CC BY
40Радиолокация и радионавигация
УДК 621.396.96.000.93
А. Ю. Андреев
ФГУП "ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова"
В. В. Ефимов ЗАО "Транзас" В. В. Леонтьев
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет "ЛЭТИ"
|К истории радиолокации: создание экспериментального радиолокационного измерительного комплекса "РИК-Б"
Изложена история создания радиолокационного комплекса, предназначенного для измерения эффективной площади рассеяния кораблей.
Радиолокация, измерение эффективной площади рассеяния, радиолокационный отражатель
Экспериментальный радиолокационный измерительный комплекс "РИК-Б", предназначенный для оценки эффективной площади рассеяния (ЭПР) кораблей и других морских объектов, был разработан и изготовлен в рамках опытно-конструкторской работы "Защи-та-211", выполненной по постановлению ЦК КПСС и Правительства СССР в 1975-1977 гг. Комплекс предназначался для Первого полигона ВМФ по исследованию физических полей кораблей, размещенного в поселке Суурпеа Эстонской ССР на акватории залива Хара-Лахт [см. лит.]. В выполнении работы принимали участие два коллектива: 74-я лаборатория "ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова" (далее ЦНИИ) и кафедра радиооборудования кораблей ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина). Одновременно разрабатывались два варианта построения радиолокационного измерительного комплекса (РИК): вариант ЦНИИ - с усреднением регистрируемых сигналов и вариант ЛЭТИ - с поимпульсной обработкой сигналов. Несмотря на то, что работы велись в альтернативных направлениях, между сотрудниками ЦНИИ и ЛЭТИ сразу же сложились дружеские отношения. Это не означает, что не было жарких научных дискуссий, когда обсуждался тот или иной вариант, но всегда можно было рассчитывать на объективное рассмотрение предлагаемых решений и любую помощь в их реализации, даже если это и вариант "конкурирующей фирмы".
Со стороны ЦНИИ работами руководил начальник сектора канд. техн. наук, ст. науч. сотр. В. О. Кобак. В работе принимали участие А. Ю. Андреев, Л. И. Богин, Д. К. Сини-цин, В. П. Бобылев, Ю. Н. Емельянов.
Коллектив разработчиков ЛЭТИ возглавлял канд. техн. наук, доцент С. И. Каплин. К выполнению работы были привлечены многие сотрудники кафедры: П. П. Бескид, В. В. Леонтьев, Е. Н. Гребенюк, В. А. Рогозин, С. С. Беляков, В. П. Фесенко, В. Р. Островитянов, А. Г. Попов, Ю. И. Потылицин.
62
© Андреев А. Ю., Ефимов В. В., Леонтьев В. В., 2011
В разработке и изготовлении отдельных блоков и устройств участвовали специалисты ведущих научно-исследовательских, опытно-конструкторских и производственных предприятий не только Ленинграда, но и других городов СССР - Москвы, Еревана, Чебоксар.
Основу комплекса "РИК-Б" составляла серийно выпускаемая радиолокационная станция (РЛС) МР-104. Для обеспечения требуемых метрологических характеристик комплекса РЛС подверглась существенной модернизации. Были изменены ее приемный тракт, схемы управления приводами антенны, схемы управления сопровождением целей; разработаны новые блоки селекции и регистрации сигналов, система измерения ракурса корабля, средства калибровки, алгоритмы обработки поступающей информации и соответствующее программное обеспечение. Главное внимание уделялось снижению погрешностей измерения ЭПР.
В обоих вариантах построения РИК заложен импульсный метод, в котором оценка ЭПР производится на основе измерения мощности отраженного от цели импульсного сигнала. Чтобы измеренную мощность пересчитать в величину ЭПР, приемный тракт РИК калибровали.
Упрощенная функциональная схема РИК по варианту ЦНИИ представлена на рис. 1. При таком построении РИК процессы калибровки и измерения осуществлялись последовательно во времени. Для этого антенна РИК вначале наводилась на калибровочный отражатель Э, а затем на исследуемый объект О. Принятые импульсные СВЧ-сигналы в смесителе переносились на промежуточную частоту, проходили усилитель промежуточной частоты УПЧ и детектор Д. Селектор сигналов осуществлял стробирование по дальности, а фильтр нижних частот ФНЧ - формирование огибающей отраженного сигнала. Огибающая оцифровывалась с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП и поступала в регистрирующую аппаратуру РА. Управление селекцией и регистрацией отраженного сигнала осуществляла схема синхронизации СС.
На рис. 2 изображена упрощенная функциональная схема РИК, разработанная сотрудниками ЛЭТИ. Генерируемый передатчиком импульсный СВЧ-сигнал в направленном ответвителе разветвлялся на две неравные части: основной поток мощности через циркулятор и основную антенну излучался в направлении на исследуемый объект О в режиме измерения или на первый калибровочный отражатель Э1 в режиме калибровки, а
Рис. 1
Рис. 2
часть мощности в обоих режимах через циркулятор и дополнительную антенну излучалась в направлении на второй калибровочный отражатель Э2. Принятый основной антенной сигнал от объекта (или первого отражателя) через циркулятор и прецизионный переменный аттенюатор поступал на вход щелевого моста, на второй вход которого через цир-кулятор и прецизионный переменный аттенюатор поступал принятый дополнительной антенной эталонный сигнал, отраженный от второго отражателя. Сигнал, отраженный от объекта (или первого отражателя), и сигнал, отраженный от второго отражателя, поступали в различные моменты времени, так как дальности до объекта (или первого отражателя) и до второго отражателя выбирались различными. После преобразования частоты сигналы усиливались в УПЧ, детектировались Д и поступали на аналоговое запоминающее устройство АЗУ. Во время создания РИК быстродействующие АЦП отечественной промышленностью еще не выпускались, поэтому АЗУ запоминало амплитуды сигналов, отраженных от объекта (или первого отражателя) и от второго отражателя, на время, необходимое для преобразования амплитуды сигналов в цифровую форму в соответствующих АЦП. С выхода обоих АЦП коды амплитуды сигналов объекта (или первого отражателя) и второго отражателя поступали в РА. В СС вырабатывались сигналы запуска АЗУ, команды управления для обоих АЦП, команды управления РА.
Такое построение РИК позволило решить ряд задач. Во-первых, исследуемый и эталонный сигналы формировались из одного и того же зондирующего импульса, а следовательно, флуктуации его амплитуды одинаково воздействовали на оба указанных сигнала. Во-вторых, исследуемый и эталонный сигналы следовали через один и тот же приемоусилительный тракт РИК почти одновременно, следовательно, нестабильность коэффициента усиления тракта также оказывала одинаковое воздействие на оба указанных сигнала. И, в-третьих, отсутствовала низкочастотная фильтрация, что позволило измерять амплитуды импульсных отраженных сигналов, а не их огибающих, и тем самым устранить погрешность измерения ЭПР, обусловленную смещением оценки средней мощности сигнала на входе приемника РИК, имеющего нелинейную передаточную амплитудную характеристику ивых = f (Рвх ).
На рис. 3 представлена фотография приемопередатчика РИК (1 - прецизионные СВЧ-аттенюаторы, используемые в процессе калибровки РИК), на рис. 4 - фотография его индикатора. На рис. 5 представлена фотография аппаратуры цифровой обработки сигнала, в состав которой входили АЦП типа Ф4222. Осциллограммы характерных сигналов РИК приведены на рис. 6 (I - диаграмма сигнала на выходе штатного УПЧ РЛС; II - инвертированная диаграмма сигнала на выходе измерительного логарифмического УПЧ; 1 - калибровочный сигнал; 2 - сигнал цели; 3 - сигнал от береговой черты).
В качестве калибровочного отражателя Э1 в РИК использованы сферические отражатели (рис. 7) различных диаметров, изготовленные в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе. Для уменьшения массы отражатели выполнены пустотелыми. Отражатель Э1 поднимался в свободное пространство на шаре-зонде, наполненном гелием. В качестве калибровочного отражателя Э2 использован трехгранный уголковый отражатель (рис. 8), разработанный и изготовленный в ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. Это отражатель размещался вблизи подстилающей поверхности.
г\
V»
к
Рис. 7
В состав РИК входила система измерения ракурса корабля, состоящая из судовой и береговой подсистем. Методика оценки ракурса включала измерение компасного курса корабля. На рис. 9 и 10 представлены фотографии приборов, входящих в судовую подсистему. На судовой репитер (рис. 9) установлен оптоэлектронный преобразователь "угол-код", преобразующий курс корабля в код Грея. Преобразователь, разработанный в ЛИТМО, изготовлен в учебно-экспериментальных мастерских ЛЭТИ. В декодирующем устройстве (рис. 10) из кода
Грея получали двоичный код курса корабля, который регистрировался. В береговой подсистеме фиксировался радиопеленг на корабль. Для синхронизации береговой и судовой подсистем использовались отметки времени.
Комплекс "РИК-Б" имел следующие технические характеристики:
• рабочая длина электромагнитной волны находилась в 3-сантиметровом диапазоне;
• поляризация - линейная горизонтальная;
• импульсная мощность излучения - около 200 кВт;
• длительность импульсов 0.5 мкс;
• частота следования импульсов 2000 Гц;
Рис. 8
• промежуточная частота 60 МГц;
• ширина диаграммы направленности антенны по уровню половинной мощности в горизонтальной и в вертикальной плоскостях 3°;
• поле зрения телевизионной установки в горизонтальной плоскости 5°;
• длительность селектирующих импульсов 0.8.. .5 мкс;
• чувствительность приемных каналов минус 115 дБ/Вт;
• динамический диапазон прецизионного измерительного приемного канала без перестройки входного аттенюатора 40 дБ;
2
• минимальная измеряемая средняя ЭПР на дальности 8 км 1 м ;
• погрешность измерения средней ЭПР:
^ в варианте с усреднением регистрируемых сигналов 3 дБ; ^ в варианте с поимпульсной обработкой сигналов 1.5 дБ;
• мощность электропитания - около 20 кВт;
• общая масса приборов и устройств - около 3 т.
В рамках НИР А-ХУ-5 «Исследование метрологических и эксплуатационных характеристик радиолокационного измерительного комплекса "РИК-Б"» в 1978-1980 гг. проведена его опытная эксплуатация, при которой подтверждена стабильность метрологических характеристик. Выполнены многочисленные исследования диаграмм ЭПР кораблей, ЭПР взволнованной морской поверхности, а также различных морских и береговых объектов.
В 1981 г. измерительный комплекс "РИК-Б" передан в эксплуатацию специалистам Первого полигона ВМФ - коллективу под руководством начальника лаборатории А. А. Гну-това. На его плечи легла как организационная работа по монтажу комплекса в новом испытательном корпусе с размещением антенн на его крыше, так и последующая многолетняя работа по поддержанию комплекса в работоспособном состоянии. Основными исполнителями последней работы были технические специалисты лаборатории З. Я. Гоба и В. А. Киврин. В условиях откровенно плохого материального обеспечения запасными электро- и радиоэлементами им удалось сохранять работоспособность комплекса на протяжении 13 лет.
В коллектив научных сотрудников лаборатории в разное время входили офицеры В. М. Горшков, В. В. Ефимов, Н. Г. Кобзев, В. И. Лопин, Г. Е. Печко, В. А. Сметкин. Непосредственное руководство научно-исследовательской работой с использованием комплекса РИК-Б осуществляло командование отдела в лице офицеров В. А. Дмитриева, Г. Н. Борисова, В. Н. Луговцова, Н. Ф. Королькова. За постановку научных задач, подлежащих решению в интересах ВМФ, отвечал руководитель отдела Первого НИИ МО Г. И. Бякин. При непосредственном участии этого офицера был не только сформирован состав самого комплекса, но и сформулированы несколько тем научно-исследовательских работ, базирующихся на натурных измерениях вторичного радиолокационного поля морских объектов и на натурных испытаниях средств снижения их радиолокационной заметности.
В 1991 г. по инициативе специалистов Первого полигона ВМФ для комплекса "РИК-Б" была создана система экспресс-обработки результатов измерений в реальном времени на базе первого персонального компьютера 1ВМ РС АТ 286, что позволило осуществить качественный прорыв в обработке данных и существенно снизить трудоемкость этого процесса.
Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2011. Вып. 1======================================
Полученные в процессе многочисленных измерений результаты отражены в отчетах по нескольким НИР, а результаты измерений вторичного радиолокационного поля кораблей включены в их формуляры. И хочется верить, что в облике кораблей ВМФ нового поколения, где явно прослеживается стремление к уменьшению их радиолокационной за-метности, есть доля заслуги создателей комплекса "РИК-Б" и всех, кто его в дальнейшем использовал в научно-практических целях.
Как уже отмечалось, комплекс "РИК-Б" создавался модернизацией РЛС управления стрельбой корабельной артиллерии, т. е. системы, изначально предназначенной для совершенно иных целей, чем измерение ЭПР. Однако разработчикам удалось "выжать" из базовой РЛС максимум возможного. На протяжении всего периода эксплуатации своего детища они осуществляли техническую и научную поддержку специалистов полигона. Именно их неугасаемый с годами энтузиазм и преданность любимому делу наряду с трудолюбием и упорством технических и научных кадров Первого полигона ВМФ обеспечили столь долгое применение "РИК-Б", являвшегося по сути экспериментальным и не предназначенным для такой долгой эксплуатации. В связи с выходом Эстонской ССР из состава СССР последние измерения параметров вторичного радиолокационного поля надводного корабля Военно-морского флота России были проведены в 1993 г., а в 1994 г. Первый полигон ВМФ прекратил свое существование в акватории залива Хара-Лахт, и вместе с ним прекратил свои измерения и комплекс "РИК-Б".
В настоящее время созданы более совершенные измерительные системы - с автоматизацией процесса калибровки, с телеметрической передачей на берег с корабля данных о курсе, с когерентным приемом и реализацией процедуры инверсного синтеза апертуры радара.
Список литературы
Пархоменко В. Н., Сазонов С. П. Важнейший элемент инфраструктуры флота. СПб.: ООО "НИЦ Мо-ринтех", 2003. 208 с.
A. Yu. Andreev
Krylov shipbuilding research institute
V. V. Efimov
ZAO "Transas"
V. V. Leontyev
Saint Petersburg state electrotechnical university "LETI"
Toward the history of radiolocation: creation the radar system for radar cross section measurement
The history of creation the radar system for ships radar cross section measurement is presented.
Radiolocation, radar cross section measurement, radar reflector Статья поступила в редакцию 28 сентября 2010 г.
