Курсовая работа: Обеспечение помехопостановки и помехозащиты технических устройств

Курсовая работа: Обеспечение помехопостановки и помехозащиты технических устройств

РГРТУ

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине

Теоретические основы радиоэлектронной борьбы

Студент

Ходорченко Виталий Валерьевич

Группа 311

Специальность 210305

2007

Введение

Задачи обеспечения помехопостановки (помехи радиоприему) и помехозащиты (помехоустойчивости) являются взаимосвязанными и противоборствующими сторонами. Часто они (задачи) используются в комплексе, с одной стороны, необходимо забить противника помехами для срыва его нормальной работы, а с другой стороны, обеспечить хорошую помехоустойчивость своей РЛС, то есть обеспечить подавление активных помех, применяемых противоборствующей стороной, и пассивных, связанных с тем или иным способом их создания.

Помехоустойчивость технического устройства (системы) ─ это способность устройства (системы) выполнять свои функции при наличии помех. Помехоустойчивость оценивают интенсивностью помех, при которых нарушение функций устройства ещё не превышает допустимых пределов. Чем сильнее помеха, при которой устройство остаётся работоспособным, тем выше его помехоустойчивость. Многообразие устройств и решаемых ими задач, с одной стороны, и видов помех — с другой, приводят к необходимости специализированного подхода при рассмотрении помехозащиты в каждом конкретном случае. Требования к помехоустойчивости различных устройств отличаются большим разнообразием: так, в радиолокационных системах иногда считают допустимым пропуск отдельных радиолокационных станцией (за время однократного обзора контролируемой ею области пространства) до половины объектов, подлежащих обнаружению, а в системах передачи данных, использующих ЭВМ, часто недопустима потеря даже одного передаваемого знака из чрезвычайно большого их числа (например, ~ 109). Оценка рассматриваемого параметра может производиться на основе соотношения между помехой и сигналом, при котором обеспечивается заданное качество функционирования, например в радиолокации — отношения сигнала к помехе, при котором обеспечивается заданная достоверность обнаружения (вероятность правильного обнаружения при определённой вероятности ложной тревоги). При известных статистических характеристиках сигналов и помех может быть теоретически определена максимальная достижимая помехоустойчивость. Осуществление «оптимальных» устройств, реализующих такую устойчивость, обычно слишком сложно, а их неизбежные технические несовершенства не позволяют достичь её в полной мере. Поэтому обычно довольствуются устройствами, которые при наибольшей их простоте обеспечивают хорошее приближение к оптимальному устройству. Устойчивость к помехам, при действии аддитивных помех, может быть увеличена повышением мощности передаваемых сигналов. При действии пассивных помех (в радиолокации) увеличением мощности сигнала существенного повышения устойчивости не дает, и требуется радикальное изменение используемых методов, например применение помехоустойчивого кодирования либо самонастраивающегося (адаптивного) приёма.

Помехи радиоприёму представляют собой электромагнитное излучение, воздействующее на цепи радиоприёмника, электрические процессы в самих цепях, которые препятствуют правильному приёму сигнала и не связаны с этим сигналом посредством известной функциональной зависимости, а также искажения сигнала при распространении радиоволн. Действие помехи проявляется в случайных (непредсказуемых) искажениях формы принимаемого сигнала, приводящих к искажениям формы изображения на экране кинескопа и т.д. В зависимости от происхождения их подразделяют на космические, атмосферные, индустриальные, умышленные (организованные), помехи от др. радиостанций, помехи, обусловленные особенностями распространения радиоволн, а также собственные шумы радиоприёмника. В зависимости от характера воздействия на сигнал различают аддитивные и мультипликативные (неаддитивные) П. р. Аддитивная помеха проявляет себя независимо от сигнала. Действия сигнала и аддитивной помехи складываются. Мультипликативная помеха возникает только при наличии сигнала. Её действие проявляется в нерегулярном изменении уровня сигнала. Пример аддитивной помехи — собственный шум радиоприёмника, мультипликативной — эффект замираний.

Анализ задачи и ее формализация

Задачей данной курсовой работы является:

·  расчет параметров бортовой РЛС (БРЛС), определяющей скорость и азимут летательного аппарата (ЛА) противника;

·  расчет параметров помехопостановщика (мощность передатчика помех, средств создания помех, параметров помех);

·  расчет зон прикрытия помехами;

·  составление структурной схемы устройства;

·  анализ эффективности применения помех и средств помехозащиты;

·  оценка требований к аппаратно-программным ресурсам средств конфликтующих сторон.

Расчет параметров БРЛС будем производить в программной среде «Стрела». За основу возьмем:

·  в качестве носителя РЛС - МиГ-31 рис.1 (технические характеристики смотрите в приложении);

·  тип станции - импульсно-доплеровская РЛС “БАРС” рис. 2 (технические характеристики смотрите в приложении);

Расчет постановщика помех будем производить, опираясь на результаты расчета в программной среде «Стрела». В качестве носителя станции помехопостановки выберем американский самолет-истребитель F-15 С рис.3.

При расчете необходимо учесть пассивные помехи, отражения от подстилающей поверхности, т.о. нужно предварительно подсчитать значения ЭПР помехи в м2. В качестве активной помехи в Т.З. определенна активно-шумовая помеха. Требуется в ходе работы определить необходимую мощность помехопостановщика и выбрать структурную схему, позволяющую реализовать данную помеху. С другой стороны, требуется обеспечить нормальную работу БРЛС в условии действия помехи, применяемой по МИГ-31. По окончании расчетов сделаем вывод об эффективности работы помехопостановщика и помехозащиты.

Современные БРЛС являются сложными, комплексными, иерархически построенными информационными системами. Сложность БРЛС определяется ее способностью решать одну и ту же задачу различными способами с использованием различных процедур (алгоритмов) обработки сигналов. Термин «комплексная система» характеризует то обстоятельство, что для получения нужной информации с требуемой точностью и достоверностью в БРЛС используются и датчики другой физической природы (инерциальные, оптические и т.д.). Понятие «иерархическая система» подразумевает определенную соподчиненность различных подсистем и устройств БРЛС в процессе совместной обработки сигналов (информации), дающую возможность снизить аппаратурные и вычислительные затраты.

В общем случае БРЛС предназначена для информационного обеспечения процедур наведения и зашиты летательных аппаратов и управления их средствами поражения. Для решения этих задач необходимо иметь разветвленную сеть режимов работы. К этим режимам, прежде всего, относятся:

поиск и обнаружение воздушных и наземных целей с определением их государственной принадлежности;

сопровождение целей, при котором формируются оценки фазовых координат, необходимые для информационного обеспечения всех используемых методов наведения и уклонения от средств поражения;

идентификация (распознавание) целей вплоть до их типа с ранжированием по степени важности (опасности);

выдача команд целеуказания средствам поражения и формирование для них команд радиокоррекции.

В качестве вспомогательных, но имеющих важное значение, можно отметить режимы информационного обеспечения автоматической дозаправки в воздухе и автономной автоматической посадки, в том числе и необорудованные в радиотехническом отношении аэродромы (посадочные площадки).

Следует отметить, что БРЛС является составной частью системы более высокого уровня иерархии, именуемой системой управления вооружением и обороной (СУВО) самолета (вертолета), либо информационно вычислительной системой.

В процессе поиска целей БРЛС просматривает определенную зону пространства, порядок просмотра которой определяется решаемыми задачами и видом используемой антенны. После обнаружения целей БРЛС переходит к их автоматическому сопровождению. При этом может сопровождаться как одиночная цель, так и групповая со значительным разносом элементов группы по пространству. На основе информации, извлекаемой из радиосигналов в БРЛС формируются оценки всех фазовых координат хрлс, используемых для наведения самолета-носителя и выдачи команд целеуказаний средствам поражения и сопрягаемым системам (например, оптико-электронным) для резервированного подслеживания за целью. Кроме того, в БРЛС могут формироваться и некоторые информационные признаки (признак маневра (ПМ) цели, признак типа цели (ПТЦ) по принятой классификации, приоритета опасной цели (ПОЦ), признак помех и ряд других), способствующие адаптации летчика к окружающей обстановке.

Спецификой современного состояния авиации является то, что существенно возросли возможности самолетов-носителей по изменению своего углового и пространственного положения, расширилось поле значений и законов изменения скоростей и ускорений перемещений, качественным образом изменились возможности авиационных средств поражения. Кроме того, бурное развитие прикладных сторон фундаментальных наук, возрастающие способности датчиков различной физиче- ской природы извлекать из геофизических полей все больший объем информации и все возрастающие возможности вычислительных систем по объему памяти и быстродействию, применение новых технологий дают возможность все полнее удовлетворять требованиям информационного обеспечения все усложняющихся видов и способов боевых действий на земле и в воздухе.

Расчет параметров средств помехозащиты

Как уже отмечалось ранее, расчет будем вести в программной среде «Стрела». Запустив исполнительный файл программы, выберем закладку «Исследование», а затем «Расчет параметров РЛС - классический метод»

В появившемся окне «Параметры системы» требуется указать параметры РЛС согласно техническому заданию:

·  в закладке «РЛС» рис.5, укажем в качестве «Основного режима работы» - импульсно-доплеровский. Такой выбор связан с тем, что импульсно-доплеровские БРЛС по сравнению с импульсными станциями с режимом СДЦ обладают существенно лучшими характеристиками по обнаружению цели на встречных курсах на фоне земли. «По назначению» - бортовая РЛС. «Скорость носителя РЛС в м/с» - 3000 км/час (соответствует скорости МИГ-31 на высоте 17500 м) или ≈ 833 м/с. «Однозначно измеряемая скорость м/с» -830 м/с (соответствует ТЗ). «Тип обработки» - режекция и когерентное накопление.

·  в закладке «Сигнал» рис.6, укажем в качестве «Типа сигнала» - простой. «Длина волны, см» - 3, такой выбор связан с тем, что близко с этим значением (3,3 см) расположено окно прозрачности, следовательно, меньше затухание в среде.

·  в закладке «Цель и помеха» рис.7 укажем «ЭПР цели кв.м» - 3,6 (в соответствии с ТЗ). «Максимальна скорость цели, м/с» - 830 м/с (в соответствии с ТЗ), но т.к. скорости F-15 С на высоте 14000 м ≈ 736 м/с ее и возьмем за исходную. «ЭПР помехи» - 825 м2 (расчет и рассуждения см. ниже). «Ширина спектра флюктуаций, Гц» - 10934.

Для ввода ЭПР помехи требуется ее рассчитать, что и сделаем ниже. Существует множество способов учета отражений от подстилающей поверхности. Для решение таких задач в режиме квазинепрерывного импульса (КНИ) посредством выбора частот повторения зондирующих импульсов выделяется для частотного спектра отраженного сигнала подвижной цели поддиапазон доплеровских частот, свободный от отражений подстилающей поверхности. Фактически создаются условия обнаружения цели на фоне собственных шумов приемника БРЛС.

Импульсно-доплеровские РЛС, как известно, используют метод станций, работающих на непрерывном излучении. Спектр доплеровского сигнала, отраженного от поверхности земли с летящего объекта, представлен на рис. 8 На нем значению мощности сигнала S(Fд) в области доплеровской частоты Fд = 0 соответствуют высотные отражения от точек подстилающей поверхности вблизи нормали, которая проведена с самолета на землю. Области частот Fдгл соответствуют отражению по оси луча антенны РЛС, скользящего по поверхности земли со скоростью перемещения самолета в горизонтальной плоскости.

Как видно на рис.8, при скоростях сближения с целью, больших скорости самолета, отсутствуют сигналы, отраженные от земли, поэтому при атаке сверху вниз в переднюю полусферу цели отсутствует загрубление чувствительности приемника и дальность обнаружения цели РЛС оказывается такой же, как и в свободном пространстве. При атаке в заднюю полусферу цели, имеет место загрубление чувствительности приемника за счет сигналов, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. При этом, чем ниже высота полета самолета, тем больше загрубление приемника и, следовательно, меньше дальность обнаружения цели.

Поскольку для РЛС самолета не представляется возможным реализовать метод непрерывного излучения, так как невозможно разместить две антенны в носовой части самолета, был предложен импульсно-доплеровский метод с высокой частотой повторения (ВЧП) излучения зондирующих импульсов. Этот метод заключается в том, что при атаке в переднюю полусферу цели выбирается частота повторения импульсов Fп большая, чем максимальная доплеровская частота цели. Периодически излучаемые зондирующие когерентные импульсы можно рассматривать как сумму гармонических составляющих с частотами fk = f0 + kFп, где f0 - несущая частота РЛС, a k - любое целое число. Каждая составляющая с частотой fk подобна непрерывному зондирующему сигналу; максимальное и минимальное доплеровское приращение частоты сигналов, отраженных от подстилающей поверхности, образуется как 2Vc/Ak и -2Vc/Аk соответственно, где Аk = = c/fk, а с - скорость распространения радиоволн. При этом, значение мощности доплеровского сигнала отражения от земли по каждой составляющей модулирируется в соответствии с огибающей спектра зондирующих импульсов Sт. В результате этого спектр отраженного от земли доплеровского сигнала имеет вид, показанный на рис. 9.

При атаке с задней полусферы цели применяется метод средней частоты повторения (СЧП) излучения зондирующих импульсов. При этом анализируются доплеровские частоты ниже "пика земли" (Fдгл). Получается неоднозначное измерение дальности до цели и скорости сближения с ней. Весь интервал однозначной дальности для выбранного периода повторения зондирующих импульсов разбивается на равные интервалы Dp, соответствующие разрешающей способности РЛС по дальности, и в каждом из них производится частотный анализ в диапазоне доплеровских частот цели. Иллюстрацией разбиения временной оси для "нарезки" интервала однозначного определения дальности до цели является рис. 10.

Если исключить определенное количество участков по дальности, соответствующих высоте полета самолета, при которой загрубление приемника не обеспечивает необходимую дальность обнаружения цели, то при снижении самолета дальность, на которой осуществляется прием отражений от земли, не будет уменьшаться, как и дальность обнаружения цели. При изменении частоты повторения зондирующих импульсов обеспечивается обнаружение цели на участках дальности, где были "заперты" приемники РЛС. Отсутствие в режиме КНИ средней частоты повторения импульсов в доплеровском диапазоне частот зон, свободных от отражений подстилающей поверхности, осложняет процесс обнаружения цели. Он становится зависимым от типа подстилающей поверхности. Причем, в силу наличия селекции по дальности и скорости, режиму КНИ СЧП свойственно собирать фон подстилающей поверхности от отдельных ее участков, которые, естественно, по-разному отражают зондирующие сигналы БРЛС.

Для малых по сравнению с длиной волны и пологих неровностей применим метод возмущений (мелкомасштабная модель). Отраженная волна представляется в виде суммы волн от гладкой поверхности, определяемой коэффициентами отражения Френеля и обусловленной мелкими неровностями. Если радиус кривизны неровностей много больше длины волны для плавных неровностей достаточно больших размеров, применим метод Кирхгофа (крупномасштабная модель). При этом отраженное поле вычисляется по законам геометрической оптики, т.е. так же, как при отражении от бесконечной касательной плоскости в данной точке поверхности. С учетом того, что в этой модели затенение одних участков поверхности другими отсутствует, можно воспользоваться коэффициентами отражения Френеля.

При оценке участка гладкой поверхности, эффективно участвующего в формировании отраженного сигнала в сторону РЛС, можно воспользоваться зонами Френеля. Рассмотрим случай вертикального облучения земной поверхности. Метод построения зон ясен из рис. 11.

Для первой зоны разность хода лучей до центра зоны и до любой точки внутри зоны не превышает λ/4, что после отражения на границе зоны соответствует разности хода λ/2, т. е. фазовому сдвигу 180°. Остальные зоны строятся аналогично. Отсюда следует, что первая зона является кругом с радиусом:

так как обычно H >> λ/4, где H – высота БРЛС над землей.

Что касается остальных зон, то они образуют кольца. Вторая зона имеет внутренний радиус R1 и внешний:

последующие радиусы равны:

и т. д. Так как площадь k-го кольца:

т. е. площади колец зон равны. Вследствие того, что сигналы, отраженные от этих зон, имеют разные знаки, происходит их взаимная частичная компенсация и результирующий отраженный сигнал соответствует приблизительно половине формируемого первой зоной Френеля, что и определяет главную роль этой зоны.

Произведем расчет ЭПР помехи от подстилающей поверхности на разных высотах носителя БРЛС, результаты сведем в таблицу 1.

Таблица 1.

По результатам построим зависимость Sk=f(H) рис.12.

При расчете мощности и спектра отражений от поверхности земли можно использовать геометрические представления. Совместим начало координат с носителем РЛС, которая работает в импульсном режиме, и аппроксимируем диаграмму направленности антенны в виде главного лепестка и сплошной сферы боковых лепестков.

Тогда поверхность земли, точки которой являются источником отражений, формирующих сигнал пассивной помехи на входе приемника в каждый момент времени, представляет собой кольцо, ширина которого пропорциональна длительности зондирующего импульса τи, а радиус определяется текущей задержкой отраженного импульса в пределах однозначной дальности.

В режиме низкой частоты повторения (НЧП) образуется одно кольцо, которое последовательно перемещается в пределах от минимума до максимума однозначной дальности, что показано на рис. 13.

В тех же пределах в режиме высокой частоты повторения (ВЧП) и средней частоты повторения (СЧП) одновременно на поверхности земли образуется система колец, расстояние между которыми пропорционально периоду повторения Т (рис. 14).

Рис. 14 соответствует одному рассматриваемому моменту времени. Пунктиром показаны помехи по главному лепестку диаграммы направленности. Отраженный сигнал от земной поверхности в режиме ВЧП и СЧП приходит в приемник с нескольких колец дальности одновременно. Число таких колец определяется следующим образом:

Где D0 – однозначная дальность, ΔDт – дальность, соответствующая периоду повторения Т.

Учитывая в согласованном фильтре многоканальную обработку по частоте, отраженный сигнал с колец дальности рассортируем по доплеровской частоте.

Нанесем на кольца дальности (рис. 14) линии равных доплеровских частот, называемых изодопами. Изодопы имеют вид гипербол и определяются скоростью носителя РЛС. Ширина изодопы соответствует полосе пропускания доплеровского фильтра Δf.

В результате построения на земной поверхности образуются участки, суммарная площадь которых определяет мощность отражений от земной поверхности в одном фильтре обработки. На рис. 14 для одной изодопы эти участки заштрихованы.

Суммарная площадь участков определяется числом колец дальности, которые пропорциональны периоду повторения Т. В режиме СЧП число колец дальности получается меньше по сравнению с ВЧП, на основании чего площадь отражений от земной поверхности уменьшается.

Приведем методику расчета мощности помех, соответствующих отражениям от земли. Считаем известными путевую скорость полета носителя V, высоту полета Н, ширину доплеровского фильтра Δf, период повторения РЛС Т, максимальную однозначную дальность D0, длину волны λ и длительность зондирующего импульса τи. Линия полета носителя совпадает с осью х, по которой располагается координата дальности, что показано на рис. 15

Страницы: 1, 2