Тактико-технические характеристики радиолокационных систем

Тактические характеристики РЛС определяют ее назначение и функциональные возможности при практическом применении. Тактическими характеристиками РЛС являются:

- зона обзора;

- период обзора;

- показатели эффективности обнаружения объекта;

- измеряемые координаты и параметры движения объектов и точность измерений;

- разрешающая способность;

- пропускная способность;

- помехоустойчивость;

- скрытность действия;

- электромагнитная совместимость;

- надежность;

- экономичность;

- мобильность;

- перспективность.

Зоной обзора называется область пространства, в пределах которой РЛС осуществляет наблюдение за объектом. Зона обзора ограничивается максимальной (D_max) и минимальной (D_min) дальностью действия и секторами обзора в горизонтальной ( _Г ) и вертикальной ( _B ) плоскостях (рис. 2.1).

Рис. 2.1.Графическое изображение зоны обзора РЛС

Максимальная дальность радиолокационного обнаружения зависит от технических параметров РЛС, характеристик отражающего объекта, состояния атмосферы, подстилающей поверхности и ряда других факторов.

Минимальная дальность РЛС определяется длительностью зондирующего импульса (для импульсных РЛС), временем восстановления чувствительности приемников (включая инерционность антенного переключателя при переходе из режима передачи в режим приема), а также зависит от высоты установки антенны РЛС и ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Прилегающая к РЛС зона, ограниченная минимальной дальностью действия, называется «мертвой зоной» (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Графическое изображение «мертвой зоны» РЛС

Величина «мертвой зоны» РЛС

(2.1)

где hi - высота установки антенны;

θ - ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Период обзора (Т_обз) - время, требуемое для однократного облучения всех точек зоны обзора и обеспечения возможности приема сигналов из этих точек. Для непрерывного наблюдения за целями с увеличением их скорости период обзора должен уменьшаться.

Показатели эффективности обнаружения объекта - вероятность правильного обнаружения Р_по цели при заданной вероятности ложной тревоги Р_лт

В большинстве РЛС измеряются три координаты объектов: дальности азимут, угол места. Первые, а иногда и вторые производные измеряемых координат являются параметрами движения этих объектов. Для наблюдения за наземными и надводными объектами (навигационные РЛС) достаточно измерения только двух координат: дальности и азимута. Средства РТР измеряют две координаты: азимут и угол места. Точность измерения координат объекта и параметров его движения характеризуется среднеквадратичными ошибками измерения. Разрешающая способность - способность раздельного обнаружения измерения координат или параметров движения близко расположенных объектов. Характеризуется разрешающей способностью по дальности, азимуту, углу места, скорости цели и т.д.

Разрешающая способность по дальности численно оценивается минимальным расстоянием (∆D) между двумя целями, находящимися на одном направлении, при котором эти цели наблюдаются раздельно. Для импульсной РЛС

(2.2)

Разрешающая способность по направлению определяется минимальной величиной угла между двумя целями, находящимися на равном удалении, котором отраженные сигналы от этих целей принимаются раздельно. Чем меньше разрешающий угол, тем выше разрешающая способность РЛС по направлению. Величина разрешающего угла зависит от ширины и формы диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Для повышения потенциальной разрешающей способности РЛС по направлению необходимо сужать диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости, что связано с увеличением размеров антенны или укорочением длинны волны:

(2.3)

θ _Г - ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости;

λ - длина волны;

d_АГ - размер антенны в горизонтальной плоскости.

Пропускная способность - способность РЛС извлекать информацию о целях в единицу времени. Количественно пропускная способность характеризуется максимальным числом целей, информация о которых может извлекаться с применением РЛС. Например, импульсная РЛС может одновременно извлекать информацию о сотнях или тысячах целей. Ее пропускная способность приблизительно равна отношению разности максимальной (D_max) и минимальной (D_min) дальностей к разрешающей способности по дальности ().

(2.4)

Помехоустойчивость - способность РЛС поддерживать на заданном уровне тактические характеристики (прежде всего - показатели эффективности обнаружения и измерения параметров) при воздействии помех. Характеризуется вероятностями выделения информации из смеси сигнал/помеха.

Скрытность действия - способность РЛС противостоять мерам РТР, направленным на обнаружение сигнала (энергетическая скрытность), определение его структуры (структурная скрытность) и раскрытие смысла передаваемой с помощью сигналов информации (информационная скрытность). Скрытность возрастает при уменьшении мощности излучения, увеличении направленности излучения, уменьшении длительности непрерывного функционирования, усложнении структуры сигналов, изменении параметров сигналов.

Электромагнитная совместимость - способность РЛС функционировать совместно с другими РТС.

Надежность - свойство РЛС сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Количественно характеризуется: вероятностью безотказной работы, средней наработкой до отказа, гамма-процентной наработкой до отказа, средней наработкой на отказ, интенсивностью отказов, параметром потока отказов.

Экономичность - характеризуется стоимостью затрат на разработку производство и эксплуатацию (включая ремонты).

Мобильность (маневренность) - способность РЛС быстро перемещаться, развертываться и вести работу в высоком темпе при различных условиях обстановки. Характеризуется временем развертывания и свертывания РЛС скоростью перемещения.

Перспективность - способность РЛС в течение длительного времени удовлетворять потребностям общества.

Технические характеристики РЛС характеризуют средства, необходимые для обеспечения заданных тактических характеристик. Основными техническими характеристиками РЛС являются:

- режим работы и вид модуляции (манипуляции) зондирующих сигналов;

- способ обзора пространства;

- методы измерения координат и параметров движения целей;

- характеристики зондирующего сигнала (рабочие частоты (длины волн) стабильность, мощность, параметры модуляции и т.д.);

- характеристики передающей и приемной (приемопередающей) антенн (форма диаграммы направленности антенны (дна), ширина дна и коэффициентнаправленного действия);

- характеристики приемного устройства (чувствительность, полоса пропускания, динамический диапазон);

- характеристики устройств отображения и съема информации;

- габариты и масса устройств, составляющих РЛС, потребляемая ими энергия от источников питания.

Режим работы РЛС определяется видом (характером) излучения зондирующих сигналов и может быть непрерывным или импульсным. РЛС с импульсным режимом излучения (импульсные РЛС) иногда разделяют на РЛС с большой скважностью излучения Q = Т_п/ _и 50... 2000 и РЛС с малой скважностью излучения Q 2... 50 (РЛС с квазинепрерывным излучением).

Вид модуляции (манипуляции) зондирующих сигналов. Импульсный сигнал можно представить в виде непрерывного гармонического сигнала, промодулированного по амплитуде импульсной последовательностью. Кроме амплитудной модуляции, используют частотную модуляцию (чаще всего -линейно-частотную модуляцию), фазовую (фазокодовую) и частотную манипуляции, шумовую модуляцию и комбинированные виды модуляции и манипуляции зондирующих сигналов независимо от режимов их излучения.

Способ обзора пространства. При активной радиолокации с пассивным ответом в процессе радиолокационного наблюдения за целями осуществляется облучение целей зондирующим сигналом и прием отраженных от целей сигналов.

Зондирующий сигнал - это радиосигнал, сформированный передатчиком РЛС и излученный антенной в направлении цели. Отраженный сигнал - это радиосигнал, отраженный от цели и принятый приемником. Отраженный сигнал несет информацию о цели и является радиолокационным сигналом.

Радиолокационный обзор - процесс наблюдения за целями в заданной зоне обзора, который характеризуется распределением излучаемой и принимаемой энергии. Он заключается в периодическом облучении всех точек зоны обзора и приеме сигналов тех целей, которые находятся в зоне обзора. Обзор называется одновременным (параллельным), если необходимые координаты целей (при необходимости - производные этих координат) определяются одновременно в пределах всей зоны обзора. На практике одновременный обзор применяется редко. Если измерение координат различных целей разнесено во времени и осуществляется постепенно путем перехода от одних целей к другим, обзор называется последовательным. При последовательном обзоре по угловым координатам луч РЛС непрерывно движется в пределах зоны обзора, периодически повторяя заданную траекторию.

Для плоского луча РЛС применяются: круговой обзор, секторный обзор. На летательных аппаратах применяются РЛС бокового обзора: плоский луч РЛС неподвижен, радиолокационный обзор осуществляется благодаря перемещению самого летательного аппарата. Для иглообразного луча применяются: винтовой, спиральный, поступательно-конический и строчно-растровый (зигзагообразный) способы обзора пространства.

Методы измерения координат и параметров движения целей подразделяются на методы измерения дальности, методы измерения угловых координат и методы измерения скорости цели. Определение дальности цели основано на измерении времени запаздывания радиолокационных сигналов. В зависимости от параметра сигнала, который играет основную роль при измерении времени запаздывания, существуют амплитудный, частотный и фазовый методы измерения дальности. Определение направления на цель в радиолокации основано на использовании антенных устройств направленного действия. Определение направления прихода радиоволн, отраженных от объекта, осуществляется путем сравнения амплитуды, фазы или частоты отраженного от цели сигнала. Следовательно, принципиально возможны амплитудный, фазовый и частотный методы измерения угловых координат.

Практически в радиолокации применяются амплитудные, фазовые и комбинированные амплитудно-фазовые методы измерения угловых координат. Частотный метод самостоятельного значения пока не имеет и иногда используется в комбинации с амплитудным методом для устранения неоднозначности и повышения точности измерения угловых координат.

Характеристики зондирующего сигнала: рабочие частоты (длины волн), стабильность, мощность, параметры модуляции и т.д. В активной радиолокации с пассивным ответом зондирующий сигнал может быть непрерывным (применяется в РЛС с непрерывным излучением) или импульсным ( применяется в импульсных РЛС). Непрерывные излучения могут быть немодулированными и модулированными (с применением частотной или шумовой модуляции). Импульсный зондирующий сигнал может быть простым (смодулированным) или сложным (с частотной модуляцией или фазокодовой манипуляцией). Характеристики зондирующего импульса в значительной степени влияют на дальность обнаружения целей, их разрешающую способность и точность измерения координат, скрытность действия РЛС.

Характеристики передающей и приемной (приемопередающей) антенн: форма диаграммы направленности антенны, ширина ДНА и коэффициент направленного действия. В импульсных РЛС в большинстве случаев одна приемопередающая антенна применяется для излучения зондирующего сигнала и приема отраженного радиолокационного сигнала. Приемопередающая антенна чаще всего формирует плоский луч с горизонтальной поляризацией электромагнитной волны или игольчатый луч с круговой поляризацией. Плоским называют луч, угол раскрыва которого в одной плоскости (по углу места) (θ_ум = 25... 85°) намного больше, чем в другой плоскости (по азимуту) (θ_А3 = 1... 3°). Игольчатый луч симметричен относительно направления максимального излучения: θ_УМ = θ_АЗ.

Характеристики приемного устройства (чувствительность, полоса пропускания, динамический диапазон) в значительной степени определяют не только дальность обнаружения цели, но также пропускную способность и помехоустойчивость РЛС. Характеристики отображения и съема информации. Устройства отображения и съема информации служат для преобразования электрических сигналов, поступающих с выхода приемника и несущих информацию о целях в сигналы, вид которых определяется особенностями получателя информации. Если получателем является человек (оператор), электрические выходные сигналы должны быть преобразованы в оптические или акустические, так как только зрение и слух могут использоваться человеком при количественной оценке информации. Получателями радиолокационной информации могут быть также устройства автоматического сопровождения цели (по дальности, направлению, скорости) и цифровые ЭВМ.

Габариты и масса устройств, составляющих РЛС, потребляемая ими энергия от источников питания. В значительной степени определяют возможности по размещению и развертыванию РЛС, в особенности - для подвижных носителей. Существует настоятельная потребность в их уменьшении Для блоков СВЧ, мощных генераторных, усилительных и выпрямительных устройств РЛС на практике это не всегда можно реализовать.

Любая радиолокационная станция (РЛС) характеризуется тактическими показателями, которые учитывают условия её применения, отражающие свойства целей и кинематические характеристики их дви­жения. Анализ тактических задач при проектировании РЛС позволяет установить необходимые тактические показатели РЛС, от которых зависят технические характеристики РЛС. К тактическим характеристикам РЛС относятся:

· назначение и условия размещения аппаратуры;

· максимальная дальность действия Д _max;

· минимальная дальность действия Д _min;

· сектор обзора по азимуту Ф _АЗ;

· сектор по углу места Ф _УМ;

· период обзора Т _ОБЗ;

· размер раскрыва антенны в горизонтальной плоскости Д_гор;

· вероятность правильного обнаружения P _ПО;

· вероятность ложной тревоги Р _ЛТ;

· высота установки антенны h _а;

· среднеквадратическая ошибка измерения дальности s _Д;

· коэффициент ухудшения разрешающей способности по дальности g _Д;

· реальная разрешающая способность по дальности d _Д;

· коэффициент ухудшения разрешающей способности по УМ g _ум;

· реальная разрешающая способность по угловой координате d _ум;

· коэффициент ухудшения потенциальной точности n _П;

· среднеквадратическая, ошибка измерения угловых координат s _ум.

Для определения требуемых тактических показателей РЛС не­обходимо иметь сведения об атмосферных условиях и о наиболее вероятных помехах работе РЛС.

На основании перечисленных данных выполняется расчет основных технических показателей РЛС, которыми являются:

· длина волны (l) излучаемых колебаний или несущая частота (f _с);

· средняя мощность излучения (Р _ср);

· пиковая (импульсная) мощность излучения (Р _и);

· длительность импульса (t _И);

· частота (F _и) или период (Т _и) повторения импульсов;

· чувствительность РПУ (Р_{пр min});

· ширина полосы пропускания РПУ (D f _П);

· ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной (q_Г) и вертикальной (q_В) плоскости;

· коэффициент направленного действия антенны (G _А).

Перечисленные параметры в той или иной мере взаимосвязаны и прямо или косвенно влияют на тактические параметры. Технические параметры РЛС рассчитываются методом последовательного приближения с неоднократным уточнением и согласованием значений величин. Алгоритм расчёта основных технических параметров РЛС показаны на рис. 1.1.

Расчет технических параметров РЛС осуществляется на основе заданных тактических параметров с учетом боевого применения.

В качестве исходных данных при расчетах используют:

а) тактические характеристики РЛС:

· тактическое назначение РЛС;

· задачи, решаемые РЛС (вероятность правильного обнаружения вероятность ложной тревоги);

· количественные характеристики зоны действия РЛС (максимальные и минимальные дальности действия, сектора обзора покурсовому углу и углу места, период обзора);

· среднеквадратические значения ошибок измерения координаты по дальности и угловой координате;

· разрешающие способности по дальности, углу места, пеленгу;

б) условия боевого применения РЛС:

· предельные углыкачки корабля;

· интенсивность дождя, тумана;

· максимальные размеры антенны;

· вероятные помехи;

в) характеристики радиолокационных целей:

· эффективная отражающая поверхность цели;

· классификационные признаки цели.

Расчет и выбор технических параметров РЛС осуществляется в следующем порядке, указанном ниже.

1.

2.

2.1. Выбор и расчёт основных параметров и характеристик РЛС