CC BY
0
АСПЕКТЫ ВЫБОРА РАДИОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА РЛС ГРАЖДАНСКОГО назначения для обеспечения охраны ИНФРАСТРУКТУРНЫХ ОБЪЕКТОВ
Д.А. Везарко, магистрант
Московский технический университет связи и информатики (Россия, г. Москва)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-6-1-183-186
Аннотация. Выбор радиочастотного (РЧ) диапазона является ключевым моментом при разработке радиолокационных систем (РЛС) для обеспечения охраны инфраструктурных объектов, в частности обнаружения и сопровождения несанкционированных малоразмерных летательных аппаратов (МБЛА). В данной статье рассматриваются основные факторы, влияющие на выбор РЧ диапазона, такие как потери энергии сигнала в атмосфере, нормативные и законодательные ограничения. Также рассматривается плотность распределения РЛС военного назначения по РЧ диапазону.
Ключевые слова: малоразмерный беспилотный летательный аппарат, радиочастотный диапазон, радиолокационная система, нормативные ограничения, потери в атмосфере.
В условиях современности важной задачей является обеспечение безопасности гражданских инфраструктурных объектов, которые подвержены излишнему вниманию или террористическим атакам при помощи современных МБЛА. Одним из ключевых инструментов для решения этой задачи являются РЛС. В этой связи выбор оптимального РЧ диапазона играет решающую роль в разработке и эксплуатации эффективных РЛС гражданского назначения.
РЧ диапазон существенно влияет на характеристики РЛС, такие как дальность обнаружения, устойчивость к активным помехам и др. роме того, выбор РЧ диапазона обусловлен нормативными и законодательными ограничениями, установленными как на национальном, так и на международном уровнях. Эти факторы необходимо учитывать при проектировании и внедрении РЛС, чтобы обеспечить их соответствие техническим и правовым требованиям, а также максимальную эффективность их применения.
Целью данной работы является обоснование выбора оптимального РЧ диапазона для РЛС, обеспечивающих охрану инфраструктурных объектов. Предлагаемые рекомендации могут помочь разработчикам и инженерам создать эффективные и
надежные системы радиолокационного обнаружения и сопровождения МБЛА, соответствующие современным требованиям безопасности.
Оценка влияния атмосферы на распространение радиоволн
В статье [1] анализируется ослабление энергии электромагнитных волн (ЭМВ) в атмосфере из-за различных метеообразований, при этом предоставляются численные оценки коэффициентов ослабления на разных частотах. Исследование зависимости коэффициентов ослабления производится в довольно широком РЧ диапазоне (3-150 ГГц).
Для разных частот характерны различные уровни потерь в атмосфере, причем с ростом частоты они увеличиваются. Присутствие газов, водяных паров, гидрометеоров (облаков, дождя, снега) и пыли может значительно снизить мощность радиолокационного сигнала. Основные механизмы ослабления мощности - рассеяние (изменяющее направление распространения) и поглощение (превращающее энергию радиоволн в тепло).
В работе рассматриваются коэффициенты ослабления газа и водяного пара, выраженные в дБ/км. Для сантиметрового (X) диапазона (Я « 3 см) среднее значение общего коэффициента ослабления состав-
ляет около 0.01 дБ/км, что для дальности й = 10 км составляет порядка 0.2 дБ. При длине волны Я « 0.45 см, коэффициент ослабления составляет уже 0.34 дБ/км, что на той же дальности приводит к потерям 7 дБ. Для длины волны Я « 10 см ослабление практически отсутствует. Влияние осадков и крупных метеообразований значительно увеличивает ослабление сигнала. Однако на этом не следует акцентировать внимания из-за предположения, что такая РЛС не будет применяться в условиях интенсивных метеорологических осадков с учетом технических и эксплуатационных характеристик основного типа обнаруже-ваемой цели (МБЛА).
Коэффициент ослабления в миллиметровых диапазонах (^ и значительно выше, чем в сантиметровом (X) диапазоне. Предпочтя X диапазон, можно игнорировать потери в атмосфере на малых расстояниях. Ослабление сигнала станет заметным только при сильных осадках (дождь, гидрометеоры). Однако, как уже отмечалось, современные МБЛА неохотно используются в условиях интенсивных осадков.
Законодательные ограничения на использование РЧ спектра
Национальные и международные законодательные ограничения и регуляции устанавливают допустимые рамки использования РЧ диапазонов, включая РЛС различного назначения. В данном контексте, решения Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) и соответствующие постановления играют ключевую роль в разработке и внедрении систем для обнаружения МБЛА, обеспечивая их соответствие современным стандартам и требованиям. В работе будут рассмотрены основные законодательные ограничения на использование радиочастотного спектра с акцентом на последние изменениях.
Решением ГКРЧ при Министерстве цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации (РФ) от 4 июля 2022 года № 22-63-07 [2] был продлен срок действия решений ГКРЧ от 2 октября 2012 года № 12-15-05-3 об использовании полос радиочастот высоко-
частотными устройствами [3] до 2 октября 2032 года. Были выделены полосы РЧ диапазона для общего пользования: 2.93.1 ГГц, 9.2-9.5 ГГц, 9.5-9.8 ГГц, 16.617.1 ГГц и 33.4-34.2 ГГц для радиоэлектронных средств радиолокационной службы на территории РФ.
При этом необходимо соблюдать следующие условия:
- технические характеристики радиоэлектронных средств (РЭС) должны соответствовать основным техническим параметрам, указанным в приложении к данному решению ГКРЧ, и действующим нормативам ГКРЧ;
- разрешения на использование радиочастот или РЧ каналов должны быть получены в установленном порядке;
- РЭС должны быть зарегистрированы в соответствии с установленными порядками на территории РФ.
Таким образом, можно наблюдать, что широкие полосы частот представлены в диапазонах S-, X-, Ки- и При этом сигналы могут быть достаточно широкополосными (ширина полосы до нескольких сотен МГц).
В приложении к решению ГКРЧ также указаны требования по электромагнитной совместимости (ЭМС), которым должны соответствовать РЭС.
Законодательные меры и решения ГКРЧ относительно РЧ спектра обеспечивают фундамент для развития и внедрения РЛС, облегчая их интеграцию в современные оборонные и гражданские инфраструктуры.
Плотность распределения РЛС военного и специального назначения в РЧ диапазоне
В исследовании [4] был проведен детальный анализ и дана оценка плотности распределения РЛС по РЧ диапазону, основываясь на данных из открытых источников. Работа охватывает характеристики как зарубежных, так и отечественных РЛС, введенных в эксплуатацию с 1970-х годов и доступных для изучения сегодня.
Рефракция и поглощение энергии ЭМВ в атмосфере, вызванные присутствием аэрозолей и газов, приводят к неравномерному затуханию в РЧ спектре, что приво-
дит к неравномерному распределению РЛС по различным РЧ диапазонам. Авторы работы оценили плотность распределена -
ния РЛС военного и специального назначения на частотах вплоть до 40 ГГц, что отражено на рисунке 1.
ш-
Ы »
о,
р
31
а »
40
1J ГГц
0 $ 10 IS 20 25 30 35 40
Частота, ГГд
Рис. 1. Распределение различных типов РЛС по РЧ диапазону [4]
Заметные пики на частотах 1.3 и 3 ГГц связаны с большим количеством РЛС различных типов (включая РЛС для воздушного обзора), разработанных в конце 20-го века с учетом доступных в то время технологий. Наибольшее разнообразие РЛС и их количества наблюдается в диапазоне 812 ГГц, известном в классификации IEEE [15] как X-диапазон. Это связано с наличием в этом диапазоне 'окна прозрачности', характеризующегося относительно низким уровнем затухания сигнала, что увеличивает радиус действия РЛС до 600 км и более для воздушных целей, в отличие от миллиметрового диапазона, где такие показатели достичь значительно сложнее. Поэтому в диапазоне 12-18 ГГц представлено меньше типов РЛС, что видно на рисунке 1.
Использование РЛС на частотах выше 18 ГГц ограничено низкой дальностью обнаружения из-за сильного затухания энергии ЭМВ атмосфере, особенно при высокой интенсивности осадков. Однако преимущество таких частот заключается в миниатюрных размерах СВЧ-устройств. В
настоящее время на частотах выше 20 ГГц работает очень небольшое количество РЛС.
Х-диапазон пользуется популярностью также потому, что в этом диапазоне поддерживаются оптимальные размеры СВЧ устройств (например, волноводных трактов), а затухание радиоволн в атмосфере остается относительно низким, что не характерно для более высоких частот.
Заключение
В данной работе проведен анализ ключевых аспектов выбора РЧ диапазона для РЛС, используемых для обеспечения безопасности инфраструктурных объектов. Рассмотрены влияния потерь энергии сигнала в атмосфере, законодательных ограничений, а также приведена плотность распределения РЛС в различных РЧ диапазонах. Результаты исследования показывают, что оптимальным выбором для гражданских РЛС является X-диапазон, который обеспечивает баланс между эффективностью обнаружения, низкими потерями сигнала в атмосфере и приемлемыми размерами СВЧ-устройств.
Библиографический список
1. Кхыонг Н.В. Оценка влияния метеобразования на распространения радиоволн в X-диапазоне // Труды МФТИ. - 2020. - Т. 12, № 3. - С. 94-103.
2. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/351171602 (дата обращения: 16.05.2024).
3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/902379127#64U0IK (дата обращения: 17.05.2024).
4. Подстригаев, А.С. Анализ плотности распределения РЛС военного и специального назначения в частотном диапазоне / А.С. Подстригаев, М.Г. Слободян, А.В. Смоляков, И.А. Сидорцов // Молодой ученый. - 2016. - № 27 (131). - С. 136-139.
5. IEEE Standard 521-2019: Standard Letter Designations for Radar-Frequency Bands.
ASPECTS OF SELECTING THE RADIO FREQUENCY BAND FOR CIVIL RADAR SYSTEMS TO ENSURE THE SECURITY OF INFRASTRUCTURE FACILITIES
D.A. Vezarko, Graduate Student
Moscow Technical University of Communications and Informatics (Russia, Moscow)
Abstract. The selection of the radio frequency (RF) band is a crucial aspect in the development of radar systems (RS) for the protection of infrastructure, specifically for the detection and tracking of unauthorized small unmanned aerial vehicles (sUAVs). This article examines the main factors influencing the choice of RF band, such as signal energy losses in the atmosphere, regulatory and legislative constraints. Additionally, it addresses the density distribution of military radar systems across the RF spectrum.
Keywords: small unmanned aerial vehicle, radio frequency band, radar system, regulatory constraints, atmospheric losses.
