Глава девятая. Трансляция радиолокационной информации

9.1. Системы трансляции радиолокационной информации

В практике использования радиолокационных станций весьма часто оказывается невозможным или неудобным устанавливать рабочий радиолокационный индикатор непосредственно там, где размещается приемо-передающая аппаратура.

Так, например, наличие препятствий радиоизлучению в районе размещения диспетчерского пункта аэродрома, а также необходимость установки радиолокатора в определенном месте по отношению к взлетно-посадочной полосе не позволяют располагать радиолокационную станцию непосредственно там, где будет использоваться даваемая ею информация.

Положение усложняется при необходимости передачи в данный пункт сведений от нескольких радиолокаторов, расположенных вдоль авиатрассы. Еще сложнее оказывается передача информации на самолет для создания, например, на экране индикатора кругового обзора наглядной картины воздушной обстановки в данном районе. Таким образом, задачи, стоящие перед системами радиолокационной трансляции, порой бывают очень сложными. Разрешение же этих задач позволяет значительно повысить эффективность контроля за воздушным движением, и следовательно, - безопасность полета на воздушных трассах.

В военное время значение систем радиолокационной трансляции еще более возрастает. Такая задача, например, как противовоздушная оборона какого-либо промышленного района не может быть решена без достаточного знания воздушной обстановки подчас на весьма значительных удалениях.

Поэтому за рубежом считают, что на центральном командном пункте ПВО необходимо сосредоточить всю информацию, вырабатываемую радиолокационными станциями данного, а может быть и прилегающих районов. Эта информация, как правило, передается на комадный пункт по специальным трансляционным линиям. Кроме того, как известно, дальность действия и скорость современных самолетов настолько возросли, что для целей ПВО необходимо предупреждение о появлении вражеского самолета задолго до того, как он станет непосредственно угрожать данному району. В связи с этим в последнее время используют так называемые патрульные самолеты, оснащенные мощной радиолокационной аппаратурой. Эти самолеты поднимаются на значительную высоту и "патрулируют" на больших расстояниях от обороняемого района. Полученные сведения с такого патрульного самолета передаются на землю в центр ПВО также по трансляционной линии.

Наконец, может быть поставлена задача информации о местности, над которой пролетает самолет. В этом случае информация может быть получена на борту самолета с помощью радиолокационной станции обзора земной поверхности и передана на землю. Такая задача может возникнуть при воздушной разведке тылов противника, а также, что играет особенно важную роль, при наведении на цель беспилотных управляемых самолетов-снарядов.

В зависимости от того, какие объекты связывает канал передачи информации, используются и различные способы радиосвязи. Так, в случае канала "земля - земля" широко применяются радиорелейные линии с антеннами, обладающими узкой диаграммой направленности. При узкой диаграмме легче осуществить неискаженную передачу при меньшей мощности передатчика. Предел уменьшению ширины луча диаграммы может быть связан с недостаточной жесткостью антенных опор и трудностью практического сопряжения приемной и передающей станций.

Преимущества узких диаграмм, однако, нельзя использовать в других, также очень важных случаях применения трансляционного канала: "земля - воздух" и "воздух - земля". Поскольку в этих случаях один из пунктов подвижен, то возможно применение только ненаправленных антенн или антенн с управляемой диаграммой направленности. Вполне естественно, что для сохранения такого же качества передачи здесь потребуются передатчики большей мощности, чем в первом случае, и специальные меры по защите от помех.

Хронологически первым методом передачи сведений от оператора радиолокационной станции на командный пункт было устное сообщение о координатах. Такой метод, кроме малой пропускной способности, обладал и низкой точностью и мог дать только общее представление о воздушной обстановке, не отражая ее изменение. Единственным достоинством его можно считать возможность передачи сообщения по любой линии связи, однако это достоинство не окупает недостатков метода, который поэтому в настоящее время почти не применяется.

Современные системы трансляции радиолокационной информации можно разбить на следующие три группы:

1) телевизионные системы;

2) системы с непосредственной передачей радиолокационных сигналов;

3) системы с передачей преобразованных радиолокационных сигналов.

Телевизионные системы можно выполнить в двух вариантах: системы, использующие передающую телевизионную трубку, и системы, использующие трубку с накоплением электрических зарядов (типа потенциалоскоп).

В первом случае передающая телевизионная камера, установленная перед экраном радиолокационного индикатора, превращает изображение на этом экране в телевизионный сигнал. Полученный телевизионный сигнал транслируется по высокочастотному кабелю или по радиолинии. На экранах телевизионных приемников можно по выбору получать все или часть изображения, снимаемого с индикатора радиолокатора.

Этот метод удобен тем, что здесь используется обычная стандартная аппаратура, однако он обладает и рядом недостатков, наиболее значительными из которых являются ухудшение отношения сигнал/шум за счет двойного преобразования электрического сигнала в оптический и обратно, а также малая разрешающая способность. Уменьшение разрешающей способности связано с необходимостью передачи всего изображения, соответствующего максимальной дальности действия радиолокатора, чтобы в месте приема можно было выбрать нужный участок этого изображения.

Замена передающей телевизионной трубки трубкой с накоплением зарядов типа потенциалоскоп позволяет существенно повысить контрастность изображения и тем самым устранить один из недостатков, свойственных телевизионным системам.

В системах с непосредственной передачей радиолокационного сигнала, как следует из названия, передаются все сигналы в том виде, в каком они используются для управления лучом электронно-лучевой трубки индикатора радиолокационной станции. Так как в месте приема в этом случае будут все сигналы, поступающие на электронно-лучевую трубку, то представляется возможным получение в крупном масштабе изображения любого интересующего участка рабочей зоны радиолокатора. При этом изображение на индикаторе приемного пункта но качеству почти не уступает изображению на индикаторе радиолокационной станции. Основным недостатком систем является большая ширина спектра передаваемых сигналов, обусловленная применением в современных радиолокационных станциях импульсов с малой длительностью. Вторым недостатком этих систем является необходимость передачи сигналов, характеризующих угловое положение антенны радиолокационной станции. Это обстоятельство значительно усложняет всю систему передачи данных, а иногда вызывает и добавочное расширение полосы пропускания канала связи.

Системы с передачей преобразованных радиолокационных сигналов требуют значительно меньшей полосы пропускания канала связи. Это достигается путем передачи по линии только одного импульса за период повторения станции и соответствующим увеличением длительности импульса. Потеря сигнала в шумах в этом случае, как правило, исключается, так как уровень сигнала, передаваемого по линии в отличие от отраженных сигналов может быть сделан достаточно большим.

Следует отметить, что такой метод сужения ширины спектра находится в полном соответствии с основными положениями теории информации.

В самом деле, в теории информации при определении параметров канала связи пользуются понятием объема сигнала

где F - ширина спектра,

Т - длительность сигнала,

- превышение мощности сигнала над мощностью помех.

Считается, что при любом преобразовании сигнала его объем V должен сохраняться, так как в этом объеме заключена вся информация, которую несет данный сигнал. Поэтому и параметры канала связи должны быть согласованы с отдельными параметрами сигнала.

Однако можно, сохраняя тот же объем, увеличивать или уменьшать один из параметров сигнала за счет уменьшения или увеличения двух или одного из остальных. Так, в частности, ширина частотного спектра F может быть уменьшена за счет увеличения длительности сигнала Т или превышения Н.

Если проанализировать работу радиолокационной станции совместно с системой трансляции, то нетрудно заметить, что в этом случае имеется возможность "деформации" сигнала при сохранении его объема. Известно, например, что всю информацию о цели в принципе можно получить из одного отраженного сигнала.

В реальных условиях работы радиолокационной станции в режиме обзора в течение периода обзора от каждой цели принимается фактически серия импульсов, в пределах которой параметры отраженных сигналов существенно не меняются. Такое "избыточное" количество импульсов не является необходимым, хотя и позволяет получить более достоверную информацию о цели, чем при одноимпульсной работе, особенно при небольшом значении величины Н.

Рассмотрим для примера следующий случай.

Пусть длительность импульса радиолокационной станции, работающей в режиме кругового обзора, равна τ. Тогда разрешающая способность по дальности при достаточной величине масштаба дальности индикатора будет

При ширине диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, равной θ, площадь элемента разложения будет θδR, а общее количество элементов разложения (рис. 9. 1) в зоне обзора составит

где

а k - коэффициент использования периода повторения, равный отношению наибольшего фактического времени запаздывания отраженных импульсов к периоду повторения.

Рис. 9.1. Схематический чертеж, позволяющий определить число элементов разложения

Предполагая, что в секторе шириной θ каждый второй элемент разложения соответствует наличию цели, а в каждом кольце шириной δR элементы, занятые целями, также чередуются, можно вычислить частоту передаваемого по линии сигнала, которая в данном случае будет наивысшей из всех возможных

Подставляя значения R_макс и δR, получаем

где Δf₁ - ширина спектра сигнала, определяемая длительностью импульсов.

Для передачи данной информации потребуется канал связи с полосой пропускания Δf₂ ≥ f_макс.

Так как - время поворота антенной системы на угол, соответствующий ширине диаграммы направленности, а - число импульсов, отраженных целью за один оборот антенны, то

Далее, полагая k = 1, получаем уменьшение требуемой полосы в n раз.

В современных наземных радиолокационных станциях дальнего обнаружения число элементов разложения составляет примерно 700-800 тысяч или даже больше, а минимальная ширина полосы, необходимая для передачи информации, порядка 25 кгц. Для самолетных радиолокационных станций эти значения меньше (в основном за счет меньшей дальности действия радиолокатора: N порядка 60000, а f_макс 2-3 кгц). Указанные частоты сравнительно просто могут быть переданы по обычным линиям связи с использованием простого узкополосного оборудования, что дает большой экономический выигрыш при оборудовании и эксплуатации радиолокационной трансляционной линии.

Таким образом, можно построить систему с передачей преобразованного радиолокационного сигнала, работающую по принципу накопления радиолокационных сигналов в течение времени, соответствующего повороту антенны на угол, равный ширине диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, и передачей за это время одного сигнала с большей длительностью и с большим периодом, чем зондирующие импульсы радиолокационной станции.