СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБЗОРНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ОТ ПОМЕХ
METHOD OF PROTECTING SURVEILLANCE RADAR STATION FROM INTERFERENCE

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к защите от пассивных и активных помех мобильной обзорной радиолокационной станции (РЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР) с электронным сканированием узким лучом.
В зоне обзора РЛС всегда существуют пассивные помехи в виде радиолокационных сигналов, отраженных от земной поверхности, иногда - в условиях сверхрефракции (Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978, с.415-416), от метеообразований. В боевых условиях на радиолокационную станцию воздействуют еще и активные помехи, излучаемые с движущихся постановщиков помех, а также пассивные помехи в виде облаков дипольных, аэрозольных и других отражателей. Помехи приводят к перегрузке системы обработки РЛС, уменьшают вероятность обнаружения цели, снижают пропускную способность РЛС.
Известным способом защиты обзорной РЛС с ФАР от пассивных и активных помех является обеспечение достаточно низкого уровня всех боковых лепестков диаграммы направленности антенны (ДНА) (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника, т.1. - М.: Сов. радио, 1976, с.91-94). Однако чрезмерное снижение всех боковых лепестков ДНА приводит к расширению главного лепестка ДНА (луча РЛС), следствием чего является ухудшение таких технических характеристик РЛС, как точность измерения координат целей, разрешающая способность по угловым координатам, дальность обнаружения целей, и поэтому не всегда приемлемо.
Наиболее близкий способ защиты РЛС с ФАР от пассивных и активных помех заключается в формировании ограниченных областей ДНА с низким уровнем - нулей ДНА - в направлениях на помехи. Нули ДНА формируют за счет управления фазами или амплитудами токов в элементах антенны. Главный лепесток ДНА при этом практически не изменяется (Попов А.С., Кузнецова А.С., Баранов В.М. Особенности формирования нулей в диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток. Зарубежная радиоэлектроника, №11/12, 1994, с.20-23).
Наиболее близкий способ эффективен, когда направления на помехи известны заранее (до начала работы РЛС) или могут быть предварительно определены в процессе обзора зоны РЛС (такие неподвижные источники пассивных помех, как местные предметы или неподвижные, предварительно запеленгованные, постановщики активных помех).
Если же угловые координаты источников помех заранее не известны и не могут быть предварительно определены в процессе обзора зоны РЛС (такие естественные и преднамеренные движущиеся источники пассивных помех, как метеообразования, облака дипольных отражателей, области подстилающей поверхности, приводящие к явлению сверхрефракции, а также движущиеся постановщики активных помех), то сформировать ДНА с нулями на такие источники помех в мобильных обзорных РЛС не представляется возможным.
Это объясняется тем, что расчеты амплитудного и фазового распределений токов по элементам ФАР для ДНА с нулями в определенных направлениях требуют чрезвычайно большого объема вычислений и при заранее неизвестном положении источников помех в пространстве они (из-за ограниченных вычислительных ресурсов в мобильных обзорных РЛС) не могут быть проведены в течение времени, выделяемого на расчет и формирование ДНА в процессе обзора зоны РЛС. Увеличение же времени на обзор зоны РЛС приводит к уменьшению частоты обращения к целям, что уменьшает рубежи их сопровождения и, как правило, недопустимо.
Таким образом, при заранее неизвестных угловых координатах источников помех эффективность наиболее близкого способа оказывается низкой.
Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является увеличение подавления помех от источников с заранее неизвестными угловыми координатами.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты обзорной РЛС с ФАР от помех, включающем формирование нулей в ограниченной области ДНА, согласно изобретению упомянутые нули ДНА формируют при угле места луча РЛС, не превышающем ширину ближайшего к поверхности земли нуля ДНА, при этом формируют по одному нулю ДНА с каждой стороны от главного лепестка ДНА в области ближайших боковых лепестков по углу места.
Суть заявляемого способа заключается в следующем.
Как уже отмечалось, в существующих ФАР в ограниченной области ДНА может быть получен достаточно низкий уровень боковых лепестков - нуль ДНА. При этом ширина нуля определяется точностью, с которой известно направление на источник помехи.
Поскольку основной вклад в принимаемую мощность помеховых сигналов по боковым лепесткам ДНА вносят ближайшие к главному лепестку ДНА боковые лепестки (так как они имеют наибольший уровень), особенно в ДНА с быстроспадающими боковыми лепестками, то для обеспечения наиболее значительного подавления помех в заявляемом способе снижают уровень именно этих боковых лепестков. При этом нули ДНА формируют в областях ближайших боковых лепестков по углу места - по одному нулю с каждой стороны от главного лепестка ДНА (фиг.1, фиг.2, фиг.3), и в процессе обзора зоны РЛС положение нулей относительно главного лепестка ДНА не изменяют. Ширину нулей выбирают исходя из угломестных размеров областей, занимаемых ближайшими боковыми лепестками с каждой стороны от главного лепестка ДНА.
Такое расположение нулей в заявляемом способе ДНА позволяет эффективно уменьшать влияние пассивных и активных помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, независимо от количества помех и от того движутся источники помех или нет.
Так как при формировании нуля ДНА уровень боковых лепестков вне области сформированного нуля ДНА (в направлениях вблизи его границы) несколько увеличивается (фиг.2, фиг.3), то при подъеме луча РЛС относительно горизонтальной плоскости (плоскости, касательной к поверхности земли в точке стояния РЛС) на угол больший, чем ширина области ближайшего к поверхности земли нуля ДНА (нуля с меньшим углом места), возможно увеличение интенсивности принимаемых с этих направлений помеховых сигналов. В связи с этим в заявляемом способе нули ДНА формируют только при определенных положениях луча РЛС по углу места, а именно: при угле места луча РЛС, не превышающем ширину области ближайшего к поверхности земли нуля ДНА. При большем угле места луча РЛС применяют ДНА без нулей, то есть переходят к ДНА обычного вида (фиг.1).
Таким образом, в заявляемом способе достигается увеличение подавления помех от источников с заранее неизвестными координатами, то есть достигается заявляемый технический результат. При этом, поскольку главный луч ДНА практически не претерпевает изменений, характеристики РЛС по точности измерения координат целей, разрешающей способности по угловым координатам, дальности обнаружения целей не ухудшаются.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
Фиг.1 - положение ДНА с нулями (пониженным уровнем боковых лепестков) и обычной ДНА при обзоре зоны РЛС по углу места.
Фиг.2 - ДНА с нулем (пониженным уровнем боковых лепестков) в области по углу места ±18° от направления луча.
Фиг.3 - ДНА с нулем (пониженным уровнем боковых лепестков) в области по углу места ±30° от направления луча.
Фиг.4 - амплитудные распределения токов по элементам линейки ФАР с одномерным электронным сканированием по углу места для обычной ДНА (пунктирная линия) и ДНА с нулем (сплошная линия) в области по углу места ±18° от направления главного лепестка.
Фиг.5 - амплитудные распределения токов по элементам линейки ФАР с одномерным электронным сканированием по углу места для обычной ДНА (пунктирная линия) и ДНА с нулем (сплошная линия) в области по углу места ±30° от направления главного лепестка.
Фиг.6 - функциональная схема радиолокационной станции, реализующей заявляемый способ защиты обзорной радиолокационной станции от пассивных помех.
Обзорная РЛС, реализующая заявляемый способ, содержит (фиг.6) антенну 1, последовательно соединенные передатчик 2, антенный переключатель 3, приемник 4 и вычислитель 5, выход которого соединен со входом устройства управления ДНА 6, синхронизатор 7, при этом сигнальный вход/выход антенны 1 соединен со входом/выходом антенного переключателя 3, а координатный ее выход - со вторым входом вычислителя 5, четыре выхода синхронизатора 7 соединены соответственно с синхровходами передатчика 2, приемника 4, вычислителя 5 и устройства управления ДНА 6.
Указанная РЛС может быть выполнена на следующих функциональных элементах.
Антенна 1 - ФАР с одномерным электронным сканированием по углу места и механическим вращением по азимуту с быстроспадающими боковыми лепестками по углу места (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. т.2. - М.: Сов. радио, 1977, с.138). Формирование нулей ДНА осуществляют применением амплитудного распределения токов по элементам апертуры ФАР вида, приведенного на фиг.4 при формировании нулей в области ±18°, и на фиг.5 - при формировании нулей в области ±30° относительного положения главного лепестка ДНА по углу места. При этом, как следует из указанных рисунков, главный лепесток ДНА практически не изменяется.
Передатчик 2 - многокаскадный импульсный передатчик на клистроне (A.M. Педак и др. Справочник по основам радиолокационной техники. Под ред. В.В.Дружинина. Военное издательство, 1967, с.278-279, рис.7.2).
Антенный переключатель 3 - балансный антенный переключатель на базе циркулятора (A.M.Педак и др. Справочник по основам радиолокационной техники. Под ред. В.В.Дружинина. Военное издательство, 1967, с.166-168).
Приемник 4 - супергетеродинный приемник (A.M.Педак и др. Справочник по основам радиолокационной техники. Под ред. В.В.Дружинина. Военное издательство, 1967, с.343-344, рис.8.1).
Вычислитель 5 - цифровой вычислитель (Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Т.В.Тарабрина, - М.: Радио и связь, 1984).
Устройство управления ДНА 6 - цифровой вычислитель, реализующий расчет амплитудного распределения токов по элементам апертуры ФАР (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника, т.2. - М.: Сов. радио, 1977, с.141-143).
Синхронизатор 7 - выполнен на основе задающего генератора и последовательно соединенной с ним цепочки делителей частоты (Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). Под ред. В.В.Григорина-Рябова. - М.: Сов. радио, 1970, с.602-603).
Рассмотрим работу обзорной РЛС (фиг.6), реализующей заявляемый способ защиты РЛС от помех.
По команде от синхронизатора 7 в передатчике 2 формируется высокочастотный зондирующий сигнал, который через антенный переключатель 3 подается в антенну 1 и излучается. Отраженный сигнал, принимаемый антенной 1, через антенный переключатель 3 поступает в приемник 4, преобразуется на видеочастоту и подается на первый вход вычислителя 5. Угловые координаты луча с координатного выхода антенны 1 поступают на второй вход вычислителя 5. В вычислителе 5 вычисляются координаты обнаруженных целей, а также, с учетом заданной программы обзора зоны РЛС, определяется положение луча РЛС антенны для следующего излучения зондирующего сигнала. Соответствующие координаты луча РЛС поступают в устройство управления ДНА 6, где производится расчет амплитудного распределения токов по элементам апертуры ФАР, и в зависимости от положения луча РЛС по углу места формируется луч РЛС с нулями ДНА по углу места или без нулей, то есть в виде ДНА обычного вида. При этом если координата угол места луча РЛС не превосходит ширину ближайшего к поверхности земли нуля ДНА, то в устройстве управления ДНА 6 амплитудное распределение токов по элементам апертуры ФАР рассчитывается для ДНА с нулями (в соответствии с графиками на фиг.4 или фиг.5, изображенными сплошными линиями). Если же координата угол места луча РЛС превышает ширину ближайшего к поверхности земли нуля ДНА, то в устройстве управления ДНА 6 амплитудное распределение токов по элементам апертуры ФАР рассчитывается для ДНА обычного вида, то есть без нулей (графики на фиг.4 или фиг.5, изображенные пунктирными линиями).
Рассчитанные амплитуды токов элементов ФАР по команде от синхронизатора 7 распределяются по элементам апертуры антенны 1 и луч антенны устанавливается в заданном направлении зоны обзора РЛС.
Описанный процесс повторяется для каждого положения луча зоны обзора РЛС.
В процессе обзора зоны РЛС при угле места луча, не превышающем ширину ближайшего к поверхности земли нуля ДНА, земная поверхность облучается сигналом РЛС с низким уровнем ДНА (областью ближнего к земной поверхности нуля ДНА). Отраженные сигналы принимаются этим же уровнем ДНА. Поэтому воздействие помех в виде сигналов, отраженных от земной поверхности, значительно снижается. При большем угле места луча РЛС применяется обычная ДНА (без нулей), но поскольку при таких углах места уровень области обычной ДНА, с которой облучается земная поверхность, невелик (ниже уровня ближайших боковых лепестков), то и в этом случае воздействие таких помех значительно снижается.
Воздействие помех в виде радиолокационных сигналов, отраженных от метеообразований, облаков дипольных, аэрозольных и других отражателей, а также активных помех в зависимости от амплитудного распределения токов по элементам апертуры ФАР (фиг.4, фиг.5), также значительно снижается в достаточно большом интервале по углу места за счет нулей ДНА (в РЛС, реализующей заявляемый способ, указанный интервал равен соответственно 36° и 60°).
Таким образом, в заявляемом устройстве обеспечивается увеличение подавления помех от источников с заранее неизвестными координатами, то есть достигается заявляемый технический результат.