На передних рубежах радиолокации - Виктор Млечин

Но вернёмся к шумовой помехе. У некоторых читателей может возникнуть вопрос: А почему вы говорите о шумовой помехе, если на цели, т. е. на входе САП имеется принятая от РЛС пачка сигналов, огибающая которых, точно соответствует ДНА РЛС. Продетектируйте принятый сигнал и исказите огибающую. Помеха с такой искажённой огибающей заставит РЛС «стрелять» на 100 или 200 м вбок. Вопрос законный. Именно так делали на заре радиолокации. Тогда основным методом пеленгации целей был метод максимума, согласно которому пеленг цели определялся по максимуму огибающей принятой пачки сигналов. Поэтому разработчики САП могли в то время искажать огибающую, создавая в РЛС ошибки при пеленговании целей. В качестве примера сошлюсь на существовавшую тогда возможность формирования помехи с перевёрнутой, т. е. «провальной» модуляцией огибающей пачки, что приводило в РЛС к срыву пеленгации из-за отсутствия в принятом сигнале каких-либо признаков модуляции. Впоследствии такого вида помехи стали называться инверсными.

РЛС нескольких последних поколений используют другой принцип пеленгации, основанный на двухканальном приёме сигналов, сравнении принятых сигналов и выделении сигнала ошибки. Варианты, получившие широкое применение, образуют в результате сравнения разностный и суммарный сигналы, подаваемые на фазовый детектор, который и создаёт сигнал ошибки. Сравнение сигналов производят по амплитуде или фазе, в соответствии с чем различают амплитудные или фазовые суммарно-разностные моноимпульсные системы пеленгации. Слово «моноимпульсный» означает, что, в принципе, пеленг цели может быть установлен по одному импульсу зондирующего сигнала.

Шумовые помехи оказались достаточно универсальным средством, эффективно воздействующим как на обзорные РЛС старых разработок, так и на моноимпульсные системы сравнительно недавних годов выпуска. Шумовые помехи делятся на заградительные и прицельные. Заградительная помеха отличается широким спектром шумов. Ранее считалось чуть ли не достижением перекрыть диапазон в 300–500 мГц. В наши дни умудряются закрыть с помощью заградительных шумов значительно более широкие участки рабочих диапазонов волн. Прицельная шумовая помеха призвана создавать воздействие в полосе, соизмеримой с полосой пропускания приёмника РЛС. Сужение полосы действия помех позволяет обеспечить прицельной помехе определённые энергетические преимущества над заградительной помехой. Основные требования к прицельной шумовой помехе кроме обеспечения необходимой мощности заключаются в отсутствии или по крайней мере минимизации провалов в спектре шумов, создании условий для автоматизации немедленной, с максимальным быстродействием, настройки на вновь появившийся источник радиолокационного сигнала, наличии надлежащей развязки между входом и выходом.

Методы формирования прицельных шумовых помех зависят от числа РЛС, находящихся в рабочей зоне САП. Если это единичные РЛС, то используется поисковая процедура. Перестраиваемый по частоте гетеродин сравнительно медленно производит обзор всего диапазона по пилообразному закону. Принятый сигнал детектируется на промежуточной частоте, и им запускается генератор широкого строба, с помощью которого поиск приостанавливается, а гетеродин в узкой полосе, охватывающей частоту принятого сигала, свипирует с повышенной скоростью. Одновременно колебания гетеродина смешиваются с колебаниями генератора промежуточной частоты, и после фильтрации преобразованный по частоте сигнал модулируется шумом, усиливается и излучается в направлении РЛС.

Если число РЛС в поле обзора велико, используются многоканальные частотно-избирательные системы. Различают системы фильтрации непосредственно на СВЧ и с преобразованием по частоте. В первом случае имеются две группы – входных и выходных – полосовых фильтров. СВЧ сигналы второй группы фильтров наделены шумовой модуляцией. Пришедший в i-й входной полосовой фильтр СВЧ-сигнал детектируется и открывает i-й СВЧ коммутатор, через который проходит сигнал i-го выходного канала. В системах с преобразованием частоты имеются гетеродины по числу каналов, причём каждый гетеродин обслуживает как входной, так и выходной полосовой канал. Фильтрация производится после преобразования на промежуточной частоте. Коммутаторы срабатывают от продетектированных сигналов входной группы. Следует отметить большое быстродействие подобных схем, которые обеспечивают формирование прицельной шумовой помехи в течение интервала времени, составляющего лишь часть длительности поступающего импульса.

Шумовые помехи призваны исключить обнаружение цели и сделать невозможным измерение её координат. Что противопоставляют этому на радиолокационной стороне? Прежде всего, улучшение энергетических возможностей РЛС, совершенствование средств распознавания сигналов в помехе, поиски новых путей использования селективных возможностей при обработке сигналов. Однако главный упор делается в настоящее время на перестройку частоты передатчиков РЛС, включая перестройку от импульса к импульсу, а также на многочастотный режим работы РЛС. Надо сказать, что в целом это усложняет конструкцию РЛС, делает её менее мобильной. И хотя в последние годы разработаны достаточно совершенные устройства, называемые синтезаторами частоты, способные выдавать набор частот с малым межчастотным шагом в широкой полосе и с большим быстродействием, всё же их применение в основном ограничено установками стационарного типа.

И всё же игра стоит свеч, ибо введение в РЛС режима перестройки частоты от импульса к импульсу освобождает от помехи весь интервал дальности до постановщика помехи. Тем не менее разработчики САП стараются автоматизировать работу станции таким образом, чтобы перекрыть помехой свободные участки частотного диапазона. Погоню за провалами в частотном спектре шума иногда характеризуют такими словами: «Мы убегаем, вы догоняете». Вместе с тем существуют СВЧ приборы, охватывающие весь возможный диапазон перестройки частоты. Такие приборы используются в ретрансляционных САП. Если в САП этого типа имеется режим шумовой модуляции, то эффект от перестройки частоты менее ощутим. В многочастотных РЛС число используемых частот обычно бывает невелико. Многоканальные САП осуществляют поиск и слежение за спектром таких РЛС.

Но вот сигнал цели обнаружен, теперь необходимо его захватить и обеспечить его сопровождение, ибо цель движется, меняется её угловое положение, дальность до цели и скорость её перемещения. Методы сопровождения сигнала цели во многом зависят от типа РЛС, и мы рассмотрим сейчас основные виды РЛС и принципы, которые заложены в основе системы сопровождения для каждого из типов РЛС[22].

Начнём с импульсных РЛС. Источником зондирующих сигналов является передатчик, излучающий импульс высокочастотной энергии, который после отражения от цели принимается входным устройством РЛС. Угловые координаты цели определяются путём фиксации углового положения луча антенны, а дальность – по времени прохождения сигнала до цели и обратно. Учитывая скорость распространения волны в пространстве 3 · 108 м/сек, найдём расстояние до цели, равное Rкм = 1,5 · 105t сек, где t – время. Например, 100 км дистанции соответствует временной интервал в 660 мксек = 0,66 · 10 -3 сек. Отсюда следуют ограничения в частоте повторения импульсов FП. При частоте FП = 1000 Гц, максимальная дальность равна 150 км.

В совмещённом варианте, когда для приёма и передачи используется одна и та же антенна, необходимы меры для защиты входных цепей приёмника от мощных импульсов передатчика. Защита производится с помощью газовых разрядников, которые срабатывают в момент включения передатчика, замыкают вход за счёт ионизации и кратковременно отключают приёмник от антенны.

В импульсных РЛС, как правило, используется супергетеродинный приём отражённых сигналов. Для этого сигнал подаётся на СВЧ смеситель, где смешивается с сигналом местного гетеродина и образует сигнал промежуточной частоты. Местным гетеродином может служить отражательный клистрон, рабочая частота которого отличается от частоты отражённого сигнала на промежуточную частоту (обычно 30 или 60 мГЦ). Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) является основным усилителем отраженного сигнала и обеспечивает усиление более чем в миллион раз до уровня, достаточного для детектирования принятого сигнала. Полоса пропускания УПЧ соизмерима со спектром частот импульсов, но вместе с сигналом усиливаются и шумы. К уровню шумов антенны добавляются шумы смесителя и входных каскадов УПЧ. Дополнение, создаваемое приёмным трактом в отношении шумов, определяется т. н. шум-фактором.

После детектирования и усиления на видеочастоте принятые импульсы поступают в систему автоматического сопровождения по направлению и в систему автоматического сопровождения по дальности. Рассмотрим их в отдельности.