Принцип дополнительной селекции запросного сигнала в радиолокационной системе с активным ответом

УДК 621.396

ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ СЕЛЕКЦИИ ЗАПРОСНОГО СИГНАЛА В РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ С АКТИВНЫМ ОТВЕТОМ С.С. Ткаченко, А.В. Аврамов, С.Л. Иванов

В статье проведен сравнительный анализ пространственной разрешающей способности радиолокационной системы с активным ответом и бортовой радиолокационной станции. Предложен принцип дополнительной селекции запросного сигнала в радиолокационной системе с активным ответом. Показана потенциальная эффективность применения дополнительной селекции запросного сигнала

Ключевые слова: радиолокационная система с активным ответом, дополнительная селекция, идентификация

Ведение воздушного боя в современных условиях, при высокой плотности взаимодействующих объектов, основывается на своевременном обнаружении целей и их идентификации по принципу «свой-чужой». В настоящее время для решения задачи идентификации воздушных объектов на летательных аппаратах применяются радиолокационные системы с активным ответом (РСАО), состоящие из самолетных радиолокационных запросчиков (СРЗ) и самолетных радиолокационных ответчиков (СРО) [1, 2].

Следует отметить, что одним из основных требований, предъявляемых к РСАО, является обеспечение соответствия разрешающей способности по угловым координатам данной системы (определяется разрешающей способностью по угловым координатам СРЗ) и РЛС, совместно с которой она работает [2]. Однако, данное требование, не выполняется при использовании антенной системы бортовой РЛС для излучения запросного сигнала. Несоответствие разрешающих способностей по угловым координатам между бортовой РЛС и РСАО обусловлено различным характером требований, предъявляемых при выборе рабочих частот в данных системах. Так в РЛС с целью обеспечения хорошего разрешения по угловым координатам применяется диапазон частот,

соответствующий длине волны Xрлс = 2 - 3 см [1].

В свою очередь, в автономной РСАО в силу ряда причин [2] применяется более низкий диапазон частот. В ряде случаев рабочая частота автономной РСАО определяется международным соглашением по распределению частот. В частности, международная организация гражданской авиации (ICAO) для автономной системы с активным ответом для сети управления воздушным движением выбрала

частоту f3 = 1030±8,5 МГц для запросных сигналов

и fome = 1090±8,5 МГ ц - для сигналов ответа.

Разрешающая способность по угловым коор-

Ткаченко Сергей Сергеевич - ВАИУ, адъюнкт, тел. (4732) 36-64-67

Аврамов Андрей Викторович - ВАИУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (4732) 36-64-67

Иванов Станислав Леонидович - ВАИУ, адъюнкт, тел. (4732) 36-64-67

динатам бортовой РЛС $Ррлс и СРЗ 8Рз определяется с помощью следующего выражения [1, 2]

8Р

рлс

^эф ?рлс

где врлс(зз) - ширина диаграммы направленности

(ДН) бортовой РЛС (СРЗ) на уровне 0,5 по мощности относительно максимума; с - скорость света;

Ьэф - эффективная ширина апертуры антенны бортовой РЛС; /рлс(з) - несущая частота излучения

зондирующего сигнала РЛС (запросного сигнала СРЗ).

Несоответствие разрешающей способности по угловым координатам между бортовой РЛС и СРЗ можно численно определить в виде некоторого коэффициента

кР -

8Р

рлс

который показывает, во сколько раз разрешающая способность по угловым координатам СРЗ хуже аналогичной характеристики бортовой РЛС опознающего объекта. При использовании антенны бортовой РЛС для излучения запросного сигнала, подставляя (2) в (1) имеем

кР

f

рлс

їз

Для характеристики пространственной разрешающей способности бортовой РЛС и СРЗ используется пространственный объем неопределенности (разрешения) соответствующего информационного канала, величину которого для больших дальностей обнаружения и опознавания целей можно представить, как объем усеченного конуса [1]

,2 Л

8V,

рлс

12

Дц +

+_8Д

2 рлс

1

ДЦ - “ ЗДрлс

где 8У

рлс

- объем неопределенности бортовой

РЛС (СРЗ); Дц - дальность до опознаваемого объ-

ч

екта (цели); 8Дрлс (з) - разрешающая способность по дальности бортовой РЛС (СРЗ).

При условии 8Дрлс < 8 Дз , кд > 1 объем неопределенности бортовой РЛС 8УрЛс можно рассмотреть, как составную часть объема неопределенности СРЗ 8Уз . Учитывая то, что запросный сигнал на опознавание санкционируется целью, находящейся в объеме неопределенности РЛС 8УрЛс, но распространяется на все объекты, находящиеся в

объеме неопределенности СРЗ 8Уз , то разность между данными параметрами можно определить как

объем несанкционированного запроса 8Унз,

На рисунке 1 показана зависимость объема несанкционированного запроса 8Унз от дальности до

цели Дц, для следующих начальных условий:

8Ут =8Уз -8Урлс.

fз = 1030 МГц, Л рлс = 3 см, 8дрлс

8Дрлс = 250 м, 8Дз = 400 м.

= 3,5

запроса от дальности до цели

Анализ данной зависимости показывает, что несоответствие объемов неопределенности информационных каналов СРЗ и бортовой РЛС резко возрастает при увеличении дальности до цели.

Отсюда следует, что при использовании антен-

ной системы бортовой РЛС для излучения запросного сигнала автономной РСАО, не выполняется требование по обеспечению соответствия пространственной разрешающей способности между РЛС и РСАО. Следовательно, в реальных условиях при наличии большого количества объектов в зоне обзора бортовой РЛС возможна ситуация, когда несколько целей, разрешаемых РЛС, попадают в объем неопределенности СРЗ 8Уз , то есть имеются цели в объеме несанкционированного запроса

8Унз. Это может привести к неоднозначности привязки отметки опознавания к целям.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что в условиях высокой плотности воздушных объектов РСАО не удовлетворяют требованиям достоверности опознавания и существует практическая необходимость в ее повышении. Следовательно, к одним из основных путей по повышению достоверности опознавания можно отнести повышение разрешающей способности по угловым координатам РСАО.

Для повышения разрешающей способности по угловым координатам в автономной РСАО предлагается использовать дополнительную селекцию запросного сигнала по угловым координатам. Под дополнительной селекцией запросного сигнала по угловым координатам понимается выделение из всего потока запросных сигналов тех, которые не санкционированы данным опознаваемым объектом, с последующим запретом передачи ответного сигнала на данные запросные сигналы.

Приведем некоторые особенности функционирования автономной РСАО и бортовой РЛС, наличие которых обуславливает возможность применения дополнительной селекции запросного сигнала по угловым координатам:

1) порядок формирования и излучения зондирующего сигнала бортовой РЛС [2, 3] и последовательности запросных сигналов (ПЗС) СРЗ в процессе опознавания, определяют обязательное наличие импульсов бортовой РЛС на интервале времени непрерывного излучения запросных сигналов в направлении данной цели.

2) имеет место совпадение линии визирования (ЛВ) сигнала бортовой РЛС и ЛВ сигнала СРЗ относительно опознаваемого объекта. Под ЛВ бортовой РЛС и ЛВ СРЗ относительно опознаваемого объекта в данном случае понимается прямая линия, соединяющая источник излучения соответствующих сигналов и центр масс опознаваемого объекта. Совпадение ЛВ бортовой РЛС и ЛВ СРЗ объясняется тем, что источником излучения и ПЗС и зондирующего сигнала, является единая антенная система бортовой РЛС [2, 3].

Таким образом, факт наличия облучения на частоте бортовой РЛС на идентифицируемом объекте с направления прихода запросного сигнала в течение времени его приема является условием, характеризующим местонахождение идентифицируемого объекта в пределах ДН бортовой РЛС запра-

3

шивающего объекта. Следовательно, отсутствие облучения на частоте бортовой РЛС с направления запроса в течение времени приема запросного сигнала является признаком того, что идентифицируемый объект находится за пределами ДН бортовой РЛС запрашивающего объекта. Использование данного признака для принятия решения относительно разрешения либо запрета передачи ответного сигнала позволит обеспечить передачу ответного сигнала только теми «своими» объектами, которые находятся в пределах ДН бортовой РЛС запрашивающего объекта. Такая процедура фактически позволяет обеспечить соответствие между разрешающей способностью по угловым координатам РСАО и шириной ДН бортовой РЛС запрашивающего объекта

в рлс, при условии нахождения идентифицируемого

объекта в пределах основного лепестка ДН бортовой РЛС, то есть будет справедливо равенство

р = пи

Рп. об1 *рлсе

' С. рг изм. с ч. рг >

8вдс = в рсао рлс :

где 8врсао - разрешающая способность по угловым координатам РСАО с применением дополнительной селекции запросного сигнала.

Регистрацию факта облучения и определение направления прихода сигнала бортовой РЛС в течение времени приема запросного сигнала можно обеспечить с помощью бортовых средств пассивной пеленгации, которые уже довольно продолжительное время используются на летательных аппаратах и решают задачи согласно функциональному назначению. Как известно в данных системах информативными признаками являются параметры сигналов радиоэлектронных средств, в том числе параметры, необходимые для дополнительной селекции, такие как несущая частота и направление облучение бортовой РЛС относительно идентифицируемого объекта. Так, например, изделие Л-150 [4] обеспечивает прием излучения РЛС в секторах 360 градусов по азимуту и ± 30 градусов по углу места в диапазоне частот от 1,2 до 18,0 ГГц. Обеспечить получение информации о направлении прихода запросного сигнала можно с помощью формирования соответствующей информационной посылки на стороне запрашивающего объекта, после обнаружения и измерения координат цели, и последующей ее передачи на частоте запросного сигнала.

Оценим эффективность применения дополнительной селекции запросного сигнала в РСАО. Для этого покажем характер изменения потенциальной достоверности идентификации при обеспечении соответствия разрешающей способности по угловым координатам между бортовой РЛС и РСАО, на примере зависимости вероятности правильной идентификации от плотности объектов в зоне обзора бортовой РЛС. Вероятность правильной идентификации воздушных объектов при моделировании целевой обстановки в зоне обзора бортовой РЛС дискретным распределением Пуассона [5], описывается выражением

р ^рлс ^рлс +5° Рп. обI *

Рлте +е ^

рлс

г=1 I!

где Рпи - вероятность правильной идентификации;

Рп об1 - вероятность правильного обнаружения цели при условии нахождения в объеме неопределенности БРЛС одного объекта; *рлс, * рсао -среднее число объектов в объеме неопределенности бортовой РЛС и РСАО соответственно; РС рг,

Рч рг - априорные вероятности нахождения в объеме неопределенности СРЗ своих и чужих объектов соответственно; Ризм с - вероятность правильного измерения признака идентификации «свой» в дуэльной ситуации; Рлт - вероятности ложной тревоги;

Рп обI - вероятность правильного обнаружения

цели при условии нахождения в объеме неопределенности бортовой РЛС I объектов. При этом среднее число объектов в объеме неопределенности информационного канала бортовой РЛС (РСАО) определяется согласно следующему выражению:

* рлс

где р - плотность объектов в зоне обзора БРЛС.

Для иллюстрации зависимости потенциальной достоверности идентификации воздушных объектов от плотности объектов в зоне обзора бортовой РЛС р можно принять следующие ограничительные

условия:

Р К 1 Р К 0 Р К 1

п. об I ’ лт ’ изм. с • у >

С учетом (9) выражение (7) примет вид

-8Урсаор

8УрлсРе

Рпи = 1 -8УрлсР <10>

1 - е

Выражение (10) показывает зависимость вероятности правильной идентификации Рпи от объема

неопределенности бортовой РЛС 8Урлс и РСАО

8Урсао , а так же плотности воздушных объектов р в пределах зоны обзора бортовой РЛС. Для оценки

характера изменения Рпи в зависимости от плотности воздушных объектов р проведены расчеты,

результаты которых представлены на рисунки 2. Расчеты проводились при следующих начальных

условиях: /з = 1030 МГц, ^рЛС = 3 см,

86ррЛс = 3,5° , 8Дрлс = 250 м, 8Д3 = 400 м,

Дц = 60 км. На рисунке 2 кривая - 1 соответствует условию, когда разрешающая способность по угловым координатам РСАО 86рСао соответствует разрешающей способности по угловым координатам

СРЗ 86з , 86рсао =86з . Кривая - 2 соответствует условию, когда разрешающая способность РСАО по

угловым координатам 86рСао , при использовании предлагаемого принципа дополнительной селекции, совпадает с шириной ДН БРЛС 6рЛС,

SP — Р feao рлс•

р.км

Рис. 2. Зависимость вероятности правильной идентификации от плотности объектов в зоне обзора бортовой РЛС

Анализ представленных результатов показывает следующее. При заданной плотности воздушных объектов в зоне обзора бортовой РЛС, например

-3 3

р = 10 км (соответствует нахождению в среднем одной цели в объеме 10х10х10 км3), РСАО осуществляет правильную идентификацию с вероятно-

стью Рпи к 0,6. Применение дополнительной селекции, при этих условиях, обеспечивает вероятность правильной идентификации Рпи = 0,99. В свою очередь, для заданного значения данной характеристики, например Рпи = 0,9, имеется возможность правильной идентификации, с помощью дополнительной селекции, в группировках объектов, плотность которых примерно в 100 раз превышает аналогичный показатель для РСАО без дополнительной селекции.

Таким образом, применение дополнительной селекции запросного сигнала, в РСАО позволяют повысить достоверность идентификации воздушных объектов за счет обеспечения соответствия разрешающей способности по угловым координатам данной системы с аналогичной характеристикой взаимодействующей РЛС, с использованием функциональных возможностей бортовых средств пассивной пеленгации.

Литература

1. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т.1. / Под ред. А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника. 2006. - 655 с.

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 - 1112 с.

3. Радиолокационная система опознавания «Пароль». Часть II. Самолетный запросчик СРЗ-11. - М.: Военное издательство, 1987 - 112 с.

4. Изделие Л-150-16. Руководство по технической эксплуатации. Часть первая. Описание и работа. ГД.095.005-16РЭ.

5. Ткаченко С.С. Оценка влияния плотности воздушных объектов на достоверность идентификации в радиолокационной системе с активным ответом. Материалы XX межвузовской научно-практической конференции военно-научного общества курсантов и молодых ученых по направлению «Авиационное радиоэлектронное оборудование». - Воронеж. ВАИУ, 2010. С. 210 - 214.

Военный авиационный инженерный университет

THE ADDITIONAL SELECTION INQUIRY SIGNAL PRINCIPLE IN THE ACTIVE ANSWER RADAR S.S. Tkachenko, A.V. Avramov, S.L. Ivanov

The comparative analysis of the active answer radar and onboard radar spatial resolution is considered in this article. The additional selection inquiry signal principle in the active answer radar is offered. The potential effectiveness of additional selection inquiry signal is resulted

Key words: answer radar, additional selection, identification