Подход к моделированию работы наземной обзорной РЛС в условиях воздействия активных шумовых помех в компьютерных тренажерах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 519.876.5:621.396.96

ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ РАБОТЫ НАЗЕМНОЙ ОБЗОРНОЙ РЛС В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ АКТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОМЕХ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРАХ

Куликов Виктор Николаевич

заведующий отделом ЗАО «НИИ «Центрпрограммсистем», кандидат технических наук, доцент

Попов Павел Георгиевич

профессор кафедры математики и вычислительной техники Тверской государственной сельскохозяйственной академии, научный консультант ФГУП "ЦНИИ "Центр", доктор технических наук, профессор

О

Шароглазов Вадим Борисович

заместитель командира радиотехнического полка в/ч 17646, г. Санкт - Петербург

Допира Роман Викторович

заведующий отделением ЗАО "НИИ"Центрпрограммсистем' доктор технических наук, профессор

Миронов Алексей Михайлович

референт заместителя министра обороны Российской Федерации, действительный государственный советник Российской Федерации 3 класса

Представленный в статье подход позволяет реализуемо в реальном масштабе времени моделировать процесс воздействия на наземную РЛС активных шумовых помех в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке.

Ключевые слова

• шумовые помехи,

• воздушные объекты,

• РЛС

Kulikov, Viktor Nikolaevich - head of Department scientific research Institute "Tsentrprogrammsistem", candidate of technical sciences, associate professor

Sharoglazov Vadim Borisovich - deputy commander of radio-technical regiment 17646, St. Petersburg

Popov Pavel Georgievich - professor Department of mathematics and computing the Tver state agricultural Academy, scientific consultant Central Shipbuilding Research Institute "Center", doctor of technical sci-ences, professor

Dopera Roman Viktorovich - head of the branch of JSC "research Institute "Tsentrprogrammsistem", doctor of technical Sciences, Professor

Mironov Alexei Mikhailovich, assistant Deputy Mi-the Nistru of de-fence of the Russian Federation 3 classes

The approach to modeling the land a search radar in terms of exposure to active noise interference in computer simulators

The given approach allows to implement in real time to simulate the impact of ground radar jamming in a fast-changing complex of the target and interference environment.

Keywords

• noise pollution,

• air facilities,

• radar

При разработке тренажных систем для подготовки личного состава боевых расчетов подразделений радиотехнических подразделений необходимо моделировать процесс радиолокационного обнаружения воздушных объектов (ВО).

В то же время анализ состояния и перспектив развития средств воздушно-космического нападения и тактики их применения показывает, что одним из способов преодоления системы ПВО по-прежнему остается интенсивное применение радиопомех и ложных целей. Находятся на вооружении и постоянно развиваются специальные средства радиоэлектронной борьбы. Эти средства позволяют обеспечить постановку как активных, так и пассивных помех1.

Суммарная плотность мощности активных шумовых помех (АШП) прогнозируется от 120...150 Вт/МГц до 5000 Вт/ МГц для наземных обзорных РЛС боевого режима средних и больших высот и от 150...300 Вт/МГц до 500 Вт/МГц для наземных обзорных РЛС малых высот.

В соответствии с вышесказанным при моделировании процесса радиолокационного обнаружения ВО наземной обзорной РЛС необходимо учитывать возможность выполнения боевой за-дачи этой РЛС в сложной помеховой обстановке, адекватно учитывать в модели особенности возникновения и воздействия помех на РЛС.

Вопросам разработки моделей АШП посвящен ряд известных научных работ, например: "Повышение эффективности алгоритмов защиты РЛС от активных шумовых помех", "Обоснование требований к уровню боковых лепестков ДН антенны для защиты РЛС от активных шумовых помех"2,3. Однако их использование в моделях наземных РЛС, работающих в реальном масштабе времени в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке, приводит к перегрузкам вычислительных средств, на которых эти модели реализованы.

Воздействия активных шумовых помех (АТТТП) эквивалентно возрастанию внутреннего шума приемника РЛС при достаточно большом его динамическом диапазоне1 . По этой причине в условиях АТТТП дальность обнаружения цели под выбранным углом места 8 при воздействии АТТТП Dп (е) уменьшается по сравнению с соответствующей дальностью обнаружения в безпомеховой обстановке D0 (е).

Для расчета Dп (е) удобно использовать такой показатель, как коэффициент сжатия зоны обнаружения для каждого азимутального направления в, который численно равен отношению наклонной дальности обнаружения цели с заданной ЭПР в помехах к дальности обнаружения этой же цели в условиях без помех: К (в, е) = Dп (в, е) Юо (е).

Рассмотрим подход к расчету К (в, е).

Согласно учебному пособию "Основы построения РЛС"4:

К (Р. =

Р ш

Р ш + Р п (Р.°)

. Р п (Р. £)/

где: Рш - мощность собственных шумов приемника (Вт);

Рп (в,е) - мощность помехи на выходе устройства помехозащиты РЛС (Вт) в угловом направлении (в,е).

Расчет коэффициента К (в, е) целесообразно производить лишь в том случае, если величина не превышает формулярного значения динамического диапазона приемного устройства РЛС.

Мощность помехи на выходе устройства омехозащиты РЛС определяет-

ся выражением (1), где N - количество ПАП, воздействующих на РЛС;

DПl, Рш , G т, А/ т, вг, ег - соответственно: дальность, мощность передатчика помех, коэффициент усиления передающей антенны, ширина полосы постановки помех, азимут, угол места г - го постановщика активных шумовых помех (ПАП);

вц ,ец - азимут и угол места прикрываемой ПАП цели;

Аэфф - эффективная площадь приемной антенны РЛС;

Gэкв - эквивалентный коэффициент усиления приемной антенны РЛС (коэффициент направленного действия);

F2 (вц -в, ец - ег) - отношение (раз) уровня диаграммы направленности приемной антенны (ДНА) РЛС в направлении (вц - в, ец - ег) к максимуму ДНА (квадрат соответствует случаю, когда ДНА передающей и приемной антенн совпадают, например, в том случае, когда на прием и передачу используется одна антенна);

Кшп - коэффициент (безразмерный), учитывающий возможное снижение эффективности воздействия АТТТП на РЛС (в смысле сни-жения ею дальности обнаружения) за счет использования модуляции помехи (для прямошумовой помехи Кшп=1);

уп - коэффициент, учитывающий несовпадение поляризации помехи и приемной антенны РЛС (безразмерный);

Lпр - коэффициент потерь в приемном тракте РЛС (раз);

^ - коэффициент подавления помех в приемном тракте РЛС при воздействии помех с N ПАП (раз).

Р А) = § ■ "г^ ■ Аэфф ■ Р2 (А - А - )-А / пр ■ К шп-ГП ■ Ь

'пр

Пк

(1)

В данном выражении почти все величины могут быть (при обеспечении достаточной степени точности и достоверности получаемых оценок) приняты константами, определяемыми формулярными

тактико-техническими характеристиками РЛС и параметрами ПАП в текущий момент времени. Исключение составляет уровень диаграммы направ-ленности приемной антенны (ДНА) РЛС в направлении

(вц - в, ец - е). Далее изложена суть подхода к определению этого параметра.

ДНА РЛС имеет многолепестковую структуру как по азимуту, так и по углу места5. Количество, угловые величины и уровни лепестков ДНА обусловлены в основном параметрами антенн, зондирующих сигналов РЛС и влиянием земной поверхности в ближней зоне.

В ПАП для постановки АШП используется слабонаправленная антенна6. По этой причине при учете воздействия на РЛС ПАП целесообразно перейти от реальной ДНА к аппроксимированной. При этом для реальной ДНА достаточно

выделить три области: область главного лепестка в азимутальной (угломестной) плоскости; область ближних (1-ый -3-ий) боковых лепестков; область фона.

Дальнейшие рассуждения приводятся для азимутального случая. Угломестный случай полностью аналогичен.

Область главного лепестка ДНА достаточно хорошо аппроксимируется1 показательной функцией, аргументом которой является квадрат отношения вц - вi к ширине главного лепестка по уровню половинной мощности в05Р (по уровню 3 дБ). Эта аппроксимация определяется выражением:

^ (Рц - Р, )

Рц - Р-,

Р0.5 р

при (Рц - Р) < в (2)

Значение константы g определяется уровнем (максимумом) 1-го бокового лепестка F1бл относительно уровня (максимума) основного:

егЮ-^бл / 2)| Значение границы области главного

лепестка ДНА в1 определяется из соображений непрерывности аппроксимированной ДНА и подход к его расчету будет приведен ниже.

Область ближних боковых лепестков предлагается аппроксимировать квадратичной зависимостью в соответствии с выражением:

Р р - Рг ) = | • р

бл

Р

Рц - Р1

при в1< (Рц - Р )< в2 . (3)

Значение границы области первых боковых лепестков ДНА в2, также как и в1, определяется из соображений непрерывности аппроксимированной ДНА.

Уровень фона Fф можно считать постоянным, т.е. область фона можно задать прямой согласно выражению:

F (вц - в) =Fф. (4)

Пользуясь выражениями (2) - (4) рассчитывается аппроксимированная ДНА в угловом направлении (вц - в) по азимуту в направлении (ец - е) по углу места.

На Рисунках 1, 2 представлены фрагменты экрана индикатора кругового

обзора (ИКО) модели одной из РЛС радиотехнических войск ВВС при моделировании воздействия на нее АШП по изложенной выше методике.

В данной РЛС имеется возможность отрисовки на экране ИКО зоны обнаружения для целей с выбранной высотой и эффективной поверхностью рассеяния. На Рисунке 1 цифрами 1 - 3 обозначены:

1 - область главного лепестка ДНА РЛС;

2 - область главного лепестка ДНА РЛС;

3 - область фона ДНА РЛС.

На периферии экрана отображается координатная точка ПАП (№ 22), кото-

2

Рисунок 1 Фрагмент экрана ИКО модели РЛС, АКП отключен

Рисунок 2 Фрагмент экрана ИКО модели РЛС, АКП включен

рая характеризует угловое направление (азимутальный пеленг) воздействия АШП. В направлении на ПАП на Рисунках 1, 2 наблюдается характерный при воздействии АШП на реальную РЛС «провал». Оба рисунка отображают одинаковую тактическую ситуацию.

Рисунок 1 соответствует случаю, когда средство защиты от АШП (автокомпенсатор - АКП) отключен (коэффициент П^ в формуле (3) равен 1).

Рисунок 2 - соответствует случаю включенного АКП (пы = 1/200 или - 23 дБ). В первом случае воздействие ПАП приводит к необнаружению одного из ВО (№ 4). Во втором случае этот ВО обнаружен. Данные рисунки, а также многочисленные эксперименты, проведенные в том числе в ходе предварительных и государственных испытаний тренажной системы, показывают высокую степень соответствия (адекватности) моделируемой РЛС ее реальному прототипу.

Таким образом, представленный подход позволяет достаточно адекватно и в тоже время реализуемо в реальном масштабе времени моделировать процесс воздействия на наземную РЛС активных шумовых помех в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке.

Литература

1. Бердышев В.П., Куликов В.Н. Системотехнические основы построения вооружения радиотехнических войск// Учебник. - ч. 1. - Тверь: ВА ВКО, 2008.

2. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Повышение эффективности алгоритмов защиты РЛС от активных шумовых помех// Вестник РГРТУ № 3 (выпуск 37). - Рязань, 2011.

3. Тетеруков А.Г. Обоснование требований к уровню боковых лепестков ДН антенны для защиты РЛС от активных шумовых помех// Радиотехника. -2008, № 2.

4. Основы построения РЛС: учебное пособие [под ред. В.П. Бердышева]. - Тверь: ВУ ПВО, 2003, ч.1.

5. Антенны иустройства СВЧ (Проектирование ФАР). [ Подред Д.И. Воскресенского]. - М. Радио и связь, 1981.

6. Вакин С. А., Шустов Л. Н. Основы радиоэлектронной борьбы. - М.: Радио и связь, 1998.