Глава 5. Методы борьбы с пассивными помехами

5.1. Методы борьбы с пассивными помехами в антенном тракте и тракте радиочастоты

Основное требование при разработке антенного тракта и тракта радиочастоты - поддержание мощности пассивных помех в пределах динамического диапазона системы СДЦ, что обеспечивает линейный режим ее работы и получение максимального значения К_у. В условиях режима ПУЛТ необходимо снижать на входе приемника РЛС уровень сигналов, отраженных от подстилающих поверхностей и оптически ненаблюдаемых объектов, по возможности не ослабляя сигналы, отраженные от целей. Если сигнал цели и помехи приходит с одного направления, решать эту задачу достаточно трудно. Обычно на вход аэродромной РЛС УВД отражения от местных предметов поступают под углом места β ≈ 0°, а сигнал, отраженный от самолета, заходящего на посадку, - под углом β ≈ 3°. Антенная система должна быть спроектирована таким образом, чтобы коэффициент направленного действия антенны g(α, β) в направлении β = 0° был минимальным, а в направлении β = 3° максимальным. Антенна, удовлетворяющая этим условиям, должна иметь рефлектор с большим вертикальным раскрывом (что дает возможность сформировать узкий луч ДНА с крутыми спадами) и два облучателя.

Первый облучатель работает на прием и передачу и пред назначен для формирования основного луча, ориентированного в направлении целей, находящихся на большой дальности от РЛС (большие значения угла места). Второй облучатель работает только на прием и предназначен для формирования дополнительного луча с нулевым КНД в направлении подстилающей поверхности и максимальным в направлении целей, находящихся на малой дальности от РЛС (малые значения угла места). Обычно облучатели располагают один над другим так, чтобы направление максимумов излучения было разнесено на угол, несколько меньший чем ширина ДН на уровне 3 дБ в вертикальной плоскости, т. е. примерно на 4-5°. Это дает возможность переключаться на дополнительный луч для обнаружения целей на малых дальностях от РЛС и обеспечивает снижение уровня помеховых сигналов от подстилающей поверхности, а также оптически ненаблюдаемых объектов. Точка переключения лучей по дальности обычно выбирается в пределах 35-55 км и зависит от интенсивности помех и их расположения, а также от требования обеспечения максимальной чувствительности к сигналам от цели на малых высотах.

Эффект подавления различных видов пассивных помех за счет применения двухлучевой антенны представлен на рис. 5.1, а [64]. Сопоставление этих результатов с результатами подавления тех же помех с помощью однолучевой антенны (рис. 5.1, б) показывает, что двухлучевая антенна обладает следующими преимуществами. Улучшение отношения сигнал-помеха для отражений от поверхности земли и моря достигает 15-20 дБ. Обнаружение целей оказывается возможным почти во всей зоне обзора, за исключением дальностей менее 10 км. Улучшение отношения сигнал-помеха отражений от атмосферных неоднородностей или оптически ненаблюдаемых объектов составляет около 15 дБ, за исключением дальностей менее 10 км.

Рис. 5.1

Основными ограничивающими факторами для двухлучевой антенной системы являются большой угол разноса между лучами ДНА и направленность дополнительного луча вблизи нулевых значений угла места, т. е. нижняя кромка ДНА имеет недостаточную крутизну. Первое ограничение связано с необходимостью размещать облучатели на расстоянии, которое должно быть не меньше размера самого облучателя. Второй фактор ограничивает достижимое ослабление помех от местных предметов, и, следовательно, остаточный уровень этих помех может быть велик. Это приводит к уменьшению коэффициента улучшения. Чтобы устранить указанные выше недостатки, можно использовать тот факт, что при одновременном поступлении двух полностью коррелированных сигналов (от главного и дополнительного лучей ДНА) можно сформировать комбинированный луч, причем нижняя кромка его ДНА в вертикальной плоскости может адаптивно формироваться в зависимости от помеховой обстановки. Описанный алгоритм работы реализуется устройством управления нижней кромкой (УУНК) ДНА. С помощью этого устройства решаются три задачи:

ослабление интенсивных пассивных помех, приходящих с нулевого угла места;

подавление сигналов, отраженных от объектов, являющихся источниками пассивных помех (атмосферные неоднородности, метеообразования, оптически ненаблюдаемые объекты) на малых углах места;

улучшение видимости целей.

В частности, такой комбинированный луч обеспечивает четкое разделение участка с помехами и с целями, а программное управление лучами ДНА во время обзора в азимутальной плоскости позволяет осуществить в реальном масштабе времени выбор области перекрытия ДН лучей в зависимости от помеховой обстановки.

Используя сигналы от основного и дополнительного лучей, можно сформировать комбинированный луч в соответствии со следующей формулой:

(5.1)

где К¯(R) - комплексный весовой множитель, зависящий от расстояния; α - азимутальный угол; β - угол места. Из соотношения (5.1) видно, как формируется семейство комбинированных ДНА с характеристикой g_Σ, которая постоянно согласуется по дальности и азимуту с окружающей помеховой обстановкой.

Возможность ослабления уровня пассивных помех без изменения зоны обнаружения для наибольшего угла места, как показано в [65], обеспечивается при следующих условиях:

(5.2)

(5.3)

для 0 ≤ R ≤ R_{п max}, где R_{п max} - максимальная дальность помехи.

Из соотношений (5.1)-(5.3) следует, что, регулируя определенным образом амплитудные и фазовые характеристики основного и дополнительного лучей ДНА, можно добиться того, чтобы g¯_Σ(α, β) = 0 для некоторого пространства, содержащего источник помех.

Однако условие нулевой направленности обеспечивается лишь при идентичности амплитуд и фаз сигналов от дополнительного и основного лучей ДНА при β = 0 и при полном совпадении соответствующих ДН в горизонтальной плоскости в пределах всего сектора обзора. Поскольку на практике горизонтальные сечения ДН основного и дополнительного лучей не удается сделать полностью идентичны ми, то следует стремиться к получению не нулевой, а некоторой минимальной направленности при β = 0.

Исходя из этого предполагается, что К¯(R) вычисляется из условий (5.1) и (5.3), и нулевые условия можно получить только для определенных направлений (например, α = β = 0). Тогда выражения для вычислений отношений помеха-шум, принимаемых по основному и суммарному лучам, имеют вид:

(5.4)-(5.5)

где А - постоянный коэффициент; К¯(0) - условие согласования луча.

Пределы интегрирования в (5.4) и (5.5) выбираются следующим образом: по азимуту - это двойная ширина луча на уровне -3 дБ (2α), а по высоте - по крайней мере 0,8° над горизонтом.

Эффективность устройства управления нижней кромкой ДНА определяется соотношением [65]

(5.6)

Расчеты, проведенные в соответствии с соотношением (5.6), показали, что использование описанного метода обеспечивает снижение отношения Р_п/Р_ш при β = 0 на 33 дБ, т. е. на 13 дБ больше, чем в случае приема сигналов только по второму лучу. Также показано, что при применении последовательных операций сложения и вычитания сигналов основного и дополнительного лучей в соответствии с изменением дальности можно обеспечить область перекрытия, начинающуюся с некоторого малого угла места (например, с 0,1; 0,5; 1°). При определенном значении дальности желательно формировать зону перекрытия, начинающуюся с постоянной высоты, чтобы гарантировать видимость целей на малых высотах.

Увеличение К_пв при использовании устройства управления нижней кромкой ДНА оценивается формулой [65]

(5.7)

На рис. 5.2 показана структурная схема входных радиочастотных трактов РЛС с устройством управления нижней кромкой ДНА [65]. Основные элементы этого устройства - фазовращатель (ФВ) и аттенюатор (AT) управляются с помощью БП.

Рис. 5.2

Сигнал, принятый по дополнительному лучу, проходит через устройство переключения поляризации (УПП), вращающееся сочленение (ВС), антенный переключатель (АП) и ограничитель (ОГР) с линейным динамическим диапазоном 90 дБ. Затем он поступает на вход усилителя (У) с таким коэффициентом усиления, который обеспечивает компенсацию потерь, вносимых ограничителем. После этого сигнал проходит через устройство выравнивания фазы (УВФ) и согласующее устройство (СУ), где происходит сложение сигналов от дополнительного и основного лучей. Сигнал основного луча перед этим проходит через AT и ФВ. Сигнал, принимаемый по основному лучу, проходит точно через та кую же схему, а также через циркулятор (Ц), который обеспечивает развязку передатчика и приемника. Сигналы с выходов СУ подаются на вход блока объединения сигналов (БОС), который управляется с помощью блока выбора режима работы (БВРР). Программа получения суммарного сигнала хранится в блоке программного обзора (БПО) и содержит выбранные углы места нижней кромки ДНА, что позволяет осуществить выбор необходимой амплитуды и фазы К¯(R). Выбор К¯(R) в пределах элемента разрешения дальность - азимут определяется отношением помеха-шум. В качестве критерия выбирается отношение Р_п/Р_ш на входе системы СДЦ в анализируемом элементе пространства при условии линейности ее динамического диапазона, т. е.

Если Р_п/Р_ш > К_у, работа осуществляется в режиме обработки сигналов суммарным лучом ДНА.