Виды помех процессу получения информации о воздушной и надводной обстановке.

Все виды помех работе радиолокационных средств можно разделить на три группы (рис.10.1): преднамеренные, взаимные и естественные.

Взаимные помехи создаются главным образом работой других радиолокационных средств своего корабля и корабельного соединения. Особенно интенсивное воздействие оказывают зондирующие импульсы однотипных станций, находящихся на близких расстояниях.

Так как излучение зондирующих импульсов мешающих станций происходит несинхронно с запуском зондирующих импульсов подавляемой РЛС, то по своему существу такие помехи являются несинхронными импульсными.

Естественные помехи также разделяются на два класса: активные и пассивные. К активным естественным помехам относят индустриальные помехи от работающих электрических устройств; внутренний шум приёмника; собственный шум сопротивления потерь антенны; шум, обусловленный излучением внеземных источников или шум космического пространства, шум, обусловленный тепловым излучением Земли, атмосферный шум (помехи, обусловленные грозовыми разрядами в атмосфере). Пассивные естественные помехи представляют собой мешающие отражения от морской и земной поверхности, атмосферные неоднородности, стаи птиц, насекомых, гидрометеоров (дождя, града, грозовых очагов, облачности).

Преднамеренными активными помехами называются радиосигналы, создаваемые специальными радиопередатчиками и предназначенные для ухудшения или исключения нормальной работы радиолокационных средств.

Передатчики помех могут находиться как на самом объекте наблюдения, например, на самолёте ударной группы, так и вне его, например, на самолёте РЭБ, действующим из зоны барражирования в интересах прикрытия одного или нескольких направлений воздушного удара. В первом случае помеха называется совмещённой с целью, во втором случае - несовмещённой.

В зависимости от полосы частот, используемой передатчиком помех, различают заградительные и прицельные помехи. Заградительной называется такая помеха, ширина спектра которой равна или превышает диапазон несущих частот, в пределах которого может работать РЛС. Прицельной называется такая помеха, ширина спектра которой равна или превышает полосу пропускания приёмника подавляемой РЛС. Скользящей называется такая помеха, которая создаётся путём независимой плавной перестройки частоты передатчика помехи в широком диапазоне частот.

По характеру мешающего воздействия на РЛС различают маскирующие и имитирующие активные преднамеренные помехи.

Маскирующие активные преднамеренные помехи создают на входе приёмного устройства подавляемой РЛС фон, аналогичный резкому увеличению внутреннего шума приёмника, который затрудняет или делает невозможным обнаружение полезных сигналов и их распознавание, а также вызывает перегрузку приёмника, после которой в течение некоторого времени наблюдение полезных сигналов делается невозможным.

Маскирующие активные помехи можно разделить на три группы: непрерывные шумовые помехи, хаотические импульсные помехи и последовательности детерминированных импульсных сигналов.

Непрерывные шумовые помехи представляют собой высокочастотные колебания, один или несколько параметров которых (амплитуда, частота, фаза) изменяется случайным образом. Помехи этой группы делятся на три вида: прямошумовые, амплитудно-модулированные шумовые и частотно-модулированные шумовые. Прямошумовые помехи создаются СВЧ генераторами шума на газоразрядных лампах или низкочастотными генераторами на диодах прямого накала, тиратронах в магнитном поле и др. с последующим переносом шума в область СВЧ; эти помехи в наибольшей степени приближаются к нормальному "белому" шуму. Амплитудно-модулированные шумовые помехи представляют собой незатухающие гармонические колебания, модулированные по амплитуде шумом; в отличие от прямошумовой помехи здесь имеется составляющая на несущей частоте, которая сигнал не маскирует, что и определяет более низкую эффективность амплитудно-модулированной помехи. Частотно-модулированные шумовые помехи создаются путём случайного изменения частоты колебаний; непостоянство спектральной плотности этой помехи существенно снижает её эффективность по сравнению с прямошумовой и амплитудно-модулированной шумовой помехой.

Хаотической импульсной помехой называется последовательность радиоимпульсов с заданной частотой заполнения, амплитуда и длительность которых, а также интервалы между соседними импульсами изменяются случайным образом.

Примером последовательностей детерминированных импульсных сигналов являются многократные синхронные импульсные помехи, представляющие собой серию радиоимпульсов, излучаемых передатчиком помех в ответ на зондирующий импульс РЛС. Импульсы помехи по форме и длительности соответствуют полезному сигналу.

Имитирующие помехи создают ложные отметки, аналогичные отметкам реальных целей; эти ложные отметки затрудняют работу оператора и перегружают автоматизированные оконечные устройства РЛС. Имитирующие помехи подразделяются на многократные и однократные.

Многократная ответная имитирующая импульсная помеха представляет собой серию радиоимпульсов, излучаемых в ответ на принятый сигнал подавляемой РЛС. Различают синхронные и несинхронные по отношению к частоте следования зондирующих импульсов РЛС ответные помехи. Несинхронные импульсные помехи могут создаваться для имитации взаимных помех, чтобы усложнить общую радиотехническую обстановку. Синхронные импульсные помехи формируются станциями многократных импульсных помех, построенными по принципу многократной ретрансляции зондирующих импульсов подавляемой РЛС.

Однократная ответная помеха - это радиоимпульс, излучаемый в ответ на принятый сигнал подавляемой РЛС с некоторой изменяющейся задержкой. Время задержки обычно меняется так, чтобы создать на экране РЛС имитацию реально движущейся цели.

Радиолокационным станциям слежения могут быть созданы имитирующие помехи в каналах сопровождения по направлению, по дальности и скорости.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС:Динамический диапазон приемного устройства.

Наиболее эффективной преднамеренной активной помехой является прямошумовая заградительная помеха, по своим свойствам близкая "белому" шуму. Шумовые колебания создают эффект, аналогичный резкому увеличению внутреннего шума, что вызывает уменьшение отношения сигнал/помеха на входе приемного устройства, а, следовательно, ухудшает качество, а подчас и исключает возможность обнаружения отраженного от цели сигнала.

При действии помех большой интенсивности радиолокационные приемники могут перегружаться. При перегрузке приемник не реагирует на изменение амплитуды полезного сигнала, а, следовательно, теряет возможность воспроизводить отраженный сигнал. Перегрузка наступает из-за того, что режим работы усилительных приборов становится резко нелинейным: они периодически переходят от насыщения к отсечке.

Перегрузка возможна в любой части приемника: усилителе промежуточной частоты, детекторе или видео-усилителе. Однако, прежде всего, перегружается последний каскад УПЧ. До наступления перегрузки амплитудная характеристика линейной части приемника, то есть зависимость амплитуды U_вых напряжения на выходе УПЧ от амплитуды U_вх сигнала на входе смесителя или на выходе антенны имеет монотонно нарастающий характер (рис.10.2).

После достижения амплитуды входного сигнала некоторого значения U_{вх.макс} рост амплитуда U_вых прекращается, и в дальнейшем она остается постоянной или даже убывает. Вследствие ограничения резко ухудшаются условия приема полезного сигнала на фоне помех большого уровня.

Способность радиолокационного приемного устройства воспроизводить отраженные от цели импульсы в присутствии помехи большой мощности оценивается его динамическим диапазоном. Под динамическим диапазоном приемника понимается отношение максимальной величины входного сигнала U_{вх макс} (P_{вх макс}), приём которого происходит ещё с допустимыми нелинейными искажениями, к предельной чувствительности приёмника U_{вх мин}, определяемой мощностью внутренних шумов P_ш. Обычно это отношение определяется в децибелах

(10.1)

В качестве допустимого нелинейного искажения обычно принимают уменьшение на 1 дБ или на 25% усиления, т.е. крутизны амплитудной характеристики приёмника. Динамический диапазон позволяет определить перегрузочную способность приёмника и качественно оценить ухудшение избирательности его линейной части при помехах большой интенсивности, которые могут вызвать нелинейные явления в приёмнике.

ТРЕТИЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС:Дальность действия РЛС в условиях преднамеренных активных помех.

- дальность действия РЛС при воздействии совмещённой помехи

Наглядное представление об эффективности воздействия совмещённой шумовой помехи в зависимости от удаления помехоносителя можно получить путём анализа графиков изменения мощности полезного сигнала P_с и помехи P_п (рис. 10.3).

В общем, следует ожидать, что при входе помехоносителя в область пространства, контролируемую РЛС, т.е. при его достаточно большом удалении, мощность создаваемой им помехи на входе РЛС Р_п значительно превышает мощность отражённого от него сигнала Р_с, что исключает возможность его обнаружения.

С приближением помехоносителя мощность помехи Р_П возрастает обратно пропорционально квадрату его удаления Д²_П (распространение радиоволн в одном направлении), в то время как мощность сигнала, отражённого от помехоносителя, изменяется обратно пропорционально четвёртой степени удаления Д⁴_П (распространение радиоволн в прямом и обратном направлениях), т.е. мощность полезного сигнала возрастает интенсивнее, чем мощность помехи. В соответствии с этим по мере приближения помехоносителя увеличивается отношение Р_С /Р_П; его обнаружение на максимальной дальности Д_{МАКС ПС} (дальность обнаружения в условиях помехи совмещённой (пс)) с заданным качеством (Р_ОБН,Р_ЛО) обеспечивается, когда это отношение станет равным коэффициенту различимости на фоне данной помехи

(10.2)

где α - коэффициент неоднородности помехи, характеризующий степень её отличия от гауссова шума; о < α <1.

m_Р- коэффициент различимости сигнала на фоне гауссова шума.

Поскольку в общем случае в реальных условиях α < 1, то коэффициент различимости на фоне помехи меньше коэффициента различимости на фоне внутреннего шума приёмника (m_РП<m_Р). На рис. 10.3 показан случай, когда обнаружение помехоносителя с заданным качеством обеспечивается при m_РП > 1; вместе с тем, при использовании достаточно эффективных способов первичной обработки информации необходимое качество обнаружения может быть достигнуто и при m_РП ≤ 1.

Заметим, что в радиопротиводействии для оценки эффективности воздействия помех пользуются величиной, обратной коэффициенту различимости на фоне данной помехи m_РП, называя её коэффициентом подавления, а максимальную дальность обнаружения помехоносителя Д_{МАКС ПС} называют дальностью самозащиты РЛС.

При дальнейшем приближении помехоносителя мощность помехи достигает величины, вызывающей перегрузку приёмника и подавление отражённого сигнала, в результате чего на удалении Д ≤ Д_П помехоноситель не наблюдается.

Известно, что в отсутствии преднамеренных помех, когда возможность обнаружения пачки отражённых импульсов ограничена спектральной плотностью мощности внутреннего шума приёмника N_О=kTN_Ш , максимальная дальность обнаружения пачки с заданным качеством (Р_ОБН, Р_ЛО) определяется уравнением радиолокации для свободного пространства

(10.3)

Интенсивность маскирующих шумовых помех определяется их спектральной плотностью мощности на выходе антенны станции помех

(10.4)

где G_ПП- коэффициент усиления станции помех;

P_ПП- мощность передатчика помех;

∆f_ПП- ширина энергетического спектра помехи.

При удалении помехоносителя, равном Д_{МАКС ПС} спектральная плотность мощности шумовой помехи в приёмном устройстве РЛС будет равна

(10.5)

где - эффективная площадь антенны; не приём;

- коэффициент, учитывающий различие поляризации помехи и поля-ризации, оптимальной для антенны РЛС, и принимающий значения от 1 до 0.

Маскирующее действие шумовой помехи является следствием ухудшения чувствительности приёмного устройства РЛС, вызванного увеличением спектральной плотности мощности шума с величины N_O до величины N_O+N_П. Поэтому, если в отсутствии преднамеренных помех (10.3)

то при воздействии шумовых помех по основному лепестку (F(Δβ) = 1)

(10.6)

Если в присутствии интенсивной преднамеренной помехи пренебречь внутренним шумом приёмника m_PN_O стремится к «0» и учесть, что энергетические потери на приём L_ПР свойственны как отражённому от цели сигналу, так и помехе, а следовательно, при воздействии помех учитывать потери только на передачу зондирующих импульсов L_ПЕР = L_∑, то из (10.6) следует, что

(10.7)

Поскольку, в отличие от работы РЛС в беспомеховых условиях, дальность действия РЛС в совмещённой помехе пропорциональна не корню четвёртой степени, а корню квадратному из энергетического потенциала, то в этих условиях оказываются оправданными "силовые" способы борьбы с преднамеренной помехой. Эти способы основаны на увеличении энергии зондирующего сигнала и коэффициента усиления антенны.

Очевидно, что энергия зондирующего сигнала будет рационально использоваться при приёме только в случае приближения обработки пачки отражённых импульсов к оптимальной; в противном случае будет возрастать величина m_РП, т.е. будут увеличиваться энергетические потери полезных сигналов. Увеличение коэффициента усиления антенны в направлении на цель - помехоноситель, создавая концентрацию полезной энергии, может в то же время замедлить обзор пространства, если такая концентрация будет в равной мере обеспечиваться для всех направлений. Вместе с тем, при использовании последовательной процедуры обнаружения может быть использован управляемый обзор пространства, при котором время облучения цели зависит от условий обнаружения и, в частности от помеховой обстановки. Особенно широкие возможности для использования программного автоматически управляемого обзора пространства открываются при электронном управлении положением ДНА с помощью фазированных решеток. При использовании последовательного анализа в случае неодинакового воздействия помех с разных направлений выигрыш может составлять от 5 до 22 дб.

- дальность действия РЛС при воздействии несовмещённой помехи

В общем случае воздушный налет на корабли осуществляется с нескольких направлений, и средства воздушного нападения прикрываются преднамеренными активными помехами, создаваемыми специализированными самолетами радиоэлектронной борьбы (например, ЕА-6В "Проулер") из зон барражирования. При таком способе прикрытия налета при облучении средств воздушного нападения, т.е. при прохождении основного лепестка ДНА направления на эти средства, помеха воздействует по её боковым или фоновым лепесткам. Таким образом, помеха оказывается несовмещенной по направлению со средствами воздушного нападения (самолетами, ракетами) т.е. с объектами обнаружения (рис.10.4).

В этих условиях величина спектральной плотности мощности помехи в приёмном устройстве РЛС зависит не только от удаления помехоносителя Д_ПП, но и от угла Δβ между направлением на объект обнаружения и направлением на помехоноситель. Этот угол определяет уровень боковых (фоновых) лепестков ДНА, а, следовательно, степень воздействия помехи.

В области боковых и фоновых лепестков диаграмма направленности антенны имеет весьма изрезанную форму (рис.10.5), которая практически не поддаётся аналитической оценке и определяется экспериментально. Поэтому для аналитических расчетов форму ДНА аппроксимируют различными функциями. Эти функции выбирают так, чтобы с одной стороны, достаточно точно воспроизвести полученную зависимость, а с другой - не усложнить расчетов. Так, например, в качестве аппроксимирующей боковые лепестки функции принимают огибающую максимумов ДНА с равномерным распределением амплитуды и фазы поля в ее раскрыве.

(10.8)

где - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;

d_β - протяженность раскрыва антенны в плоскости отсчета угла .

(Уровень боковых лепестков оценивается, как правило, в дБ относительно главного, но в основное уравнение радиолокации значение необходимо подставлять в числовом выражении, а не в дБ).

Зависимость максимальной дальности обнаружения цели в условиях воздействия несовмещённой помехи Д_{МАКС ПН} (дальность обнаружения в условиях помехи несовмещённой (пн)) от удаления помехоносителя и уровня боковых лепестков в направлении на него находят отражение в следующей форме уравнения радиолокации для этих условий

При воздействии несовмещённых помех:

.

Дальность действия РЛС при воздействии несовмещённой помехи

(10.9)

(При анализе в двух плоскостях – горизонтальной и вертикальной, что справедливо для трёхкоординатных РЛС значение F( ) необходимо возвести в квадрат)

В соответствии с этим основной тактической мерой создания благоприятных условий функционирования РЛС является использование истребительной авиации прикрытия и огневых средств ПВО для удаления помехоносителя от кораблей с целью снижения эффективности создаваемых им помех.

Основной технической мерой ослабления влияния несовмещённой помехи является снижение уровня боковых лепестков ДНА. Из теории антенн известно, что снижение уровня боковых лепестков может быть достигнуто за счёт увеличения размеров антенны, рационального распределения поля в раскрыве, повышения точности изготовления, снижения влияния переотражений от близко расположенных мачт и надстроек. Повышение избирательности антенны относят к категории улучшения пространственной селекции отражённых сигналов.