CC BY
77
Телекоммуникационные системы и компьютерные сети
65
ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ПАССИВНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ, РАБОТАЮЩИХ ПО СИГНАЛАМ СТОРОННИХ ИСТОЧНИКОВ ПОДСВЕТА
© Рогожников Е.В.*, Уварова Е.А., Шакмарева В.Е.
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск
Данная статья посвящена пассивным радиолокационным системам, работающим по сигналам сторонних источников подсвета. Рассматривается вопрос дальности действия подобных систем. Описаны основные факторы, влияющие на дальность действия. Рассмотрены ЭПР (эффективная поверхность рассеяния) типовых целей. Произведен расчет дальности действия пассивной радиолокационной системы, работающей по сигналам подсвета системы цифрового телевидения DVB-T2 и системы связи LTE.
Ключевые слова пассивная радиолокационная система, дальность действия, бистатическая система, ЭПР, LTE, DVB-T2.
Введение
Радиолокационные системы берут свое начало в 30-х годах 20 века [1], и активно развиваются и в настоящее время. Различают активную и пассивную радиолокацию. Активные радиолокационные системы (АРЛС) излучают собственный зондирующий сигнал, и принимает его отраженный от радиолокационной цели (РЛЦ). Пассивные радиолокационные системы (ПРЛС) не излучают собственного зондирующего сигнала. Традиционно их работа основана на приеме собственного излучения радиолокационной цели. Однако, развитие и повсеместное внедрение телекоммуникационных систем открывает новые возможности для радиолокации. Сигналы современных телекоммуникационных систем с успехом могут быть использованы в пассивной радиолокации. В настоящее время пассивные радиолокационные системы могут обнаруживать и локализовывать радиолокационные цели, не излучающие радиоволны. Для обнаружения и пространственной локализации радиолокационных целей, пассивные системы используют телекоммуникационные сигналы, излученные системами связи, телевидения и др., отраженные от радиолокационных целей, и принимаемые пассивной радиолокационной системой.
Аспирант кафедры Телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР).
66
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
Дальность действия пассивной радиолокационной системы
Эффективная дальность действия (р) для бистатической системы определяется выражением [2]:
где к - постоянная Больцмана, R1 - расстояние от передатчика до цели, R2 -расстояние от цели до приемника, Рпер - мощность на выходе передатчика, Опер - коэффициент усиления передающей антенны, Gnp - коэффициент усиления приемной антенны, 1 - длина волны несущего колебания, ст - ЭПР радиолокационной цели, F1 - потери энергии при распространении до РЛЦ, F2 - потери энергии при распространении после отражения от РЛЦ, q - минимальное отношение сигнал / шум, необходимое для обнаружения сигнала, Ьпер - потери при передаче сигнала, Lnp - потери при приеме сигнала, Т0 - шумовая температура приемника, Пшум - шумовая полоса приемника.
Шумовая полоса приемника Пшум = 1.1 • ПАу, Пу - полоса пропускания линейной части приемника, q определяется исходя из длительности реализации, вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги, зачастую определяется графически [3].
Дальность действия системы также ограничивается затуханием радиоволн в атмосфере, вызванное поглощением и рассеянием радиоволн гидрометеорами (дождь, снег, туман, град), а также поглощение радиоволн молекулами газов, составляющих воздух. С учетом затухания радиосигнала в атмосфере дальность действия системы определяется выражением [3]:
где R0 - дальность действия системы в свободном пространстве; а - удельный коэффициент затухания (дБ/км).
Выразить из уравнения Rmax через дальность действия системы в свободном пространстве R0 и коэффициент затухания а невозможно. Поэтому при практических расчетах пользуются семейством кривых Rmax0 = flRmax, а), рис. 1.
Из рис. 1, б следует, что в исследуемом диапазоне частот, коэффициент затухания а составляет порядка 0,01 дБ/км, при дальности действия пассивной радиолокационной системы до 200 км оно не окажет существенного влияния (рис. 1, а).
Rmax = Rо • 10(-°,0а^
Телекоммуникационные системы и компьютерные сети
67
1 2 4 6 10 20 40 60100 200 400
Я0 ,км
Частота, ГГ ц
а)
б)
Рис. 1. Зависимости: а) дальности действия системы от коэффициента затухания; б) коэффициента затухания от частоты сигнала
Помимо перечисленных факторов, одним из основных факторов, влияющих на дальность действия системы, является эффективная поверхность рассеяния цели (ЭПР). Средние значения ЭПР типовых целей приведены в табл. 1.
Таблица 1
Среднее значение ЭПР типовых целей [4]
Пример радиолокационной цели Средняя ЭПР, м2
Крылатая ракета 0,1
Истребитель 0,4...1
Средний реактивный пассажирский самолет 40
Большой пассажирский самолет 100
Вертолет 3
Автомобиль О сл о
Велосипед 2
Человек 1
Птица 10-2...10-3
Расчет дальности действия ПРЛС
Рассчитаем дальность действия ПРЛС работающей по стороннему источнику сигнала подсвета для 2 типов сигналов: LTE, DVB-T2, для максимальной мощности передатчика. Параметры, используемые для расчета дальности действия системы, приведены в табл. 2.
Параметры системы
Таблица 2
LTE DVB-T2
Излучаемая мощность (Вт) 20 50 000
Коэффициент усиления передающей антенны (дБ) 15 10
68
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
Окончание табл. 2
LTE DVB-T2
Коэффициент уиления приемной антенны (дБ) 10 10
Несущая частота (МГ ц) 2500 8002
ЭПР цели 0,8-40 0,8-40
Дополнительные потери при распространении до РЛЦ и до приемника 10 10
Шумовая полоса приемника (кГц) 25000 10000
Время накопления(с) 0.01 0.01
Потери в передающем тракте (дБ) 3 3
Потери в приемном тракте (дБ) 3 3
На рис. 2 приведена зависимость дальности действия системы от ЭПР радиолокационной цели, в случае работы ПРЛС по сигналам системы связи 4-го поколения LTE и цифрового телевидения по стандарту DVB-T2.
0 5 10 15 20
ЭПР, м
Рис. 2. Зависимость дальности действия ПРЛС от ЭПР цели
Для корреляционного обнаружения сигнала отраженного от радиолокационной цели, в качестве опорного используется сигнал, принимаемый дополнительной антенной в опорном канале, напрямую от источника подсвета. Однако прямой сигнал передатчика поступает также и в антенну, предназначенную для приема отраженного от РЛЦ сигнала, по боковому лепестку диаграммы направленности, и оказывает влияние на характеристики обнаружения полезного сигнала и соответственно дальность действия системы. Для уменьшения влияния прямого сигнала передатчика подсвета производят его компенсацию. Существуют аналоговые и цифровые методы [5]. Однако полностью скомпенсировать сигнал передатчика в приемном канале не
Телекоммуникационные системы и компьютерные сети
69
представляется возможным. В связи с этим влияние сигнала передатчика необходимо учитывать при расчете дальности действия ПРЛС.
Требуемый уровень подавления прямого сигнала можно оценить с помощью уравнения бистатической локации скорректированного с учетом наличия прямого сигнала и возможного уровня его подавления [6]:
^пер^пер ^Ar
T = q
( PGA
1 перGпер Ar 1 лт7
——+kT0 v 4kRqAFK0 0
6
/
где Ar - эффективная площадь приемной антенны, K0 - коэффициент подавления прямого сигнала, AF - ширина полосы сигнала, R0 - расстояние от передающей антенны до приемной.
Заключение
Дальность действия ПРЛС определяется мощностью источника сигнала подсвета, ЭПР целит, ограничивается затуханием радиоволн в атмосфере, а также поглощением радиоволн молекулами газов, составляющих воздух. Одним из важных факторов, ограничивающих дальность действия ПРЛС, является коэффициент подавления прямого сигнала. Для достижения максимальной дальности действия пассивного радара, необходимо обеспечить подавление прямого сигнала подсвета в приемном канале до уровня 80-140 дБ [6].
Список литературы:
1. Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск: учебник / В.Н. Тяпкин, А.Н. Фомин, Е.Н. Гарин, Ю.Л. Фатеев, В.П. Бердышев и др.; ред. В.Н. Тяпкин. - Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2011. -536 с.
2. Радиотехнические системы: учебник для вузов / Ю.П. Гришин, Ю.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; ред. Ю.М. Казаринов. - М.: Высшая школа, 1990. - 496 с.
3. Денисов В.П. Радиотехнические системы: учебное пособие / В.П. Денисов, Б.П. Дудко. - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - Томск, 2006. - 251 с.
4. Knott E.F., Shaeffer J.F., Tuley M.T. Radar Cross Sections. - Raleigh NC, SciTech Publ., 2004. - 637 p.
5. Охрименко А.Е., Пархоменко Н.Г., Семашко П.Г. Методы подавления прямого сигнала в радиолокаторах с подсветом от широковещательных передатчиков // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2011. - № 5.
6. Проскурин В.И. Оценка требований к линейности приемного тракта активно-пассивных РЛС // Радиотехника. - 2011. - N 1; Радиосистемы. -2011. - № 1. - С. 80-83.
