РЛС AN/APG-66 со средней частотой повторения импульсов

РЛС AN/APG-66 со средней частотой повторения импульсов



У.X.ЛОНГ III,член ИИЭР; К.Э.ХАРРИГЕР, старший член ИИЭР


Рассматривается применение режима средних частот повторения импульсов (СЧП) в импульсно-доплеровской многофункциональной РЛС AN/APG-66, которая устанавливается на самолете F-16A/B для управления бортовым вооружением. В настоящее время эта РЛС производится серийно К январю 1984 г выпущено более 1700 станций. Рассмотрены также особенности применения трех видов частот повторения импульсов (ЧПЙ) высоких, низких и средних Установлено, что в самолетных РЛС, предназначенных для наблюдения в нижней полусфере (наблюдение («вниз»), применение средних ЧПИ наиболее эффективно Изложены принципы выбора передатчика с высокой или низкой импульсной мощностью Выяснилось, что в тех случаях, когда применяются только средние ЧПИ, передатчик с высокой импульсной мощностью обеспечивает более высокие тактико-технические показатели Анализируются принципы выбора ЧПИ и влияние мешающих отражений, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны Кратко описано конструктивное выполнение РЛ6 AN/APG-66. Радиолокационная станция AN/APG-66 и, в частности, ее режим СЧП прошли интенсивную проверку в рабочих условиях с хорошими результатами. Эта РЛС по своим показателям соответствует заданным требованиям, а в ряде случаев и превышает их Надежность РЛС в условиях эксплуатации оказалась высокой Например, за 1983 г средняя наработка на отказ составила 102,9 ч при времени работы РЛС на двух действующих базах ВВС США 64 204 ч

ВВЕДЕНИЕ

Самолетная многофункциональная РЛС AN/APG-66 системы управления вооружением многоцелевого рстребителя F-16A/B, выпущенного фирмой General Dynamics, Форт-Уорт, шт. Техас, при поддержке ВВС США, разработана Центром оборонных и электронных систем фирмы Westinghouse, Балтимор, шт. Мэриленд. Эта РЛС сконструирована по модульному принципу для повышения надежности и ремонтопригодности. Ее можно считать уникальной в силу двух особенностей. Во-первых, это первая РЛС системы управления вооружением, проектирование которой велось исходя из заранее заданной стоимости изделия. Во-вторых, это первая серийная РЛС, рассчитанная и оптимизированная на импульсные сигналы со средними частотами повторения (СЧП). Можно считать, что эта РЛС ведет свое начало с 1971 г., когда руководство фирмы Westinghouse приняло решение направить усилия в первую очередь на создание семейства РЛС комплекса управления вооружением, недорогих в производстве, но имеющих высокие тактические показатели. Разработка семейства РЛС фирмы Westinghouse, получившего обозначение WX, позволило создать технику, которую фирма смогла предложить для установки на истребителе воздушного боя фирмы General Dynamics, в своем современном варианте известный как F-16A/B. Первые серийные РЛС поступили на вооружение ВВС в июне 1973 г., а к январю 1984 г. было выпущено уже более 1700 таких радиолокационных станций. В производстве этой РЛС принимают участие фирмы ряда стран. Так, отдельные ее узлы выпускаются бельгийскими, голландскими, датскими и норвежскими фирмами.

В статье основное внимание уделено рассмотрению применяемого в РЛС AN/APG-66 режима наблюдения «вниз» при СЧП. Кратко описаны и другие peжим^ РЛС, а также изложены некоторые вопросы выбора параметров РЛС, обусловивших применение AN/APG-66 режима СЧП. Рассмотрены особенност работы РЛС при высокой, низкой и средней частота повторения импульсов; факторы, определяющие вы бор высокой или низкой импульсной мощности передатчика РЛС; выбор количества ЧПИ; влияние мешающих отражений (МО), принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности (ДН) антенны. В заключение кратко описано конструктивное выполнение РЛС AN/APG-66 и ее основные сменные блоки.

ОПИСАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЛС

В РЛС AN/APG-66 предусмотрено 10 режимов работы, которые кратко описаны ниже.

Режимы «воздух — воздух»

— Наблюдение «вниз» — когерентный режим импульсно-доплеровской РЛС со средними ЧПИ, который используется для обнаружения низколетящих воздушных целей при наличии мешающих отражений, принимаемых по главному лучу диаграммы направленности антенны РЛС.

— Наблюдение «вверх» — когерентный режим с низкой ЧПИ, который используется для обнаружения воздушных целей в отсутствие мешающих отражений.

— Режим ближнего воздушного боя — режим автоматического «захвата» цели на автоматическое сопровождение. Этот режим позволяет обеспечить быстрый захват цели без участия оператора.

— Автоматическое сопровождение целей — подрежим, в который РЛС переключается из любого из рассмотренных трех режимов поиска, когда цель уже обнаружена.

Режимы «воздух — поверхность»

— Обзор поверхности земли реальным лучом ДН. Некогерентный режим РЛС с быстрой перестройкой рабочей частоты, предназначенный для картографирования земной поверхности, т. е. для получения радиолокационного изображения поверхности. Используется для распознавания и определения местоположения наземных целей, а также для коррекции инерци-альной навигационной системы самолета по радиолокационным ориентирам.

— Обзор поверхности при доплеровском «обострении» ДН антенны. Режим картографирования земной поверхности с доплеровской обработкой сигналов для повышения разрешающей способности по азимуту по сравнению с разрешением при использовании реального луча ДН антенны.

— Обзор морской поверхности I (море-I). Некогерентный режим с быстрой перестройкой рабочей частоты, который используется для обнаружения кораблей при наличии умеренных МО от поверхности моря.

— Обзор морской поверхности II (море-II). Когерентный режим с селекцией движущихся целей (СДЦ). Позволяет обнаруживать движущиеся корабли при наличии сильных МО от поверхности моря.

— Измерение дальности до поверхности Земли. Точное измерение расстояния до поверхности Земли в направлении радиолокационной линии визирования точки на поверхности Земли, задаваемой устройством наведения линии визирования по угловым координатам.

— Режим радиолокационного маяка. Режим, когда РЛС может запрашивать наземные радиолокационные маяки ^-диапазона и получать сигнал ответчика, в том числе кодированный. Этот режим может быть использован и в варианте «воздух — воздух», например для поиска и встречи с самолетами-топливозаправщиками.

Режим наблюдения «вниз»

Режим наблюдения «вниз» — это когерентный режим импульсно-доплеровской РЛС со средними ЧПИ, который предназначен для обнаружения в нижней полусфере малоразмерных низколетящих воздушных целей на фоне сильных МО от земной поверхности. При наблюдении «вниз» подавляются и не индицируются сигналы медленно движущихся наземных целей (имеющих скорость движения менее 100 км/ч), а также сигналы крупных изолированных целей, попадающих в область боковых лепестков ДН антенны РЛС. В этом режиме обнаруживаются цели под любым ракурсом, за исключением небольшого сектора в области курсового угла 90° (по направлению, перпендикулярному к вектору скорости цели). Для обеспечения обнаружения целей при всех возможных значениях доплеровских частот и расстояний до цели применяется восемь значений ЧПИ за время облучения цели. При этом по крайней мере на трех ЧПИ обеспечивается обнаружение целей. Для уменьшения числа ложных отметок на экране индикатора РЛС даже в условиях действия сильных МО применяется адаптивная регулировка порогового уровня при обнаружении целей.

Мешающие отражения, приходящие к РЛС по главному лепестку ДН антенны, существеЯно подавляются трехимпульсной системой череспериодной компенсации (ЧПК) сигналов. Выходные сигналы ЧПК подаются на устройство доплеровской фильтрации, выполняемой с использованием 64-точечного алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ). На корреляторы измеряемых дальностей подаются выходные сигналы только тех фильтров, которые находятся вне пределов ±100 км/ч относительно составляющей доплеровской частоты МО для главного луча ДН. Для определения порогов обнаружения применяется устройство поддержания постоянной частоты ложных тревог, т. е. устройство автоматической регулировки порога — АРП (constant fabe-alarm rate — CFAR) — с усреднением по элементам разрешения. Данное устройство обеспечивает невосприимчивость устройств обнаружения к ложным сигналам, появляющимся при приеме МО по боковым лепесткам ДН антенны. Помехи, принимаемые по боковым лепесткам ДН, проходят через устройство АРП, но подавляются коррелятором дальностей, где предварительно выполняется проверка амплитудных соотношений до осуществления окончательных корреляционных преобразований дальностей. Сигналы целей, удовлетворяющие критериям корреляционных соотношений, поступают на ЭВМ для определения усредненных (сглаженных) значений угловых координа'т и дальности и затем подаются на индикатор.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ

Радиолокационная станция AN/APG-66 является первой серийной РЛС для управления бортовым вооружением, где применяются оптимальные импульсные сигналы со средними ЧПИ. Это означает, что ЧПИ, высокая импульсная мощность излучения и малые по длительности импульсы выбраны такими, чтобы обеспечить максимальную дальность обнаружения целей в условиях действия сильных МО от земной поверхности при сохранении малой частоты ложных тревог. Ниже мы рассмотрим соображения, которые привели к выбору режима со средней частотой повторения импульсов (СЧП) в РЛС типа AN/APG-66. Говоря конкретно, мы остановимся на выборе вида сигналов (типа применяемых импульсных последовательностей), выборе конкретных значений ЧПИ, сравнении достоинств высокой и низкой импульсных мощностей передатчика РЛС и на ряде вопросов, связанных с подавлением МО, принимаемых по боковым лепесткам ДН антенны.

Выбор вида сигналов

При выборе вида сигналов, применяемых в РЛС, необходимо в первую очередь принять решение о частоте повторения импульсов. В общем по ЧПИ радиолокационные системы можно разделить на три класса: РЛС с низкой, высокой и средней ЧПИ. Системы с низкими ЧПИ (НЧП) характеризуются однозначным измерением расстояний до целей и мешающих отражателей, однако скорости соответствующих объектов измеряются с неоднозначностью. Для систем с высокими ЧПИ (ВЧП) характерны наличие диапазона однозначного измерения доплеровских частот и неоднозначности по дальности. Системы со средними ЧПИ (СЧП) имеют неоднозначность как по дальности, так и по доплеровским частотам во всем диапазоне измерения этих параметров. Здесь однозначное измерение расстояний означает, что расстояния до цели или до мешающих отражателей могут быть определены путем простого однократного измерения времени задержки сигнала в пределах одного периода повторения импульсов (при одном значении ЧПИ) в отличие от способа измерения путем сравнения результатов определения времени задержки при многих ЧПИ. Аналогично однозначная доплеровская частота соответствует определению скорости цели по непосредственно измеренной величине доплеровской частоты. Рис. 1 иллюстрирует особенности сигналов для указанных трех типов ЧПИ во временной (по дальности) и в частотной (по доплеровским частотам) областях.

airbase.ru/users/muxel/files/apg-66_ris01.htm

Очевидно, однако, что имеются случаи, когда ЧПИ трудно отнести к какому-либо одному из указанных трех типов. Например, в ряде режимов «воздух — поверхность» в РЛС могут применяться такие ЧПИ, когда обеспечивается однозначность как по дальности,так и по доплеровской частоте. В данной статье такие случаи рассматриваться не будут.

Ниже описываются некоторые достоинства и недостатки каждого из типов ЧПИ, применяемых в самолетных РЛС в режимах наблюдения «вниз». Более детальное рассмотрение типов ЧПИ можно найти в [1].

Низкие ЧПИ. Принципиальным достоинством РЛС с низкими ЧПИ является возможность отделения мешающих объектов от целей на основе селекции по дальности. Например, мешающие отражения от зоны дождя, занимающей интервал дальности в несколько километров, не будут мешать наблюдению тех целей, которые не находятся непосредственно в этой зоне дождя. При применении же РЛС с ВЧП или СЧП мешающие отражения от указанной зоны дождя могут создать помехи обнаружению целей во всем диапазоне однозначной дальности.

Второй особенностью РЛС с НЧП является то, что в них не требуется выполнять коррелирования сигналов по дальности, так как расстояния определяются однозначно по самому принципу определения дальностей в РЛС с НЧП. Эта особенность НЧП объясняет и отсутствие ложных целей в таких РЛС. В системах с неоднозначным измерением расстояний наличие одновременно нескольких целей в зоне наблюдения может привести к ложным показаниям коррелятора дальности и к появлению, таким образом, ложных целей. В РЛС с НЧП отсутствует, как отмечалось, неоднозначность при измерении расстояний и, следовательно, не возникают ложные цели.

Третьим достоинством РЛС с НЧП является возможность введения в приемный канал устройств временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ), которые позволяют изменять чувствительность в зависимости от расстояния или от времени. Устройство ВАРУ позволяет подавлять сигналы мешающих отражателей, расположенных на малых дальностях в области приема по боковым лепесткам ДН антенны. Чувствительность приема сигналов, приходящих от удаленных целей, при этом не уменьшается. В системах с неоднозначным измерением расстояний применять устройства ВАРУ не представляется возможным, так как будут подавляться и ближние МО, и сигналы представляющих интерес удаленных целей. Как следствие системы с НЧП предъявляют менее жесткие требования к уровню боковых лепестко.в ДН антенны РЛС, так как МО, принимаемые по боковым лепесткам, могут быть подавлены устройством ВАРУ.

К недостаткам РЛС с НЧП относится сравнительно малый диапазон частот доплеровской селекции целей, что видно из рис. 2, где приведен спектр доплеров-ских частот сигналов при НЧП. В РЛС сигналы МО, принимаемые по главному лучу ДН (по линии визирования), путем гетеродинирования переносятся на нулевую частоту (для упрощения системы). Следовательно, все наблюдаемые доплеровские частоты сигналов целей или МО, принимаемых по боковым лепесткам, расположены по оси частот правее нулевой частоты, иными словами, доплеровские частоты принимаемых сигналов наблюдаются как бы с помощью неподвижной РЛС, носитель которой фиксирован в пространстве (имеет нулевую скорость).




В самолетных обзорных РЛС при выборе полосы режекции по доплеровским частотам (см. рис. 2) критерием служит главным образом возможность подавления медленно движущихся наземных целей, а не режекция всей области МО, принимаемых по главному лучу ДН антенны. Это объясняется тем, что для подавления медленно движущихся наземных целей требуется более широкая полоса режекции. Дело в том, что при обнаружении воздушных целей бортовыми РЛС в режиме наблюдения «вниз» возможно появление большого количества и наземных движущихся целей на экранах индикаторов РЛС, что вводит в заблуждение оператора и затрудняет обнаружение и распознавание низколетящих воздушных целей.

Типовое значение полосы режекции по скорости движения наземных целей равно ±100 км/ч (относительно земной поверхности). Это соответствует полосе режекции по доплеровской частоте ±1870 Гц по отношению к центральной частоте МО, принимаемых по главному лучу ДН (для РЛС Х-диапазона). Обычно при такой полосе режекции почти всегда подавляются и МО по главному лучу, исключение, быть может, составляют лишь случаи, когда самолет-носитель РЛС летит со сверхзвуковой скоростью и при больших углах наблюдения целей по азимуту.

Если считать, что полоса режекции по доплеровским частотам должна составлять ±1870 Гц, то область спектра доплеровских частот в пределах участка 3740 Гц между спектральными составляющими ЧПИ окажется закрытой («слепой») для доплеровских частот ряда целей, представляющих интерес. Так как типовые значения низких ЧПИ лежат в пределах от 1000 до 4000 Гц (в зависимости от требуемой максимальной дальности наблюдения целей), то по существу не остается участка в области доплеровскнх частот, который можно было бы использовать для обнаружения воздушных целей. Мы опять-таки считаем, что РЛС работает в Х-диапазоне.

Итак, оказывается, что, хотя РЛС с НЧП обеспечивает точное однозначное измерение расстояний до целей без возникновения ложных отметок, располагаемый участок в спектре доплеровских частот (за вычетом зоны режекции МО и (или) наземных движущихся целей), который можно было бы использовать для обнаружения воздушных целей в режиме наблюдения «вниз», обычно слишком мал.

Высокие ЧПИ. При применении сигналов с ВЧП обнаружение целей, доплеровские частоты которых находятся в зоне спектра, свободной от МО по боковым лепесткам, осуществляется по существу на фоне только внутренних шумоа, а не на фоне МО даже при полете на малых высотах. Это иллюстрирует рис. 3, где показан спектр доплеровских частот при ВЧП. Для упрощения картины спектр показан после преобразования высокой частоты вниз, но без введения отслеживания частоты МО.

Область спектра МО по боковым лепесткам распределена в пределах ±2V_R/l относительно спектральных линий, расположенных на кратных ЧПИ часто тах (V_R— путевая скорость самолета-носителя РЛС, l — длина волны излучения РЛС). Частота МО, принимаемых по главному лучу ДН антенны, показанная на рис. 3, зависит от угла отклонения луча антенны относительно вектора путевой скорости самолета. Обычно для упрощения структуры РЛС эта частота путем гетеродирования приводится к нулевой доплеровской частоте. Спектральная составляющая для цели, летящей на встречном курсе, также показана на рис. 3. Полное значение доплеровской частоты для сигнала цели равно сумме доплеровской частоты, обусловленной относительной скоростью движения цели в направлении на РЛС, и доплеровской частоты для МО по главному лучу в направлении линии визирования цели. В тех случаях, когда доплеровские частоты целей вдоль линии визирования больше максимальной доплеровской частоты для сигналов МО, принимаемых по боковым лепесткам, спектральная составляющая цели будет находиться в области, свободной от МО по боковым лепесткам. Характеристика обнаружения при этом, как уже отмечалось выше, будет ограничиваться только внутренними шумами.

airbase.ru/users/muxel/files/apg-66_ris03.htm

Указанное условие зависит от отношения скорости цели к скорости самолета-носителя РЛС и от угла визирования цели, как показано на рис. 4. При положении линии визирования вдоль вектора скорости самолета-носителя РЛС для всех целей, имеющих радиальную составляющую скорости в направлении на РЛС, доплеровские частоты всегда оказываются в области, свободной от МО по боковым лепесткам. При угле визирования цели 90° составляющая скорости цели по направлению на РЛС должна быть больше путевой скорости самолета-носителя РЛС для того, чтобы спектральные составляющие доплеровской частоты цели оказались в зоне, свободной от МО.




Область, свободную от МО по боковым лепесткам, можно определить и в зависимости от курсового угла цели (рис. 5). На рис. 5 показан случай движения носителя РЛС и цели в точку встречи, когда их траектории полета являются прямыми линиями, сходящимися в точке встречи. Угол визирования цели y и курсовой угол цели А являются постоянными величинами при данных значениях скоростей цели V_T и самолета-носителя РЛС V_R.




В центре полярной диаграммы на рис. 5 расположена цель. Угол между линией визирования и вектором скорости цели называется курсовым углом цели. При движении цели и перехватчика в точку встречи соотношение между курсовым углом цели А и углом визирования y определяется выражением V_Rsiny = V_Tsin A. Курсовой угол цели А = 0 при полете точно на встречных курсах, и А = 180°, когда перехватчик летит точно в «хвост» цели. Курсовой угол цели, соответствующий границе в спектре сигналов между областями, свободными от МО по боковым лепесткам, и областями, занятыми МО, является функцией отношения скоростей перехватчика и цели, как показано на рис. 5 для четырех вариантов отношения скоростей. Первый вариант соответствует случаю, когда скорости цели и самолета-носителя РЛС равны. Цель может быть обнаружена в зоне спектра, свободной от МО по боковым лепесткам, при курсовых углах цели от нуля до 60° (на встречных и встречно-пересекающихся курсах) по обе стороны относительно вектора скорости цели. Аналогично в четвертом варианте, когда скорость цели составляет 0,4 от скорости самолета-носителя РЛС, наблюдение цели возможно в секторе курсовых углов ±78,5° (относительно вектора скорости цели) в зоне спектра, свободной от МО по боковым лепесткам. Рассмотренные варианты относятся к движению цели и носителя РЛС в точку встречи. Очевидно, что все курсовые углы цели, наблюдаемой в зоне спектра, свободной от МО, всегда меньше 90°.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

Другой особенностью систем с ВЧП является возможность подавления сигналов медленно движущихся целей. Это объясняется тем, что для обработки сигналов имеется широкий диапазон спектра однозначных значений доплеровских частот. Например, при ЧПИ=150 кГц сигналы целей, которые движутся со скоростью менее, скажем, 150 км/ч по отношению к поверхности Земли, могут быть легко подавлены, в то время как при НЧП это оказывается практически невозможным.

Дополнительное достоинство систем с ВЧП заключается в возможности повышения дальности обнаружения целей, если выполняется только селекция целей по доплеровским частотам, примерно на 20—25% (при данной средней мощности) по сравнению с радиолокационными системами, в которых дополнительно измеряется и расстояние до целей. Это обусловлено тем, что при ВЧП информация о расстоянии до цели характеризуется неоднозначностью, и для выполнения однозначного измерения расстояний за время облучения цели нужно вводить линейную или синусоидальную частотную модуляцию ВЧ-несущей. Во всяком случае, устранение неоднозначности при измерении расстояний достигается за счет уменьшения предельной дальности обнаружения целей. В РЛС AN/APG-66 в рассматриваемом режиме наблюдения «вниз» необходимо получение точной информации о расстоянии до цели, поэтому применить режим поиска целей только по скорости (определяя только доплеровские частоты) не представляется возможным.

По-видимому, единственным и наибольшим недостатком систем с ВЧП является ограниченная способность обнаруживать цели, если их сигналы попадают в зону спектра, заполненную частотными составляющими МО по боковым лепесткам, особенно при полете самолета-носителя РЛС на малых высотах. Как отмечено ранее и показано на рис. 4 и рис. 5, область в спектре, свободная от МО, соответствует встречному движению цели. При попутных или догонных курсах, особенно при полете на малых высотах, спектральные составляющие сигнала, отраженного от цели, попадают в область сильных МО, принимаемых по боковым лепесткам ДН антенны РЛС.

При НЧП мешающие отражения по боковым лепесткам для ближних участков дальности могут быть подавлены устройствами ВАРУ, при этом отсутствует наложение друг на друга сигналов в пределах ряда участков дальности. В системах с ВЧП мешающие отражения, принимаемые по боковым лепесткам ДН, накладываются друг на друга во всех малых интервалах однозначных расстояний, что является следствием большой неоднозначности по дальности. Например, при ЧПИ = 150 кГц однозначное расстояние (интервал однозначности по дальности) соответствует всего лишь 900 м. Так как МО по боковым лепесткам могут значительно превышать уровень теплового (внутреннего) шума на участках до расстояний, равных примерно 19 км, то из-за неоднозначности 19 участков МО належатся друг на друга в пределах одного интервала однозначности по дальности. Таким образом, МО по боковым лепесткам при малых высотах полета самолета-носителя РЛС существенно ухудшают условия обнаружения целей. Подводя итог, отметим, что системы с ВЧП обеспечивают однозначное измерение доплеровских частот сигналов целей без появления ложных целей, могут подавлять сигналы медленно движущихся целей, имеют свободную от МО зону спектра для эффективного обнаружения целей при некоторых курсовых углах. Однако трудности в обеспечении обнаружения целей при произвольных курсовых углах, особенно при полете на малых высотах, препятствуют применению ВЧП в режиме наблюдения «вниз» в РЛС AN/APG-66.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

Средние ЧПИ. Как показано выше, и НЧП, и ВЧП имеют свои достоинства в режиме наблюдения «вниз» в бортовых РЛС, но им свойственны и значительные ограничения: НЧП не обеспечивают подавление сигналов медленно движущихся целей, а при ВЧП трудно обеспечить обнаружение цели на догонных курсовых углах. Ниже мы подробно рассмотрим системы со средними частотами повторения импульсов (СЧП), которым свойственны достоинства как ВЧП, так и" НЧП, например возможность подавления сигналов медленно движущихся целей, обнаружение целей при произвольных курсовых углах, наличие в спектре зон, свободных от МО по боковым лепесткам, и обеспечение точного измерения расстояний до целей.

При СЧП доплеровские частоты МО по боковым лепесткам в спектре обычно определяются неоднозначно. По дальности также имеется неоднозначность в положении цели. В результате обнаружение целей всегда осуществляется на фоне сигналов МО, принимаемых от ближних участков дальности по боковым лепесткам ДН антенны. Может показаться, что это наихудший вариант выбора ЧПИ, так как отсутствуют свободные от МО участки как по дальности, так и по скорости. Однако в реальных условиях при правильном выборе параметров РЛС и ЧПИ такие свободные участки могут быть созданы на координатной плоскости «расстояние — доплеровские частоты».

На рис. 6а показана зависимость изменения с дальностью амплитуды сигналов МО по боковым лепесткам при условии, что уровень боковых лепестков в среднем на 35 дБ меньше главного максимума ДН антенны, высота полета самолета-носителя РЛС составляет 1800м, а ЧПИ = 10 кГц. Сигналы МО по боковым лепесткам начинают поступать в приемник РЛС после излучения импульсов через время, соответствующее приходу отражений от участков поверхности непосредственно под самолетом. Возникает так называемое «альтиметровое» отражение (альтиметровая отметка). Затем принимаемый сигнал МО плавно уменьшается по амплитуде и, наконец, на расстоянии 9 км становится меньше уровня тепловых шумов приемного устройства. Частота повторения импульсов 10 кГц соответствует интервалу однозначной дальности 15 км. Таким образом, участок МО по боковым лепесткам полностью попадает в пределы одного интервала однозначной дальности. В рассмотренном примере (рис. 6) видно, что имеется свободный от МО участок дальности протяженностью 6 км в пределах расстояний от 9 до 15 км. Этот свободный участок повторяется в каждом интервале однозначных дальностей. Если применить несколько разных ЧПИ за время облучения цели, то интервалы, свободные от МО по боковым лепесткам, смещаются по дальности (за исключением первого интервала). В результате обеспечивается обнаружение целей в интервалах дальности, свободных от МО по боковым лепесткам. Это положение иллюстрируют рис. 6b и 6с.




Выполненный выше анализ в значительной мере упрощен. В обычных условиях уровень боковых лепестков не постоянен в различных направлениях и в результате уровень МО по боковым лепесткам не просто равномерно уменьшается относительно альтиметровой отметки с увеличением расстояния, а является сложной функцией не только дальности, но и доплеровских частот. Подробный анализ структуры МО при СЧП выходит за рамки данной статьи. Читатель может ознакомиться с этим вопросом, обратившись к работам [3, 4]. Здесь достаточно сказать, что в пространстве «расстояние — доплеровские частоты» можно выделить значительные учстки, свободные от мешающих отражений по боковым лепесткам; протяженность этих участков существенно зависит от уровня боковых лепестков ДН, а также от других факторов.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

При анализе свойств систем с ВЧП отмечалось, что в определенном секторе курсовых углов цели в передней полусфере в спектре сигналов имеется область, свободная от МО по боковым лепесткам. В системах с СПЧ, однако, таких свободных участков нет и спектральные составляющие сигнала цели всегда находятся в области, занятой МО, при любых курсовых углах цели. Это обусловлено тем, что имеется неоднозначность доплеровских частот в спектре сигналов МО по боковым лепесткам. То обстоятельство, что по дальности имеются участки, свободные от МО по боковым лепесткам, как отмечалось выше, а также то, что сигналы МО по боковым лепесткам зависят от доплеровских частот, в какой-то степени облегчает положение. В целом, оказывается, можно получить достаточно хорошие характеристики при обнаружении целей для всех курсовых углов, даже при полете на малых высотах.




На рис. 7 в качестве примера показано распределение дальности обнаружения малоразмерных воздушных целей- для кумулятивной вероятности обнаружения 85% в зависимости от курсовых углов при условиях, указанных на рис. 7. Как было сказано выше, курсовой угол цели — это угол между линией визирования и вектором скорости цели. Существенное уменьшение дальности обнаружения при курсовом угле цели 90° обусловлено тем, что это направление соответствует области частот режекции МО, принимаемых по главному лучу ДН антенны. При курсовом угле 90° радиальная составляющая скорости цели в направлении на РЛС равна нулю и соответствующая доплеровская частота совпадает с доплеровской частотой МО по главному лучу ДН антенны при отслеживании МО в процессе обработки сигналов. Неравномерности кривой изменения дальности обнаружения обусловлены в первую очередь изменениями интенсивности уровня МО по боковым лепесткам в зависимости от расстояния и доплеровских частот, а также от наличия «слепых» зон при СЧП, о чем мы будем говорить ниже. Таким образом, даже при малой высоте полета (1500 м) обеспечивается обнаружение целей при любых курсовых углах (разумеется, за исключением 90°).

Как уже отмечалось выше, подавление сигналов медленно движущихся целей необходимо для повышения эффективности РЛС. Дело в том, что медленно движущиеся наземные объекты являются мешающими целями и снижают способность оператора РЛС обнаруживать воздушные цели. Скорости целей, сигналы которых подавляются, соответствуют полосе режекторного фильтра. Величина этой полосы оказывает существенное влияние на выбор ЧПИ (см. ниже). Здесь мы лишь укажем, что в целом системы с СПЧ обладают достаточной эффективностью по доплеровской селекции целей, чтобы обеспечить необходимую степень режекции сигналов наземных движущихся целей.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПЕРЕДАТЧИКОВ С ВЫСОКОЙ И НИЗКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТЬЮ

В этом разделе мы обсудим выбор импульсной мощности излучаемых сигналов. Какую импульсную мощность, высокую или низкую, должна иметь РЛС? Будет показано, что для систем с СЧП наилучшим вариантом являются сигналы с большой импульсной мощностью

Выбор передатчика РЛС с высокой или низкой импульсной мощностью чаще всего определяется видом сигнала РЛС. Если необходимо иметь и ВЧП, и СЧП или НЧП, то вопрос о выборе не стоит — передатчик должен иметь малую импульсную мощность, так как передатчик с большой импульсной мощностью просо не сможет работать с нужным коэффициентом заполнения (Недавно разработан передатчик, который может селективно работать в режимах как высокой, так и низкой импульсной мощности. Однако в данной статье рассматриваются только передатчики с одним уровнем мощности). Например, при ВЧП передатчик РЛС, как правило, работает при коэффициенте заполнения (Коэффициент заполнения (duty cycle) определяется как произведение длительности зондирующего импульса на частоту повторения) от 0,3 до 0,5, так что при высокой импульсной мощности потребовался бы передатчик со значительной средней выходной мощностью. С другой стороны, радиолокационные системы при СЧП работают обычно с коэффициентом заполнения от 0,01 до 0,03, так что можно применять передатчики с высокой или с низкой (со сжатием импульсов) импульсной мощностью. В РЛС AN/APG-66 режим ВЧП не используется, поэтому можно применять как мощный, так и маломощный передатчик.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

Средняя мощность передатчика реальной РЛС определяется максимальной требуемой дальностью обнаружения целей, поскольку другие параметры, которые входят в формулу дальности, обычно предопределены. Например, апертура антенны выбирается такой, чтобы антенну можно было разместить в располагаемом пространстве самолета, коэффициент шума обычно такой, который может обеспечить современный уровень развития техники приемных устройств, параметры устройств обработки сигналов определяются имеющейся аппаратурой и (или) постоянными времени обработки. Таким образом, требуемая максимальная дальность обнаружения целей определяет, какова же должна быть средняя мощность передатчика.

При заданной требуемой средней мощности можно работать либо с малой импульсной мощностью в сочетании с импульсом большой длительности, либо с большой импульсной мощностью при импульсе малой длительности. В обоих случаях при СЧП после обработки импульс должен иметь малую длительность, тогда обеспечивается точное однозначное измерение расстояний и разрешение целей по дальности. По этой причине при зондирующих импульсах большой длительности необходимо при обработке сигналов выполнять сжатие импульсов.

Однако применение в режиме СЧП импульсов большой длительности и осуществление сжатия импульсов оказывают отрицательное влияние на характеристики РЛС. Этот вопрос рассмотрен ниже.

Наиболее известным способом сжатия импульсов в современных РЛС с СЧП является кодирование импульсов по фазе (простая или двоичная фазовая манипуляция). Простую фазовую манипуляцию легче осуществить, однако такие сигналы чувствительны к изменению доплеровской частоты, и, кроме того, имеются трудности в получении при обработке малого уровня боковых лепестков выходного сигнала.

Проблема чувствительности фазоманипулированных (ФМ) сигналов к изменению доплеровской частоты цели весьма серьезна даже для фазовых кодов умеренной длины. Суть проблемы заключается в том, что из-за появления доплеровской частоты цели фаза сигнала в пределах элементов кода меняется так, что к концу кодированного сигнала изменение фазы становится равным 180°. Скорость цели, при которой появляется такая доплеровская частота, называется «критической». В этом случае при обработке фазоманипулированного сигнала возникают значительные боковые лепестки на выходе, а основной максимум сигнала уменьшается по амплитуде. Например, для 13-элементного фазового кода (длительность одного элемента кода равна 1 мкс) в Х-диапазоне критическая скорость составляет 2258 км/ч. Преодолеть указанную трудность можно, например, сместив настройку кодированного сигнала по доплеровской частоте на такую величину, чтобы при добавочной скорости цели, например 1115 км/ч, не наблюдались ухудшения формы выходного сигнала после сжатия импульса. Однако описанный способ может быть полезным, только если ожидаемые скорости целей лежат в узком диапазоне. В тех случаях, когда могут быть и положительные, и отрицательные относительные скорости (т. е. цели могут быть и на встречных и на попутных курсах), что, как правило, и происходит, смещение настройки кодированного сигнала по доплеровской частоте может только усугубить проблему при противоположном по направлению движении цели.

Уровень боковых лепестков выходного сигнала при сжатии импульсов должен быть не больше —30 дБ или около этого. При потерях на обработку сигналов около 1 дБ такой уровень боковых лепестков получить можно. Однако эти показатели существенно ухудшаются при ограничении принимаемого импульса по длительности из-за перекрытия с излучаемым сигналом при малых расстояниях до цели или при близком расположении друг к другу нескольких целей по дальности. Увеличенный уровень боковых лепестков выходного сигнала может привести к росту частоты ложных тревог, а также к маскировке соседних целей.

При применении многофазных кодов недостатки в определенной степени ослабляются: уменьшается чувствительность к изменению доплеровских частот, в меньшей степени. увеличивается уровень боковых лепестков. Однако реализация многофазных кодов более сложна. Сжатие импульсов с применением двойной ФМ (ДФМ) находит все большее применение в радиолокационных системах, так как в этом случае можно уменьшить потери при согласованной фильтрации по сравнению с простой ФМ. Кроме того, в некоторой степени можно ослабить и чувствительность к изменению доплеровских частот. Недостатком ДФМ является большая сложность аппаратуры.

Для сжатия сигналов можно использовать и импульсы с внутренней частотной модуляцией, но обычно нужен большой коэффициент сжатия (не менее, скажем, 30). При больших коэффициентах сжатия спектр сигнала становится по форме близким к прямоугольному, что позволяет создать согласованные фильтры с низкими потерями. В общем могут применяться импульсы как с линейной,так и с нелинейной ЧМ. Импульсы с линейной ЧМ (ЛЧМ-импульсы) не чувствительны к изменению доплеровских частот, но требуют специальной весовой обработки для уменьшения уровня боковых лепестков выходного сигнала, что вносит дополнительные потери. Импульсы с нелинейной ЧМ позволяют получать меньший уровеь боковых лепестков и меньшие потери по сравнению с ЛЧМ-импульсами, но появляется чувствительность к изменению доплеровских частот.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

При использовании в режиме СЧП импульсов большой длительности возникают еще две дополнительные проблемы. Во-первых, ближние цели попадают в «мертвую» зону РЛС, поэтому часто приходится усложнять систему, применяя поочередно излучение импульсов и малой, и большой длительности. Во-вторых, более серьезная проблема при импульсах большой длительности — появление «слепых» зон по дальности в пределах интервалов однозначных расстояний, как показано на рис. 8. Эта проблема аналогична проблеме доплеровской селекции (наблюдаемости) по оси частот, рассматриваемой в следующем разделе. Длинные интервалы бланкирования (запирания) приемника по оси дальности уменьшают возможность наблюдения целей.




Таким образом, хотя благодаря сжатию импульсов можно формировать требуемые импульсы малой длительности' при приеме сигналов, сжатие импульсов нельзя считать идеальным вариантом, поскольку появляются дополнительные трудности: чувствительность к изменению доплеровских частот, потери при обработке сигналов, боковые лепестки выходного сигнала, «слепые» участки дальности и, наконец, усложнение аппаратуры.

ВЫБОР ЧАСТОТ ПОВТОРЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ

Одной из наиболее сложных и трудоемких задач при проектировании РЛС с СЧП является выбор ЧПИ Дело не только в том, что существуют различные системные ограничения на ЧПИ, но и в том, что конкретный «наилучший» набор нескольких ЧПИ зависит от условий работы РЛС, в частности от высоты полета самолета-носителя РЛС, уровня мешающих отражений и скоростей движения.

Обширные исследования, выполненные на ранних стадиях разработки РЛС AN/APG-66, показали, что при использовании нескольких ЧПИ за время облучения цели применение критерия «М из N» при обнаружении целей имеет преимущество по сравнению с «предельным — минимальным» критерием, который иногда применялся. Оказалось, что не только улучшалась наблюдаемость целей по доплеровским частотам, но существенно улучшались характеристики обнаружения целей на фоне МО по боковым лепесткам ДН антенны. Есть также ряд и других факторов, которые следует учитывать при выборе ЧПИ, например количество ЧПИ за время облучения цели, ширина полосы режекции сигналов, ложные цели, возможности селекции по доплеровским частотам. Все эти вопросы обсуждаются в данном разделе.

Предельное количество ЧПИ, применяемых за время облучения цели (т. е. за время прохождения главного луча ДН антенны при обзоре пространства направления на цель), ограничено сверху допустимым временем обработки. Если время обработки становится слишком большим, то скорость сканирования антенны уменьшается до неприемлемой величины. Наименьшее количество ЧПИ должно быть выбрано таким, чтобы обеспечить за время облучения цели не только устранение неоднозначности измерения расстояний, но и устранить «слепые» участки наблюдения по доплеровским частотам (см. ниже).

Проблема появления ложных целей также играет важную роль при выборе ЧПИ. При критерии обнаружения «М из N» важно, чтобы не формировались ложные цели из-за взамных перекрестных совпадений сигналов. По данному критерию, например, при обработке сигналов с восемью значениями ЧПИ обнаружение считается осуществленным, если, например, при любых трех ЧПИ сигнал в заданном элементе разрешения превысил порог (китерий «3 из 8»). На рис. 9 в качестве иллюстрации приведен пример использования трех ЧПИ и критерия обнаружения «2 из 3». Периоды повторения импульсов (ППИ) для трех ЧПИ, показанных на рис. 9, равны соответственно 7, 8 и 9 элементам разрешения по дальности (каналам дальности). Если цель № 1 находится на четвертом элементе дальности, то при ЧПИ 1 она будет наблюдаться в четвертом элементе дальности, в 11-м [(ППИ 1)+4], в 18-м [2(ППИ 1)+4] элементах и т. д. Цель № 2, расположенная на 26-м элементе дальности, появляется в каналах дальности, определяемых по модулю ППИ. Таким образом, при ЧПИ 1 (ППИ=7) цель появляется в каналах дальности 5, 12, 19, 26 и т. д. Аналогично при ЧПИ 2 (ППИ=8) цель № 1 (на четвертом элементе дальности) появляется в каналах дальности 4, 12, 20, 28 и т. д., а цель №2 (на 26-м элементе дальности) появляется в каналах 2, 10, 18, 26 и т. д. Процесс совмещения (корреляции) сигналов по дальности для трех указанных ЧПИ иллюстрирует рис. 9. По критерию обнаружения «2 из 3» появление цели одновременно в 'одних и тех же каналах дальности по крайней мере при двух или трех ЧПИ объявляется как обнаружение цели. Из рис. 9 видно, что реальные цели № 1 и № 2 (на элементах дальности соответственно 4 и 26) совпадают по каналам дальности (коррелированны) во всех трех ЧПИ и поэтому объявляются обнаруженными. Однако в 12-м и 19-м каналах дальности наблюдается перекрестное совмещение импульсов двух разных целей при двух ЧПИ и, следовательно, появляется ложное обнаружение (ложная тревога) целей на указанных дальностях. На практике имеется большее количество каналов дальности в пределах каждого ППИ, что уменьшает возможность появления ложных целей. Таким образом, ЧПИ приходится выбирать весьма продуманно, чтобы не только обеспечить однозначное определение расстояний до целей» но и минимизировать количество возможных ложных совпадений, когда в зоне обзора находится несколько целей.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

airbase.ru/users/muxel/files/apg-66_ris09.htm

Столь же важной проблемой, как измерение расстояний без возникновения ложных целей, является обеспечение наблюдаемости (селекции) доплеровских частот. Полосой (зоной) наблюдаемости доплеровских частот (полосой «прозрачности») будем называть полосу частот в спектре сигнала между спектральными составляющими, кратными ЧПИ, в пределах которой можно осуществлять выделение (селекцию) частотных составляющих полезного сигнала. Для иллюстрации на рис. 10 показаны зоны «прозрачности» (полосы наблюдаемости доплеровских частот) для произвольного набора пяти ЧПИ. По оси абсцисс отложена радиальная составляющая скорости цели в направлении на РЛС (по отношению к земной поверхности). Предполагается, что путем гетеродинирования доплеровские частоты МО по главному лучу ДН смещены на нулевую частоту, и относительная скорость между целью и РЛС при изображении спектра не имеет значения; важна только скорость цели. Это значит, что даже при одинаковых скоростях цели и самолета-носителя РЛС на догонных курсах, когда относительная радиальная скорость равна нулю, наблюдаемая доплеровская частота цели будет определяться скоростью цели по отношению к земной поверхности, а не скоростью изменения расстояния между РЛС и целью.




Непросматриваемые участки спектра («слепые» участки) обусловлены зоной режекции доплеровских . частот в области спектральных линий на ЧПИ. Полоса «прозрачности» для доплеровских частот на рис. 10 показана сплошной линией. Эта полоса соответствует пропусканию полосового фильтра на уровне 3 дБ. Для данного примера принято, что полоса режекции соответствует скоростям цели ±100 км/ч. На рис. 10 указано также количество ЧПИ, при использовании которых обеспечивается наблюдение доплеровской частоты цели при данной скорости цели. Как видно из рис. 10, в рассматриваемом примере наблюдение доплеровских частотных составляющих возможно во всем диапазоне указанных скоростей цели при использовании двух и более ЧПИ. Если бы критерий обнаружения был, скажем, «3 из 5» ЧПИ, то область, где наблюдение доплеровской частоты возможно только при двух ЧПИ, была бы зоной «слепых» скоростей. При этих скоростях РЛС не обнаруживает цели при любых дальностях. Таким образом, недопустимо, чтобы в редставляющем интерес диапазоне скоростей целей имелись такие «слепые» скорости.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

Хорошим критерием оценки возможности наблюдения доплеровских частот является отношение полосы «прозрачности» при минимальном количестве применяемых ЧПИ к полному интервалу возможных доплеровских частот (в процентах). Например, при пяти ЧПИ (см. рис. 10) и критерии обнаружения «2 из 5» относительная полоса «прозрачности» для скоростей движения цели меньше 930 км/ч в зависимости от полосы режекции доплеровских частот изменяется, как показано на рис. 11 (по оби абсцисс отложена величина, равная половине полосы режекции по уровню 3 дБ). Видно, что при ширине полосы режекции ±130 км/ч и пяти ЧПИ относительная полоса «прозрачности» для двух ЧПИ превышает 50%.




Очевидно, что хорошая наблюдаемость доплеровских частот цели особенно важна, когда цель находится на фоне мешающих отражений, принимаемых по боковым лепесткам ДН антенны. Если доплеровские частоты цели попадают в область «прозрачности», соответствующую при обнаружении минимальному количеству ЧПИ, то при любом появлении МО по боковым лепесткам соответственно уменьшится дальность обнаружения цели. И наоборот, если области «прозрачности» соответствуют большому количеству ЧПИ, то появление МО по боковым лепесткам не приведет к существенному уменьшению дальности обнаружения целей,, так как более вероятно, что цель будет обнаружена в области спектра, свободной от МО по боковым лепесткам.

МЕШАЮЩИЕ ОТРАЖЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ ПО БОКОВЫМ ЛЕПЕСТКАМ ДН

Выше мы указывали, что при НЧП мешающие отражения по боковым лепесткам могут быть существенно подавлены устройством ВАРУ во входных узлах 'приемника. Это обстоятельство в свою очередь позволяет снизить требования к допустимому уровню боковых лепестков ДН антенны РЛС. С другой стороны, при ВЧП зачастую можно использовать только те области в спектре сигналов, в пределах которых нет МО по боковым лепесткам. В этом случае уровень МО по боковым лепесткам не имеет практического значения. Более того, в ряде радиолокационных систем с ВЧП антенны имеют равномерное распределение поля по апертуре для получения максимального коэффициента направленного действия, а значит, эти РЛС работают с относительно большими уровнями боковых лепестков.

В РЛС с СЧП уровень боковых лепестков ДН имеет существенное значение и оказывает прямое влияние на характеристики РЛС. Можно пояснить это, рассмотрев результирующую протяженность по дальности зоны МО по боковым лепесткам (для случая постоянных уровней боковых лепестков). На рис. 12 показано, как меняется протяженность по дальности зоны МО по боковым лепесткам в зависимости от высоты полета самолета-носителя РЛС для типовой системы с СЧП. На рис. 12 по оси ординат отложена протяженность зоны МО по дальности в единицах элементов дальности, соответствующих дискретным интервалам времени по 1 мкс, а по оси абсцисс — высота полета. Протяженность зоны МО по дальности — это интервал между альтиметровой отметкой и тем расстоянием, на котором уровень МО по боковым лепесткам становится равным внутреннему шуму приемника. Если принять, что на период повторения импульсов в среднем приходится, скажем, 90 интервалов по 1 мкс, то из рис. 12 следует, что при уровне боковых лепестков ДН антенны выше —45 дБ значительная часть интервала однозначности по дальности оказывается занятой МО по боковым лепесткам ДН. Например, при уровне боковых лепестков —35 дБ и высоте полета 3000 м уровень МО превышает внутренние шумы приемника на участке в 64 элемента дальности (или занимает 71 % интервала однозначности). Как отмечено выше, такая протяженность МО может оказать существенное отрицательное влияние на дальность обнаружения тех целей, доплеров-ские частоты которых попадают в зону «прозрачности» при минимальном количестве ЧПИ.

airbase.ru/users/muxel/files/apg-66_ris12.htm

Второй фактор, который оказывает влияние на уровень боковых лепестков, это отражения сигналов от антенного обтекателя. Небольшая часть излучаемых колебаний по главному лепестку ДН отражается от внутренней стенки антенного обтекателя и в результате формируется лепесток, который в общем случае направлен в другую сторону относительно оси самолета по сравнению с положением главного максимума ДН. Этот лепесток обычно называют «зеркальным» лепестком, или лепестком отражения. Обычно его ширина больше, чем главного луча, что объясняется дефокусирующим эффектом криволинейной поверхности внутренней стенки антенного обтекателя. Рис. 13 иллюстрирует явление отражения от стенки обтекателя. Уровень «зеркального» лепестка зависит от отношения длины обтекателя к диаметру, относительных неровностей стенок, диэлектрических свойств материала обтекателя, толщины стенок и частоты излучения РЛС.




Основное отрицательное явление, связанное с «зеркальным» лепестком, заключается в том, что в направлении этого лепестка могут наблюдаться дискретные неподвижные объекты на земной поверхности с большой эффективной площадью отражения, которые в РЛС обнаруживаются как движущиеся цели и создают дополнительные отметки ложных целей (ложных тревог). Объясняется это явление тем, что в отраженном от таких объектов (хотя они и неподвижны) сигнале появляется кажущаяся доплеровская частота, отличающаяся от доплеровской частоты при приеме сигналов по главному лучу ДН антенны из-за того, что «зеркальный» лепесток направлен под другим углом к целям на земной поверхности. В обычном случае отражения от таких неподвижных наземных целей подавляются в режекторных фильтрах, настроенных на МО по главному лучу ДН. На рис. 14 показано, что доплеровская частота сигналов по «зеркальному» лепестку зависит от углового положения этого лепестка по отношению к вектору скорости самолета-носителя РЛС.




Радиолокационные отражения от целей, принимаемые по боковым лепесткам ДН антенны (включая и «зркальный» лепесток), для устранения ложных целей (ложных тревог) подавляются блаюдаря введению компенсационного канала в приемник либо с помощью устройства амплитудного сравнения в одноканальном приемнике. При компенсации сигналов по боковым лепесткам ДН в приемнике сравниваются амплитуды сигналов, принимаемых специальной компенсационной антенной с широкой ДН и малым коэффициентом направленного действия, и сигналов, принимаемых по основному каналу приемника. Если амплитуды сигналов в компенсационном канале больше, чем в основном канале, то считается, что эти сигналы приняты по боковым лепесткам и они исключаются из дальнейшей обработки. Для приемника с компенсацией нужна дополнительная компенсационная антенна (например, рупорная) и отдельный приемный канал; следовательно, этот способ является более сложным (и дорогим), чем одноканальный.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

При одноканальном способе амплитуды принимаемых сигналов сравниваются с ожидаемыми значениями, вычисленными в соответствии с истинной (однозначной) дальностью до обнаруженной цели. В зависимости от результата сравнения выносится решение, принят ли сигнал по главному лучу или по боковым лепесткам ДН антенны. Отраженные сигналы, принятые по боковым лепесткам, исключаются из дальнейшей обработки [3]. В РЛС AN/APG-66 применяется одноканальный способ.

КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ РЛС AN/APG-66

В РЛС AN/APG-66 широко использованы цифровые методы обработки сигналов и управления режимами работы РЛС. Это обеспечивает высокую надежность РЛС, а управление от ЭВМ с развитым программным обеспечением — многофункциональность РЛС. Необходимость в настройке и калибровке блоков РЛС в процессе эксплуатации отпадает благодаря автоматической калибровке, производимой как часть процедур автоматизированного встроенного контроля и проверок. Управление режимами РЛС от ЭВМ осуществляется по внутренним двухсторонним цифровым магистралям (Digibus и DSP), а внешние связи с радиоэлектронным и самолетным оборудованием самолета F-16 — по внешней цифровой магистрали, отвечающей военному стандарту MIL-STD-1553. В каждый сменный блок РЛС входит встроенный источник питания, датчики контрольных сигналов и датчики отказов, цепи электрического питания по переменному току 400 Гц, цепи тепловой защиты (блокировки).

РЛС конструктивно выполнена в составе шести сменных блоков, имеющих функциональную автономность, плюс аппаратурная стойка. На упрощенной структурной схеме РЛС (рис. 15) показаны основные сменные блоки: антенна, маломощный ВЧ-блок, передатчик, цифровой процессор радиолокационных сигналов. ЭВМ и пульт управления.




Антенна

В РЛС применена плоская антенная решетка с высоким коэффициентом направленного действия и малым уровнем боковых лепестков ДН. Антенна механически может вращаться вокруг двух осей благодаря карданному подвесу. Она механически сбалансирована специальной электрической приводной системой с лентопротяжным механизмом. Для последовательного переключения (коммутации) лепестков ДН при определении угловых координат цели применены четыре невзаимных фазовоащателя соответственно для каждого квадранта антенной решетки. Антенный привод управляется по цифровой магистрали по командам от ЭВМ в соответствии с алгоритмом задания типа сканирования луча антенны при обзоре. Для точного указания положения луча антенны применены синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы.

Маломощный ВЧ-блок

Формирование зондирующих сигналов и преобразование принимаемых сигналов осуществляется в маломощном высокочастотном (ВЧ) блоке (ВЧ-блок на рис. 15). В узел задающего генератора (ЗГ) входят генераторы опорных сигналов и умножитель частоты. Одноканальный приемник аналоговых cm налов (ПРМ) включает в себя пассивное устройство защиты приемника с диодным аттенюатором для обес печения автоматической регулировки усиления (АРУ) и временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ), входной малошумящий усилитель на полевых транзисторах и су пер гетеродинный приемник с тремя преобразованиями частоты. Перед выполнением аналого-цифрового преобразования (АЦП) осуществляется фильтрация видеосигналов в полосе, соответствующей применяемым импульсам, посредством ключевого интегратора.

Передатчик

Усилитель передтчика собран на широкополосной лампе бегущей волны (ЛЕВ). Высоковольтное питание на ЛБВ подается от высоковольтного модуля и сеточного импульсного модулятора, которые расположены в герметизированном газонаполненном корпусе. Импульсы сеточной модуляции подаются с низковольтных на высоковольтные схемные узлы по волоконно-оптическим кабелям. В этот блок входят также низковольтные источники питания, питание ионно-сорбциониого насоса, цепи управления и защиты передатчика.

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

Цифровой процессор

Блок цифровой обработки радиолокационных сигналов комплектуется в основном мультиплексорами, так что выбор алгоритма производится по командам программного обеспечения ЭВМ. Обширная параметрическая программируемость, особенно в синхронизаторе, обеспечивает гибкость, необходимую для многофункциональной РЛС. 8 режиме «воздух — воздух» обработка радиолокационных сигналов включает в себя подавление МО при наблюдении «вниз», доплеровскую фильтрацию сигналов посредством алгоритмов 64-точечного БПФ с дольф-чебышевской весовой обработкой, обнаружение сигналов, адаптивную автоматическую регулировку порога (АРП), обеспечивающую постоянство частоты ложных тревог, корреляцию сигналов по дальности. В некогерентных режимах «воздух — поверхность» обработка радиолокационных сигналов включает в себя видеодетектирование, последетекторное накопление, лога рифмическое сжатие по амплитуде, цифровое преобразование развертки для представления данных в виде комбинированных видеосигналов ка RS-170 для последующей индикации в символьном виде или в виде отметок реальных видеосигналов.

Арифметическая обработка организована в конвейерном виде. Сочетание процессора типа «бабочки» и ЗУ с произвольной выборкой блокнотного типа на 26 К бит позволяет выполнять 64-точечное БПФ за 224 мкс. Блок памяти на 2¹⁸ бит — это устройство с перекрестными направлениями записи и считывания данных в режимах «воздух — воздух», а в режимах «воздух — поверхность» он используется в качестве промежуточной ОЗУ при преобразовании развертки в процессе индикации радиолокационного изображения. Для системы АРУ и слежения по частоте за сигналом МО по главному лучу служат устройства оценивания амплитуд МО и частотные дискриминаторы. Для режима доплеровского «обострения» луча при картографировании предусмотрен генератор опорных сигналов, который управляется по командам ЭВМ.

ЭВМ

ЭВМ радиолокационной станции AN/APG-66 — это ЭВМ общего назначения с одним центральным процессором, выполняющим последовательные вычислительные операции с фиксированной точкой над 16-разрядными числами. Управление осуществляется по программе, записанной в электронно-программируемое ПЗУ с памятью на 48 К слов. Команды ЦП представляют собой микропрограммируемые последовательности, записанные в ППЗУ. В работе процессора участвуют восемь универсальных регистров и восемь регистров для обработки прерываний.

Быстродействие ЭВМ от 800К до 900К операций в секунду для команд управления РЛС.

Пульт управления РЛС

Пульт управления РЛС (ПУР) предназначен, как указывает название, для управления РЛС, осуществляемого оператором. Передняя панель ПУР освещается с торца. Она имеет семь многопозиционных переключателей для выбора режима работы РЛС, шкалы дальности, типа сканирования, несущей частоты и параметров радиолокационного индикатора.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

РЛС AN/APG-66 имеет следующие конструктивные характеристики:

Объем                                     0,12 м3 
Масса                                     136 кг 
Потребляемая мощность                     3,7 кВт 
Охлаждение воздушное с расходом воздуха   90 г/с
Количество элетронных элементов           9500
Количество серийных узлов                 147 
Надежность                                Средняя наработка 
                                          на отказ 97 ч 
Ремонтопригодность                        Не более 5 мин на поиск 
                                          неисправности и смену
                                          блока

[ слишком длинный топик - автонарезка ]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многофункциональная РЛС AN/APG-66 разработана в модульном исполнении с высокими показателями надежности, ремонтопригодности и «гибкости». Поскольку программа предусматривала определенный предел денежных затрат на конечное изделие, был выбран режим со средними частотами повторения импульсов, оптимизированный по импульсной мощности, ЧПИ и подавлению мешающих отражений, принимаемых по боковым лепесткам ДН антенны РЛС. Эксплуатация подтвердила, что показатели РЛС соответствуют проектным техническим условиям или превышают их. Получены высокие показатели надежности РЛС: за 1983 г. средняя наработка на отказ составила 102,9 ч при времени эксплуатации РЛС на двух действующих базах ВВС США 64 204 ч.

---

ЛИТЕРАТУРА

[1] S.A.Hovanessian, "Medium PRF performance analysis" IEEE Trans. Aerosp. Electron. Sysf, vol. AES-18, no 3, pp 286-296, May 1982.

[2] Муни Д., Скиллмен В. Импульсно-доплеровские РЛС.— В кн. Справочник по радиолокации, т.3/Под. ред. М. Сколника.— М.: Сов. радио, 1979, с. 363—400.

[3] М.В.Ringel, D.H.Mooney, and W.H.Long III, "F-16 pulse doppler radar (AN/APG-6b) performance," IEEE Trans Aerosp. Electron. Syst., vol AES-19, no 1, pp. 147-158, Jan 1983

[4] М.В.Ringel, "An advanced computer calculation of ground clutter in an airborne pulse doppler radar," in IEEE NAECON Rec , pp. 921-928, 1977.

---

Уильям X. Лонг III родился в Лексингтоне, шт. Виргиния,

2 июля 1940 г. В 1963 г. получил степень бакалавра наук в области электротехники в Политехническом институте шт. Виргиния, Блексберг. Работал в Центре космических полетов НАСА им. Годдарда, Гринбелт, шт. Мэриленд. С 1966 г. работает в Центре оборонных и электронных систем фирмы Westinghouse, Балтимор, шт. Мэриленд. Занимается анализом и исследованием характеристик радиолокационных систем. Участник разработок ряда самолетных и аэростатных радиолокационных систем. Основные области специализации: разработка и проектирование РЛС, работающих в различных режимах, анализ тактико-технических показателей и результатов летных испытаний РЛС. Одна из последних работ — модернизация РЛС AN/APG-66 (модернизированный вариант получил обозначение AN/APG-68) для системы управления вооружением.

Кейт Э. Харригер родился в Кларионе, шт. Пенсильвания,

3 апреля 1934 г. В 1962 г. получил степень магистра наук в области электротехники в Университете шт. Мэриленд, Коллидж-Парк. С 1956 г. работает в Центре оборонных и электронных систем фирмы Westinghouse, Балтимор, шт. Мэриленд, где принимает участие в проектировании и разработке аэрокосмических радиолокационных систем. С момента создания группы разработки радиолокационной системы самолета F-16 входит в ее состав. В настоящее время инженер-консультант по программе разработки РЛС AN/APG-68.

Спасибо.
Я "переделал" етот текст в pdf.

ANAPG-66