CC BY
25
УДК 621.396.969
ОПТИЧЕСКИ НЕВИДИМЫЕ ОБЪЕКТЫ В РАДИОЛОКАЦИИ И НАВИГАЦИИ
К. Д. Шлегель, Е. П. Олейников
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: shlegelkd@gmail.com
Рассмотрены основные виды дискретных пассивных помех и причины их возникновения и отображения на устройствах РЛС. Приводятся основные параметры объектов, их физические свойства.
Ключевые слова: дискретные пассивные помехи, пространственное распределение, источники, угол места.
OPTICALLY INVISIBLE OBJECTS IN RADIOLOCATION AND NAVIGATION
K. D. Shlegel, E. P. Oleynikov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: shlegelkd@gmail.com
The main types of discrete passive noise and the reasons for their occurrence and display on radar devices are considered. The basic parameters of objects, their physical properties are given.
Keywords: discrete passive noise, spatial distribution, sources, place angle.
Отражение от радиолокационных объектов, не относящихся к целям, занимают особое место в группе дискретных пассивных помех (далее ДПП) в силу особенностей их статистических характеристик. Воздействие подобных отражений на РЛС вызывает значительные трудности при решении задач радиолокации. По характеру и виду на индикаторных устройствах РЛС отражения аналогичны отметкам от реальных радиолокационных целей.
Физической природой, обуславливающей появление ДПП, могут быть объекты биологического происхождения (стаи птиц, рой насекомых) и атмосферные образования (гидрометеоры, диэлектрические неоднородности и турбулентности тропосферы и другие малоизученные образования). Область существования, плотность и интенсивность отражений зависят от географического положения и метеоусловий. Существует годовой и суточный периоды наблюдения отметок. Чаще сигналы наблюдаются в теплое время года. Наличие облачности приводит к уменьшению концентрации и средней интенсивности ДПП. Благоприятными условиями появления ДПП являются высокая температура окружающего воздуха и значительные изменения его влажности. Число сигналов уменьшается с увеличением скорости ветра. При скорости ветра более 30 м/с отражения отсутствуют. От величины скорости ветра зависит и продолжительность существования сигналов отдельного источника, которая уменьшается с увеличением скорости ветра.
Скорость перемещения объектов достигает 120 км/ч (соответствие средней скорости движения отдельных отражений и скорости ветра составляет ±2 м/с по скорости, ±20° по направлению).
Возможные высоты наблюдения объектов - 50-3500 м. Угол места, в пределах которого обнаруживаются отражения, заключен в пределах 0-6°. В РЛС подобные объекты обнаруживаются на дальностях до 150 км (были случаи обнаружения на дальностях 200-220 км). Наибольшая концентрация ДПП на расстоянии 35-50 км.
Пространственное распределение точечных источников зависит от метеоусловий и может составлять 4-8 на км3 (1-2 на 1 км2).
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
ДПП наблюдается и над сушей и над морем. Время наблюдения (время «жизни» помех) колеблется от нескольких десятков секунд до десятков минут.
По своим геометрическим размерам объекты являются точечными, линейные размеры которых не превышают 100 м (наиболее вероятные размеры менее 50 м). Сигналы обладают высокой когерентностью. Структура отраженного сигнала - квазистационарна (изменения происходят настолько медленно, что ими можно пренебречь). Спектры сигналов в большинстве случаев од-номодовые.
Интересным свойством ДПП является их высокая степень деполяризации. По найденным сведениям, при отражении от мешающих объектов наблюдается деполяризационная компонента в отраженном сигнале, которая на 12-13 дБ меньше основной (т. е. поляризация отраженного сигнала не полностью совпадает с поляризацией зондирующего). Для диэлектрических неодно-родностей деполяризация отсутствует.
Объекты типа ДПП оказывают значительное воздействие на РЛС сантиметрового и дециметрового диапазона волн и в меньшей мере на РЛС метрового диапазона.
Из приведенных характеристик следует, что мешающие отражения (ДПП) целеподобны и могут иметь высокую плотность пространственного распределения.
Существует только два типа отражений, создающих ДПП. Одни отражения создаются точечными или единичными целями, в то время как отражения второго типа занимают площади, имеющие значительные горизонтальные размеры.
Рассеяние электромагнитных волн турбулентной средой является одним из источников ДПП. Наиболее значительны суточные изменения коэффициента преломления в нижнем километровом слое, причиной которых является наличие температурных инверсий и резких скачков градиента влажности (особенно в утренние часы).
Другой причиной появления ДПП может быть отражение радиоволн слоистыми диэлектрическими неоднородностями, возникающими вследствие изменений температуры, влажности и давления воздуха. Основной причиной изменения диэлектрической проницаемости являются температурные инверсии, так как диэлектрическая проницаемость сухого воздуха мало отличается от диэлектрической проницаемости влажного воздуха, а изменения давления воздуха также можно полагать незначительными.
Еще одной причиной появления точечных мешающих отражений могут быть метеообразования. Изменение средних значений сигналов от облаков и осадков обусловлены временной и пространственной изменчивостью радиолокационной отражаемости. Спектр флюктуации лежит в пределах 20-100 Гц.
ДПП существуют в течение большей части года. Наряду с вышеперечисленными, возможными объектами, создающими ДПП, являются поднимающиеся вверх «термики», представляющие собой модель конвекционного пузыря, в верхней части которого градиенты температуры и влажности весьма большие, а в нижней части значительно меньше. Размеры «термиков» составляют 50-100 м.
Наблюдаемые объекты могут являются результатом переотражения электромагнитных волн от слоев, диэлектрическая постоянная которых изменяется скачком, в направлении Земли и обратно к РЛС. Известно, что коэффициент преломления быстро падает с высотой и радиолучи, при излучении под небольшим углом к горизонту, могут изгибаться по направлению к Земле. А флюктуации коэффициента преломления являются одним из характерных свойств тропосферы. В тропосфере существует большое количество неоднородностей со скачкообразным изменением диэлектрической постоянной, случайным образом распределенных в пространстве и перемещающихся под действием ветра. Спектр мелкомасштабных неоднородностей охватывает диапазон 0,5-30 Гц.
Таким образом, все возможные источники радиолокационных отражений, мешающих работе РЛС, имеют специфические особенности, позволяющие принять их за реальные цели. Воздействие ДПП приводит к уменьшению отношения сигнал/помеха и, следовательно, к уменьшению вероятностей правильного обнаружения и увеличению вероятности ложного, снижению рубежей обнаружения целей, появлению большого количества ложных трасс за счет появления большого количества ложных отметок вокруг прикрываемой цели.
Но есть и существенные отличия от аэродинамических целей, выявить которые возможно только путем анализа структуры пачки отраженных сигналов. Если мешающие объекты классифицируются как точечные, то реальные объекты радиолокации состоят, как правило, из большого числа «блестящих» точек, что ведет к расширению спектра отраженных сигналов. Расширение спектра обусловлено и наличием двигательных установок на аэродинамических целях.
В целях повышения защищённости РЛС от рассматриваемых в данной работе помех основное внимание уделяют скоростным (частотным) и пространственно-временным отличиям сигнала от 1111. Другие методы в этом смысле обладают меньшими возможностями и могут использоваться как дополнительные. В частности, различия в протяженности и амплитуде сигнала и 1111 могут быть использованы для подавления помехи и выделения сигнала лишь в тех частных случаях, когда цель находится вне облака отражателей. Для выделения сигнала на фоне помехи, когда между ними нет пространственных различий, чаще всего применяют метод скоростной селекции (селекции по частоте Доплера). Этот метод называют методом СДЦ. Для обнаружения сигнала на фоне отражений от метеообразований в некоторых РЛС в качестве дополнительного метода защиты применяют поляризационную селекцию. В целом сложная задача повышения защищенности РЛС от 11 до требуемого уровня может быть решена лишь с помощью комплекса мероприятий, предусматриваемых при их проектировании и обеспечивающих: 1) уменьшение мощности помехи на входе приемника (чем меньше разрешаемый объем, тем меньше будет мощность 11 , при этом предполагается, что размеры цели меньше разрешаемого объема и мощность полезного сигнала остается постоянной); 2) сужение спектра флюктуаций помехи (повышением разрешающей способности РЛС по всем координатам и по углу места, так как при узкой ДНА значительно слабее проявляется влияние вертикального градиента скорости ветра, или за счет уменьшения скорости вращения (сканирования) антенны, при этом, во-первых, уменьшается скорость обновления отражателей в импульсном объеме, во-вторых, увеличивается время когерентного накопления сигнала); 3) оптимизацию системы обработки сигналов на фоне 1111.
Библиографические ссылки
1. Ботов М. И., Вяхирев В. Я. Основы теории радиолокационных систем и комплексов / под общ. ред. М. И. Ботова ; Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2013. 530 с.
2. Ширман Я. Д. Теоретические основы радиолокации. М. : Сов. радио, 1970. С. 560.
3. Сколник М. И. Справочник по радиолокации. В 2-х кн. М. : Техносфера, 2014. С. 190.
© Шлегель К. Д., Олейников Е. П., 2018
