СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБЗОРНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ОТ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ, ПРИНИМАЕМЫХ ПО БОКОВЫМ ЛЕПЕСТКАМ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ
PROTECTION METHOD OF SURVEILLANCE RADAR STATION AGAINST PASSIVE JAMMING RECEIVED ON SIDE LOBES OF ANTENNA DIRECTIVITY PATTERN

Заявляемое техническое решение относится к области радиолокации, в частности к области защиты обзорных радиолокационных станций (РЛС) от пассивных помех в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА).
Групповыми отражателями являются отражатели, расположенные в пределах импульсного объема РЛС. К групповым отражателям относятся расположенные в пределах импульсного объема отражающие фрагменты земной поверхности, дождь, облака дипольных отражателей, при сверхрефракции - множественные атмосферные неоднородности вблизи земной поверхности и т.д.
Известен способ защиты РЛС от пассивных помех, в том числе в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, основанный на селекции движущихся целей (СДЦ) за счет различия радиальной скорости цели и этих отражателей (Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е. Дулевича. М., Сов. радио, 1978, с.464-484). В этом способе подавляются принятые сигналы, мало изменяющиеся от периода к периоду (от неподвижных и медленно движущихся пассивных помех в виде групповых отражателей), и выделяются сигналы, изменяющиеся более значительно (от движущихся целей).
Поскольку пассивные помехи, принимаемые по боковым лепесткам ДНА, считаются (как и любые обнаруживаемые сигналы) принимаемыми главным лепестком ДНА, то при обзоре зоны эти помехи могут быть обнаружены и при больших углах места главного лепестка ДНА, то есть эти помехи могут быть обнаружены в достаточно большой части зоны обзора.
Известное техническое решение позволяет обеспечить защиту от пассивных помех, в том числе в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, однако применительно к обзорным РЛС данное техническое решение имеет недостаток, состоящий в том, что в каждом положении главного лепестка ДНА в зоне обзора требуется излучать несколько зондирующих сигналов. А поскольку времени на применение СДЦ в большой части зоны обзора в рассматриваемых РЛС нет, то защита от таких помех в достаточной мере не обеспечивается.
1
2
1
2
Наиболее близким к заявляемому является способ защиты обзорной РЛС от пассивных помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, включающий излучение и прием зондирующих сигналов в заданной зоне обзора основным каналом, прием отраженных зондирующих сигналов размещенным в полотне антенны основного канала дополнительным приемным каналом, уровень главного лепестка ДНА которого выбирают ниже уровня главного лепестка ДНА основного канала не менее, чем в k раз, и выше уровня максимального бокового лепестка ДНА этого канала не менее, чем в k раз, где k и k - заданные величины, определяемые допустимыми потерями в обнаружении целей (фиг.1). В процессе обзора зоны управляют положением ДНА дополнительного приемного канала таким образом, чтобы при любом азимутальном и угломестном положении главного лепестка ДНА основного канала в зоне обзора главный лепесток ДНА дополнительного приемного канала охватывал по углу места заданную область зоны обзора на всем рабочем интервале РЛС по дальности, а по азимуту - область зоны обзора, включающую положение по азимуту главного лепестка ДНА основного канала. В процессе обзора зоны для каждой дискреты по дальности измеряют уровни сигналов на выходе основного канала и дополнительного приемного канала и проверяют заданный критерий наличия пассивной помехи. Если данный критерий выполняется, принимают решение о том, что сигнал на выходе основного канала является пассивной помехой (Крони Д., Уоллис П. Системы подавления боковых лепестков диаграммы направленности антенны первичного радиолокатора. Зарубежная радиоэлектроника, 1966, №5, с.12-30).
В качестве заданного критерия наличия пассивной помехи может использоваться, например, критерий, примененный в техническом решении, описанном в справочнике «Радиоэлектронные системы, основы построения и теория». Под ред. Я.Д. Ширмана. М., 2007, п.7.5, с.99-100. Для наиболее близкого технического решения данный критерий формулируется в следующем виде: сигнал на выходе основного канала принимается за пассивную помеху, если отношение уровня этого сигнала к уровню сигнала на выходе дополнительного приемного канала не превышает заданное значение.
Наиболее близкое техническое решение позволяет обеспечить защиту от пассивных помех в виде отражений зондирующих сигналов одиночными отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА основного канала, то есть отражателями, расположенными в разных импульсных объемах. Сигналы, отраженные групповыми отражателями, принимаемые основным и дополнительным каналами, представляют собой зондирующие сигналы, в той или иной степени искаженные за счет интерференции сигналов, отраженных разными отражателями группы. При этом из-за различия в положении фазовых центров антенн сигналы, принимаемые основным и дополнительным каналами, могут иметь разные искажения. В результате требуемое превышение уровнем сигнала на выходе дополнительного приемного канала уровня сигнала на выходе основного канала достигается не в каждой дискрете по дальности, то есть критерий наличия пассивной помехи в этих дискретах не выполняется и подавление пассивных помех значительно ухудшается (Справочник «Радиоэлектронные системы, основы построения и теория». Под ред. Я.Д. Ширмана. М., 2007, с.157).
Таким образом, недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточное подавление пассивных помех в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА основного канала.
Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является увеличение подавления пассивных помех в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА основного канала.
1
2
1
2
Технический результат достигается тем, что в способе защиты обзорной РЛС от пассивных помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА основного канала, включающем излучение и прием зондирующих сигналов в заданной зоне обзора основным каналом, прием отраженных зондирующих сигналов размещенным в полотне антенны основного канала дополнительным приемным каналом, уровень главного лепестка ДНА которого выбирают ниже уровня главного лепестка ДНА основного канала не менее, чем в k раз, и выше уровня максимального бокового лепестка ДНА этого канала не менее, чем в k раз, где k и k - заданные величины, определяемые допустимыми потерями в обнаружении целей, при этом в процессе обзора зоны управляют положением ДНА дополнительного приемного канала таким образом, чтобы при любом азимутальном и угломестном положении главного лепестка ДНА основного канала в зоне обзора главный лепесток ДНА дополнительного приемного канала охватывал по углу места заданную область зоны обзора на всем рабочем интервале РЛС по дальности, а по азимуту - область зоны обзора, включающую положение по азимуту главного лепестка ДНА основного канала, проверку заданного критерия наличия пассивной помехи на выходе основного канала для каждой дискреты по дальности, согласно изобретению, вводят N≥1 дополнительных приемных каналов, при этом уровни главных лепестков ДНА этих дополнительных каналов и охватываемые ими области зоны обзора по углу места и по азимуту выбирают аналогично упомянутому дополнительному приемному каналу, антенны N+1 дополнительных приемных каналов располагают в полотне антенны основного канала так, чтобы их фазовые центры не совпадали между собой по углу места, в процессе обзора зоны для каждой дискреты по дальности измеряют уровни сигналов на выходе основного и каждого из N+1 дополнительных приемных каналов и проверяют упомянутый критерий наличия пассивной помехи, принимают решение о том, что сигнал на выходе основного канала является пассивной помехой, если данный критерий выполняется хотя бы для одного из N+1 дополнительных приемных каналов.
Технический результат достигается также тем, что антенны N+1 дополнительных приемных каналов располагают в полотне антенны основного канала так, чтобы их фазовые центры располагались по углу места на одинаковом расстоянии друг от друга.
Технический результат достигается также тем, что уровень сигнала на выходе i-го дополнительного приемного канала, где i=1, …, N+1, измеряют на (j-N+i-1)-ом обзоре зоны при одних и тех же угловых положениях главного лепестка ДНА основного канала, где j - номер текущего обзора, j≥N+1.
Технический результат достигается также тем, что сигналы на выходах N+1 дополнительных приемных каналов измеряют на текущем обзоре зоны.
Суть заявляемых технических решений заключается в следующем.
В изобретении введены N>1 дополнительных приемных каналов, при этом антенны всех N+1 дополнительных приемных каналов располагают в полотне антенны основного канала так, чтобы фазовые центры антенн дополнительных приемных каналов не совпадали между собой по углу места (пункт 1 формулы изобретения). В частности, фазовые центры антенн дополнительных приемных каналов могут быть расположены по углу места на одинаковых расстояниях (пункт 2 формулы изобретения).
1
2
1
2
1
2
Уровни главных лепестков ДНА N+1 дополнительных приемных каналов устанавливают ниже уровня главного лепестка ДНА основного канала не менее, чем в k раз, и выше уровня максимального бокового лепестка ДНА этого канала не менее, чем в k раз, где k и k - заданные величины, определяемые допустимыми потерями в обнаружении целей, возникающими в случае, когда уровень сигнала, принимаемого в дополнительном приемном канале, превышает уровень сигнала, отраженного от цели, находящейся в главном лепестке ДНА основного канала. Значения величин k и k задают исходя из соответственно максимального и минимального ожидаемых уровней главных лепестков ДНА дополнительных каналов.
В процессе обзора зоны управляют положением диаграмм направленности антенн всех дополнительных приемных каналов таким образом, чтобы при любом азимутальном и угломестном положении главного лепестка ДНА основного канала в зоне обзора главный лепесток ДНА каждого дополнительного приемного канала охватывал по углу места заданную область зоны обзора на всем рабочем интервале РЛС по дальности, а по азимуту - область зоны обзора, включающую положение главного лепестка ДНА основного канала по азимуту (фиг.2). Положение заданной области зоны обзора по углу места может устанавливаться как постоянно на все время работы РЛС, например в приземной части зоны обзора для борьбы с пассивными помехами, возникающими при сверхрефракции, так и переменным, в зависимости от положения области пассивных помех, определенного по информации, полученной при предыдущих обзорах зоны.
При указанном взаимном расположении антенн дополнительных приемных каналов искажение принимаемых сигналов из-за интерференции отраженных групповыми отражателями зондирующих сигналов в каждом из дополнительных приемных каналов происходят по-разному. В результате, если в процессе обзора зоны в дискрете по дальности в области существования пассивных помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, для какого либо дополнительного приемного канала критерий наличия пассивной помехи не выполняется, то он в этой дискрете по дальности выполнится для другого дополнительного приемного канала, в котором интерференция искажает сигналы по- другому, или для третьего канала и так далее до N+1 канала. То есть при достаточно большом количестве дополнительных приемных каналов в области существования пассивной помехи всегда найдется дополнительный приемный канал, для которого критерий наличия пассивной помехи выполняется. Таким образом, для принятия решения об обнаружении помехи в дискрете по дальности на выходе основного канала достаточно, чтобы критерий наличия помехи выполнился хотя бы для одного из N+1 дополнительных приемных каналов.
В изобретении рассматривается два варианта способа. В первом варианте измерение уровней сигналов с выходов дополнительных приемных каналов осуществляется в N+1 последовательных обзорах зоны (пункт 3 формулы изобретения). При этом решение о наличии помехи на выходе основного канала может быть принято на том обзоре, на котором первый раз выполнился критерий наличия помехи.
Так, например, при использовании двух дополнительных приемных каналов сигнал с выхода первого дополнительного приемного канала измеряют на предыдущем обзоре зоны, а сигнал с выхода второго дополнительного приемного канала - на текущем обзоре. Решение о наличии помехи на выходе основного канала может быть принято на предыдущем или на текущем обзоре, в зависимости от того, на каком обзоре первый раз выполнился критерий наличия помехи.
В этом варианте предполагается стационарность помех во времени, то есть неизменность их параметров от обзора к обзору.
Достоинство этого варианта заключается в том, что, поскольку сигналы с выхода антенн дополнительных приемных каналов поступают поочередно на последовательных обзорах, то требуется всего один информационный канал для передачи этих сигналов в устройство обработки сигналов РЛС для их дальнейшей обработки и принятия решения о наличии помехи.
Этот вариант целесообразно применять, когда антенны дополнительных приемных каналов вращаются (вместе с антенной основного канала), а устройство обработки сигналов РЛС неподвижно.
Во втором варианте способа сигналы с выходов всех антенн N+1 дополнительных приемных каналов подают для дальнейшей обработки и принятия решения о наличии помехи на текущем обзоре, то есть одновременно (пункт 4 формулы изобретения).
Этот вариант целесообразно применять, когда антенны дополнительных приемных каналов (вместе с антенной основного канала) неподвижны относительно устройства обработки сигналов РЛС (вращаются вместе с устройством обработки сигналов РЛС) или имеется возможность применить для каждого дополнительного приемного канала отдельный информационный канал.
Достоинство этого варианта заключается в том, что он может применяться по нестационарным помехам, то есть по помехам с параметрами, изменяющимися от обзора к обзору.
Таким образом, использование нескольких дополнительных приемных каналов с отличающимися положениями по углу места фазовыми центрами их антенн позволяет увеличить подавление пассивных помех в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА основного канала, то есть обеспечить заявляемый технический результат.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1 - иллюстрация соотношения уровней и положений по углу места ε ДНА основного канала и дополнительного приемного канала в наиболее близком техническом решении.
1
n
Фиг.2 - иллюстрация соотношений уровней и положений по углу места ε ДНА основного канала и N+1 дополнительных приемных каналов в заявляемом способе. Положения главного лепестка основного канала по углу места в зоне обзора обозначены ε, …, ε, где n - количество положений главного лепестка ДНА основного канала по углу места в зоне обзора. Главные лепестки ДНА N+1 дополнительных приемных каналов охватывают земную поверхность и приземную часть зоны обзора по углу места.
Фиг.3 - функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ.
Устройство, реализующее заявляемый способ (фиг.3), включает антенну основного канала 1, N+1 антенн дополнительных приемных каналов 2, приемник основного канала 3, N+1 приемников дополнительных приемных каналов 4, решающий блок 5 и блок бланкирования сигналов 6, при этом выход антенны основного канала 1 соединен со входом приемника основного канала 3, а выходы антенн N+1 дополнительных приемных каналов 2 соединены со входами соответствующих N+1 приемников дополнительных каналов 4, N+1 выходов приемников 4 соединены с соответствующими N+1 входами решающего блока 5, выход приемника основного канала 3 и выход решающего блока 5 соединены соответственно с первым и вторым входами блока бланкирования сигналов 6, выход которого является выходом устройства.
Устройство, реализующее заявляемый способ, может быть выполнено с использованием следующих функциональных элементов.
Антенна основного канала 1 - фазированная антенная решетка с электронным сканированием по одной или по обеим угловым координатам и с круговым механическим вращением (Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, т.2. - М., Сов. радио, 1977, с.132-138).
Антенна дополнительного приемного канала 2 - фазированная антенная решетка с размерами полотна, меньшими размеров полотна антенны основного канала, с электронным сканированием по углу места, размещенная в полотне антенны основного канала (Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, т.2. М., Сов. радио, 1977, с.132-138).
Приемник основного канала 3 - супергетеродинного типа (Справочник по основам радиолокационной техники. М., 1967, с.343-344).
Приемник дополнительного канала 4 - супергетеродинного типа (Справочник по основам радиолокационной техники. М., 1967, с.343-344).
Решающий блок 5 - вычислитель, в котором осуществляется проверка заданного критерия наличия пассивной помехи на выходе приемника основного канала 3 на основе измерения уровней сигналов на выходе приемника основного и каждого из N+1 дополнительных приемных каналов (Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Б.В. Тарабрина. М., Радио и связь, 1984).
Блок бланкирования сигнала 6 - вычислитель, осуществляющий бланкирование сигнала в дискрете по дальности, поступающего с выхода приемника основного канала 3, при поступлении с выхода решающего блока 5 сигнала о наличии помехи (Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Б.В. Тарабрина. М., Радио и связь, 1984).
Устройство, реализующее заявляемый способ, работает следующим образом.
Пассивная помеха в виде отражения зондирующего сигнала от групповых отражателей, например, на земной поверхности, принимаемая боковыми лепестками диаграммы направленности приемной антенны основного канала 1, поступает на вход приемника основного канала 3. Эта же помеха, принимаемая главными лепестками ДНА N+1 дополнительных приемных каналов 2, поступает на N+1 входов приемников соответствующих дополнительных каналов 4. Сигнал с выхода приемника основного канала 3 и N+1 сигналов с выходов N+1 приемников дополнительных каналов 4 поступает соответственно на первый вход и на входы со второго по N+2 решающего блока 5.
В решающем блоке 5 измеряются уровни поступивших сигналов, и в каждой дискрете по дальности проверяется выполнение заданного критерия наличия пассивной помехи.
Если в какой-либо дискрете по дальности критерий наличия пассивной помехи выполняется, то в решающем блоке 5 принимается решение о том, что сигнал на выходе приемника основного канала 3 является помехой, принимаемой по боковым лепесткам ДНА основного канала 1, и с выхода решающего блока 5 на вход блока бланкирования сигналов 6 выдается сигнал, по которому сигнал с выхода приемника основного канала 3 для этой дискреты по дальности бланкируется.
Если в дискрете по дальности заданный критерий наличия пассивной помехи не выполняется ни в одном из N+1 дополнительных каналов, то в решающем блоке 5 принимается решение о том, что сигнал на выходе приемника основного канала 3 не является помехой, и он пропускается на выход устройства.
Поскольку положения фазовых центров антенн N+1 дополнительных приемных каналов 2 различны, то искажения принимаемых дополнительными приемными каналами сигналов из-за интерференции отраженных группой отражателей зондирующих сигналов в каждом из N+1 дополнительных приемных каналов происходят по-разному. Это позволяет при достаточно большом количестве дополнительных приемных каналов в области существования пассивной помехи всегда найти дополнительный приемный канал, уровень сигнала на выходе которого превышает уровень сигнала на выходе основного канала, то есть обеспечить выполнение критерия наличия пассивной помехи.
Таким образом, в устройстве, реализующем заявляемый способ, использование нескольких дополнительных приемных каналов с отличающимися положениями по углу места фазовыми центрами их антенн позволяет увеличить подавление пассивных помех в виде отражений зондирующих сигналов групповыми отражателями, принимаемых по боковым лепесткам ДНА основного канала, то есть обеспечить достижение заявляемого технического результата.