: передающей 2, расположенной на безопасном удалении от первичного радиолокатора 1, и приемной части 3. Передающая часть 2 имеет передатчик основного канала 4, излучающий только сигналы запроса, который присоединен к антенне 5. Приемная часть 3 имеет аппаратуру (приемную, обработки и т.д.) основного канала 6, присоединенную к антенне основного канала 7, аппаратуру канала подавления боковых лепестков 8, присоединенную к антенне канала подавления боковых лепестков 9. Антенны 7, 9 приемной части 3 могут быть выполнены как с совместным использованием элементов фидерного тракта и излучающих элементов, так и в виде двух совершенно независимых антенн.
В приемной части наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) может быть установлена дополнительная аппаратура 10, имеющая свою антенную систему и принимающая сигналы запроса передающей части наземного радиозапросчика, что позволяет определять расстояние до цели.
Радиолокационная система работает следующим образом.
Первичный радиолокатор 1 метрового или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн (в заявляемом устройстве) работает как обычный локатор. Радиолокационные сигналы, сформированные передатчиком, излучаются антенной. Сигналы, отраженные летательным аппаратом, поступают через антенну в приемник, который обрабатывает эти сигналы и определяет координаты летательного аппарата.
Наземный радиозапросчик (в заявляемом устройстве) работает следующим образом.
Передающее устройство 4 передающей части 2 наземного радиозапросчика через антенну 5 передает только радиосигналы запроса. Радиосигналы запроса принимаются ответчиком, установленным на летательном аппарате (на фиг. 1 не показан). Ответчик летательного аппарата формирует ответный сигнал. Так как в передающей части 2 наземного радиозапросчика отсутствует аппаратура канала подавления боковых лепестков со своей антенной, то летательных аппаратов, ответчики которых формируют ответные сигналы, может быть несколько.
Ответные сигналы принимаются приемной системой 3 запросчика, которая может быть установлена в первичном радиолокаторе 1 или в непосредственной близости от него. Наличие в приемной системе 3 запросчика аппаратуры (приемной, обработки и т.д.) основного канала 6, присоединенной к антенне основного канала 7, которая обеспечивает превышение уровня принятых ответных сигналов в основном канале над уровнем ответных сигналов в канале подавления боковых лепестков в области основного лепестка диаграммы направленности, а также наличие аппаратуры канала подавления боковых лепестков 8, присоединенной к антенне канала подавления боковых лепестков 9, которая обеспечивает превышение уровня принятых ответных сигналов в канале подавления боковых лепестков над уровнем ответных сигналов в основном канале в области боковых лепестков антенны основного канала, позволяет подавить сигналы ответа, принимаемые боковыми лепестками диаграммы направленности антенны основного канала 7 и устранить ложные сигналы ответа. В результате определяется государственная принадлежность только определенного летательного аппарата. Причем первичных радиолокаторов с приемными системами 3 запросчика, работающих с одной передающей частью 2 наземного радиозапросчика, может быть несколько. Они могут работать и независимо, как отдельные однопозиционные радиолокационные системы, и совместно, как многопозиционная радиолокационная система.
В случае работы устройства в качестве отдельной однопозиционной радиолокационной системы может возникнуть ситуация, когда в одном направлении (в одном азимуте), но на разных расстояниях, находятся 2 или более летательных аппарата.
В этом случае возможны следующие варианты:
- все летательные аппараты отвечают (определяется государственная принадлежность);
- все летательные аппараты не отвечают (не определяется государственная принадлежность);
- часть из летательных аппаратов отвечает (определяется государственная принадлежность), часть не отвечает.
Интерес представляет случай, когда часть из летательных аппаратов отвечает, так как необходимо выяснить какие именно летательные аппараты отвечают (не отвечают). Это можно сделать, например, используя приемную систему 3 наземного радиозапросчика, которая позволяет определять высоту (угол места) летательного аппарата без использования информации, содержащейся в ответном сигнале, совместно с трехкоординатным первичным радиолокатором 1 (типа 55Ж6У, 55Ж6). Сравнивая значение угла места, полученное с помощью приемной системы 3 наземного радиозапросчика, со значением угла места, полученным с помощью трехкоординатного первичного радиолокатора 1, можно определить координаты летательного аппарата, отвечающего на запросы передающей части 2 наземного радиозапросчика.
В случае использования первичного радиолокатора 1, определяющего только азимут и расстояние до летательных аппаратов, или приемной системы 3 наземного радиозапросчика, не позволяющей определять высоту (угол места) летательного аппарата без использования информации, содержащейся в ответном сигнале, для выяснения того, какой из летательных аппаратов отвечает на запросы передающей части 2 наземного радиозапросчика, необходимо определить расстояние до «отвечающего» летательного аппарата. В наземном радиозапросчике, взятом за прототип, расстояние до летательного аппарата определяется по времени задержки сигнала ответа относительно сигнала запроса (Авиационная радиолокация. Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А. Справочник, М.: Транспорт, 1984, стр. 85).
В заявляемом устройстве для определения расстояния до летательного аппарата тоже используется способ определения расстояния по времени задержки сигнала ответа относительно сигнала запроса. Для этого в приемной части 3 наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) установлена дополнительная аппаратура 10, принимающая сигналы запроса передающей части 2 наземного радиозапросчика. Приемная часть 3 наземного радиозапросчика через дополнительную аппаратуру 10 принимает сигналы запроса передающей части 2. Это позволяет определять время задержки принятого сигнала относительного сигнала запроса. Зная время задержки, координаты местоположения передающей части 2 наземного радиозапросчика и координаты приемной части 3 наземного радиозапросчика (т.е., зная расстояние между приемной 3 и передающей 2 частями наземного радиозапросчика, а также азимут), можно определить расстояние от приемной части 3 до летательного аппарата. Зная расстояние от приемной части 3 до летательного аппарата, можно идентифицировать «отвечающий» летательный аппарат.
Антенны приемной части 3 наземного радиозапросчика выполняются как антенны обычного наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) (Авиационная радиолокация. Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А. Справочник, М.: Транспорт 1984, стр. 83, 84) Антенны основного канала и канала подавления боковых лепестков радиозапросчика могут быть выполнены как с совместным использованием элементов фидерного тракта и излучающих элементов, например антенны, формирующие суммарную диаграмму направленности для основного канала и разностную диаграмму направленности для канала подавления боковых лепестков, так и как две совершенно независимые антенны. Антенна передающей части 2 должна иметь круговую диаграмму направленности (в отдельных случаях может быть использована слабонаправленная или секторная, имеющая широкий главный лепесток). Таким образом, антенна передающей части 2 имеет простую конструкцию, небольшие габариты и массу, как аналог можно рассматривать антенну KATHREIN Туре №738187.
Использование предложенного технического решения позволит повысить скрытность, живучесть радиолокационных систем, первичного радиолокатора метрового или низкочастотной части дециметрового диапазонов волн и приемной части 3 наземного радиозапросчика за счет уменьшения возможности обнаружения и уничтожения с помощью противорадиолокационных ракет класса «воздух-земля», так как уничтожение передающей части 2 наземного радиозапросчика (стоимость которой ниже стоимости противорадиолокационной ракеты) при наличии запасной передающей части наземного радиозапросчика не скажется на работе радиолокационной системы в целом.
Возможно использование 2-х или более передающих частей наземного радиозапросчика, из которых время от времени работает только одна. Пример, при угрозе поражения противорадиолокационной ракетой работающей передающей части НРЗ, она выключается, а включается другая передающая часть. Неработающая (выключенная) передающая часть наземного радиозапросчика в это время имеет возможность изменить свое местоположение. Этим будет обеспечиваться живучесть и защита передающей части от противорадиолокационных ракет класса «воздух -земля» с головкой самонаведения.
Возможно также использование передающей части наземного радиозапросчика в движении. Движение всей радиолокационной системы, включая первичный локатор с его громоздкой антенной и всего наземного радиозапросчика с антенной системой, невозможно. Движение же передающей части становится возможным только в случае использования неподвижной (не вращающейся) антенны, имеющей небольшие габариты и массу, и отсутствия изучения сигналов канала ПБЛ. Этим будет обеспечиваться живучесть и защита не только первичного радиолокатора и приемной части 3, но и передающей части наземного радиозапросчика.
Возможно, также использование 2-х или более передающих частей 2 наземного радиозапросчика, из которых часть или все находятся в движении.
Таким образом, использование данного изобретения позволит значительно повысить скрытность, живучесть, т.е. уменьшить возможность обнаружения и уничтожения противорадиолокационными ракетами класса «воздух - земля» радиолокационных систем.