Устройство для создания помех системам наведения с непрерывным излучением

В иностранных системах наведения классов "поверхность - воздух" и "воздух - воздух" в последние годы получил широкое распространение специальный метод защиты РЛС и ГСН от действия мощных шумовых помех, получивший название метода наведения по помехе. Принцип, положенный в основу этого метода, состоит в извлечении информации об угловых координатах цели не из отраженного от нее сигнала, а из сигнала, излучаемого передатчиком станции помех той же цели.
Использование метода наведения по помехе оказывается целесообразным:
а) в случае невозможности захвата и сопровождения отраженного сигнала из-за действия шумовой помехи и
б) в случае достаточно большой мощности сигнала в приемном канале системы наведения по шумам.
В соответствии с этим строится логика работы РЛС или ГСН в части наведения по помехе. Рассмотрим кратко такую логику на примере радиолокатора подсвета цели, используемого в системе наведения "Хок". Для опознавания помехи в РПЦ имеются два канала - каналы основной и вспомогательной приемных антенн.
Вспомогательная антенна имеет весьма малую направленность, и уровень принимаемых ею сигналов близок к уровню боковых лепестков диаграммы основной антенны. В каналах основной и вспомогательной антенн имеются смесители, на выходе которых выделяются сигналы промежуточной частоты. В результате смешивания сигналов промежуточной частоты с опорными колебаниями образуются допплеровские сигналы в сигналы помехи.
K
K
Выделенные таким образом сигналы основной антенны разветвляются с помощью фильтров на канал селекции по скорости и канал сигнала помехи, причем полоса пропускания последнего лежит выше возможных допплеровских частот цели. Такую же полосу пропускания имеет канал сигнала помехи вспомогательной антенны. При попадании сигналов помехи в полосы пропускания обоих каналов производится сравнение продетектированных напряжений, и в случае превышения сигнала основной антенны над сигналом вспомогательной (что означает нахождение помехоносителя в основном лепестке диаграммы) вырабатывается начальная команда на включение системы наведения по помехе. Одновременно в каналах помехи производится анализ поступающего сигнала. Анализ ведется по параметру скважности сигнала помехи. Если скважность S велика, а частота следования и пульсов помехи F меньше определенного выбранного значения, селектор скорости бланкируется выделенными видеоимпульсами, что не нарушает работы селектора (для системы "Хок" S > 2, F < 2 Гц).
В тех случаях, когда частота следования импульсов велика, а скважность уменьшается до такой величины, что сигнал помехи по своим свойствам приближается к непрерывному сигналу, бланкирование селектора скорости осуществляется на короткий интервал, а затем информация начинает проходить в селектор.
При попадании в селектор скорости составляющих помехи, препятствующих захвату и сопровождению сигнала, дается окончательная команда на включение системы наведения по помехе и на переход ГСН в режим наведения по шумам. В результате снимается опорная дальномерная модуляция зондирующего сигнала, а информация об угловых координатах цели, поступающая в блок управления антенной, снимается с сигнала, содержащего по меху.
Исследования показывают, что снятие с сигнала опорной дальномерной модуляции при переходе в режим наведения по шумам имеет принципиальный характер и вызвано необходимостью практически мгновенного перехода из режима сопровождения в режим наведения (по шумам) и обратно. Принятый метод передачи команды на борт ракеты является вместе с тем наиболее оптимальным в смысле простоты и надежности работы аппаратуры.
Известно, что момент перехода в режим наведения по помехе может быть обнаружен на станции помех путем анализа зондирующего сигнала и фиксации момента снятия опорной дальномерной модуляции. Однако при этом необходимо учитывать ряд особенностей построения аппаратуры наведения по помехе, существенно влияющих на выбор помех и устройства для их реализации. Прежде всего, необходимо обеспечить попадание помехи в шумовую полосу канала наведения РЛС. Далее весьма важным является тот факт, что окончательная команда на включение системы наведения по помехе дается только в том случае, когда в полосе селектора скорости оказываются составляющие помехи, нарушающие захват и сопровождение сигнала. Следует также учитывать то обстоятельство, что на малых и средних дальностях, когда не требуется высокой чувствительности, боевая задача может быть выполнена и при широкой полосе приемника ГСН. По этой причине необходимо предусмотреть возможность создания эффективных помех в режиме широкополосного приема ГСН.
Ранее известные способы создания помех не обеспечивают решения этих задач.
Целью настоящего предложения является разработка устройства, предназначенного для создания помех системе наведения по шумам с учетом особенностей построения целей наведения.
Перечень фигур
Фиг. 1. Эпюры выделенных колебаний и сигналов помехи при различной логике работы системы наведения
A. Логика №1
Б. Логика №2
B. Логика №3
Г. Логина №4
1. Эпюра выделенного сигнала дальномерной модуляции
2. Эпюра выделенного опорного дальномерного колебания
3. Эпюра узкополосного шума или детерминированной помехи каналу когерентности
4. Эпюра широкополосной шумовой составляющей помехи
o
t - момент включения угловой помехи.
Фиг. 2а Блок-схема устройства,
а - узкополосный выход генератора шума,
б - широкополосный его выход,
в - выделенный сигнал дальномерной модуляции
- выделенные опорные дальномерные колебания.
˄
- ретранслятор станции помех.
Фиг. 2б. Блок-схема прерывателя-замыкателя.
Фиг. 2в. Блок-схема узла включения угловой помехи.
Сущность предложения
Предлагается устройство формирования сигнала помехи, предназначенное для срыва как прямого перехода из режима сопровождения сигнала в режим наведения по шумам, так и обратного перехода в режим допплеровского слежения. При нештатном методе передачи команды на борт предлагаемое устройство обеспечивает уменьшение времени поступления угловой информации в схемы управления антенной ГСН. В устройстве предусмотрена возможность создания помех по углам в режиме широкополосного приема сигналов ГСН.
Как выше было сказано, для создания условий надежного включения режима наведения по помехе необходимо, во-первых, обеспечить срыв захвата отраженного сигнала, и, во-вторых, сформировать помеху, по которой может происходить наведение. Рассмотрим оба условия. Срыв захвата отраженного сигнала осуществляется путем воздействия либо на канал селекции по скорости, либо на канал проверки на когерентность. Ввиду большой инерционности цепей слежения по скорости более целесообразно вызывать срыв работы канала проверки на когерентность.
Как показали исследования, для срыва работы компаратора дальности целесообразно использовать узкополосный шум, сконцентрированный в полосах, отстоящих в обе стороны от частоты отраженного сигнала на 1-2 кГц. Действие такого шума на селектор приводит к следующим эффектам: а) снижается среднее напряжение на выходе компараторов дальности как в РЛС, так и в ГСН, что при соответствующих условиях вызывает переход гетеродина селектора в режим поиска (срыв захвата), б) искажается информация о дальности до цели, что имеет важное значение для нарушения функционирования РЛС подсвета цели, в) искажается информация о скорости движения цели, г) вносятся помехи в цепь детекторов ошибки по углам РЛС и ГСН, что связано с присутствием в спектре шумов составляющих, совпадающих по частоте и сдвинутых по фазе относительно частоты сканирования и преобразованием этих составляющих в амплитудный шум той же частоты.
Экспериментальное исследование воздействия узкополосных шумов на селектор показало, что способность шумов вызвать срыв работы селектора зависит от дальности и величины превышения помехи над сигналом. На средних дальностях срыв происходит при превышениях помеха/сигнал, примерно, 10-15 дБ.
При ограниченных энергетических возможностях передатчика помех узкополосный шум может быть заменен детерминированной помехой каналу проверки на когерентность, обеспечивающей срыв захвата при ослабленных требованиях к энергетике. Детерминированная помеха этого типа может быть создана путем квазичастотной модуляции ретранслируемого сигнала колебанием, имеющим частоту, равную или близкую частоте, на которой производится проверка на когерентность. Эффект действия такой помехи сводится к уменьшению напряжения на выходе компаратора дальности до значений, обеспечивающих переход селектора скорости в режим поиска по допплеровской частоте. В условиях отсутствия данных о частоте когерентности при наличии в селекторе РЛС фильтра, настроенного на частоту когерентности, необходимо обеспечить попадание помехового сигнала в полосу пропускания этого фильтра. Одним из путей решения этой задачи является плавное изменение частоты модуляции помехи в пределах возможного интервала частот когерентности. При этом появляется возможность контроля эффективности действия этой помехи путем анализа выделяемой модуляции сигнала РЛС и фиксации момента срыва захвата.
Вторым условием, как уже сказано, служит попадание в главный лепесток диаграммы сигнала помехи, с частотой, лежащей вне допплеровского диапазона и попадающей в полосу пропускания помехового фильтра РЛС, Указанная полоса может быть различной для разных систем наведения; для РЛС "Хок", по имеющимся данным, она равна 40-70 кГц. Верхняя граница шумовой полосы может смещаться в сторону увеличения, однако, она ограничивается полосой пропускания усилителя допплеровских частот (для РЛС "Хок" 155 кГц).
Совместное воздействие обоих составляющих приводит к переводу РЛС и ГСН в режим наведения по шумам и снятию опорной дальномерной модуляции. Остановимся теперь на логике работы предлагаемого устройства.
В режиме предзахвата, когда осуществляется поиск РЛС подсвета по углам, включается узкополосная шумовая составляющая помехи. Попадая в узкополосный допплеровский фильтр канала скорости, она препятствует захвату отраженного сигнала. Наличие или отсутствие захвата фиксируется на борту защищаемого объекта специальным приемником выделения, являющимся составной частью станции помех. Приемник обеспечивает выделение дальномерной модуляции (которой модулирована несущая частота) и опорного дальномерного колебания (которым модулирована поднесущая-кодовая-частота). Если захват осуществляется из режима поиска РЛС по углам, то включается дальномерная модуляция, что фиксирует приемник выделения станции помех. Начиная с момента захвата, производится излучение одновременного как узкополосной шумовой составляющей, так и широкополосной, сдвинутой по частоте, шумовой помехи. Сдвиг по частоте выбирается таким образом, чтобы обеспечить попадание помехи в полосу приемников наведения по шумам.
Далее рассмотрим действие помехи при различных вариантах работы приемника РЛС.
Логика №1. При совместном воздействии составляющих помехи снимается опорная дальномерная модуляция. Момент снятия этой модуляции (с некоторым запаздыванием) фиксируется на борту защищаемого объекта приемником выделения и подается команда в станцию помех на выключение широкополосной шумовой помехи. Нарушение условий работы системы наведения по шумам, вызванное выключением шумовой помехи, приводит к переходу в режим сопровождения и проявлению опорной дальномерной модуляции. После этого снова включается широкополосная шумовая помеха, а опорная дальномерная модуляция снова выключается и т.д. Этот вид логики будет, по-видимому, встречаться наиболее часто и поэтому можно принять эту логику за основную.
Логика №2. Совместное воздействие составляющих помехи не приводит к снятию опорной дальномерной модуляции вследствие необеспечения условий срыва захвата. Это выражается в том, что к концу заданного значения полуцикла опорное дальномерное колебание все еще выделяется приемником выделения. Поэтому в течение следующего полуцикла вместо узкополосного шума излучается детерминированная помеха каналу проверки на когерентность. Если при таком сочетании в течение полуцикла опорная дальномерная модуляция будет снята, производится выключение широкополосной шумовой помехи с последующим ее включением при появлении опорного дальномерного колебания. Таким образом, этот вид логики отличается от предыдущего сменой помехи цепям захвата.
K
Логика №3. Совместное воздействие широкополосной шумовой и детерминированной помехи не обеспечивает снятия опорной дальномерной модуляции. Принимается, что при логике №3 команда на переход в режим наведения по шумам производится не с помощью опорной модуляции, а каким-либо иным образом. При такой логике на сдвинутой частоте излучается импульсная шумовая помеха с частотой повторения и скважностью, обеспечивающей непереход в режим наведения по помехе (для системы "Хок" S > 2, F < 2 Гц). Действие такой помехи приводит к периодическому бланкированию (запиранию) селектора скорости РЛС и ГСН, причем система продолжает находиться в режиме слежения. В интервалах времени между запирающими импульсами производится воздействие узкополосной шумовой и детерминированной помехи. При этом перерывы в поступлении угловой информации в РЛС и ГСН возникают как за счет действия импульсов бланка, так и за счет воздействия помех каналу проверки на когерентность.
Логика №4, являющаяся развитием логики №1. После выключения широкополосной шумовой помехи опорная дальномерная модуляция больше не включается (не выделяется опорное колебание). Такая логика означает, что широкополосный прием сохраняется в РЛС и ГСН (это наиболее вероятно на малых и средних дальностях, где возрастает мощность отраженного сигнала). В рассматриваемом случае наиболее целесообразно излучение таких видов помех, которые эффективны в режиме широкополосного приема и наоборот малоэффективны и затруднены при высокой селективности приемника РЛС. К этим видам помех следует отнести перенацеливающие помехи различных типов (на облака диполей, на подстилающую поверхность, вынесенные передатчики помех и т.д.). Могут применяться и другие виды угловых помех. Таким образом воздействие помех системе наведения по шумам при логике №4 создает условия для повышения эффективности других видов (угловых) помех. На фиг. 1 изображены эпюры, соответствующие различным составляющим выделяемых сигналов и помех. Фиг. 1А-Г соответствуют указанным видам логики.
Укажем основные параметры создаваемых помех. Узкополосная шумовая помеха имеет минимальную полосу в один или несколько кГц, дальнейшее расширение этой полосы может привести к энергетическим потерям. Детерминированная помеха должна перекрывать при перестройке диапазон возможных частот когерентности (20-100 Гц), однако при наличии разведданных может быть ограничена более узким интервалом частот. Полоса широкополосной шумовой помехи исчисляется десятками кГц (30-100 кГц), средняя частота спектра отстоит от частоты принятого сигнала на 30-50 кГц.
Блок-схема устройства приведена на фиг. 2. Источником шумовых колебаний является генератор шумов 1, который имеет два выхода - узкополосный (а) и широкополосный (б). Шумы с узким спектром получаются путем пропускания колебаний генератора 1 через фильтр нижних частот 2. Шумы с широким спектром подаются на полосовой фильтр 3. Широкополосные шумы далее поступают на два последовательных логических элемента И 4 и 6, предназначенных для включения и выключения шумов в зависимости от наличия или отсутствия выделенных сигнала дальномерной модуляции и опорного дальномерного колебания. Элемент 4 включается при появлении сигнала дальномерной модуляции. Включение элемента 6 свидетельствует о наличии опорного дальномерного колебания. Между элементами 4 и 6 включен каскад 5, нормализующий величину напряжения, подаваемого на элемент 6. Шумовой сигнал с выхода 6 через усилитель 7 поступает на модулятор №1 (8) и осуществляет фазовую модуляцию ЛБВ в цепи ретранслятора станции помех.. Прерыватель-замыкатель 9 включен на потенциальном входе элемента 6 для того, чтобы обеспечить либо непрерывную подачу управляющего сигнала в виде продетектированной огибающей выделенного опорного дальномерного колебания (режим замыкания), либо прерывание выделенной огибающей с целью получения шумовых импульсов при условиях логики №3 (режим прерывания). В первом режиме сигнал с выхода детектора огибающей подается на элемент 6 через нормально-замкнутые контакты реле, а во втором режиме обеспечивается периодическое прерывание этих контактов.
Шумы с узкополосного выхода а подаются на коммутатор 10, к которому также подводится напряжение с генератора скользящей частоты II. Коммутатор управляется выделенным опорным колебанием, которое поступает на схему логики 12. Схема логика пропускает на выход коммутатора либо узкополосный шум (при выполнении логики 1), либо детерминированную помеху каналу когерентности (при выполнении логики 2), либо осуществляет циклическую смену одного колебания другим (при выполнении логики 3). Цикл задается генератором цикла 13. По данным схемы логики перестройка частоты генератора II может быть приостановлена, причем частота в момент останова фиксируется в схеме перестройки 14. С выхода коммутатора 10 модулирующий сигнал подается на модулятор №2 (15) для фазовой модуляции. Приемник выделения 16 выдает также управляющий сигнал на схему включения угловых помех 17 (в соответствии с логикой 4).
Блок-схема прерывателя-замыкателя 9 изображена на фиг. 2б. Он включает в себя буфферный релейный каскад со схемой обратной связи 18 и в петле связи два реле времени 19 и 20. Если частота огибающей управляющего сигнала сравнительно большая и реле времени не успевают сработать, выделенная огибающая передается на выход через нормально-замкнутые контакты реле. В противном случае реле времени обеспечивают циклическое прерывание огибающей. При отсутствии управляющего сигнала реле времени обесточиваются.
Блок-схема узла включения угловой помехи 17 показана на фиг. 2в. Управляющий сигнал поступает одновременно на ждущее электронное реле 21 и преобразователь временных интервалов в амплитуду 22. Число импульсов огибающей опорной дальномерной модуляции регистрируется счетчиком 23 и преобразуется в амплитуду преобразователем 24. Если напряжение, пропорциональное числу импульсов, превышает заданный порог в каскаде 25, подается команда на включение преобразователя 22. Отсутствие огибающей в течение заданного интервала времени приведет к срабатыванию порогового каскада 26 и включению реле.