CC BY
31
12. Голушко, Д.А. О скорости изменения частоты при проведении испытаний для определения динамических характеристик конструкции / Д.А. Голушко, А.В. Затылкин, А.В. Лысенко // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 147-154.
13. Автоматизированная многоканальная виброиспытательная установка / А.В. Лысенко, А.В. Затылкин, Д.А. Голушко, Д.А. Рындин, Н.К. Юрков // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2012. № S. С. 83.
14. Лысенко, А.В. Методика моделирования влияния внешних механических воздействий на динамические параметры РЭА в среде MATHCAD / А.В. Лысенко // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 51. С. 68-69.
15. Лысенко, А.В. Анализ современных методов вибрационной защиты радиоэлектронной аппаратуры / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 135-142.
УДК 368.3.068
Шуваев П.В., Кузнецов М.Д., Анисимов А.Г., Емашкина Т.С., Трусов В.А.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
РАДИОЛОКАЦИОННОЕ СРЕДСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ С АНТЕННОЙ СИСТЕМОЙ
Современное вооружение и военная техника характеризуется высокой насыщенностью радиоэлектронным оборудованием, обеспечивающим решение задач автоматического или автоматизированного ведения разведки, связи, управления, защиты, и наведения оружия. Одним из таких средств являются радиолокационное средство обнаружения. Это средство способно точно определить размеры и расстояние приближающего объекта, а так же средство адоптировано под суровые погодные условия Ключевые слова:
наступление, радиолокационное средство обнаружения, предупредительные системы, систем обнаружения, растяжка
Введение
Для обнаружения факта вторжения человека в охраняемую зону могут быть использованы самые различные системы: радиолокационнаясистема обнаружения, вибрационная система, проводноволно-вая система, сейсмическая система, магнитометрическая система, комбинированная система, все эти системы позволяют с той или иной вероятностью, различить сигнал от человека на фоне по-меховых воздействии окружающей среды [1]. Первыми сигнализационными системами были средства в виде вертикального забора из колючей проволоки, образующей шлейф. Его сопротивление измерялось резистивным датчиком. Последний выдавал сигнал тревоги при обрыве шлейфа или замыкании соседних проводов. Хотя такие системы существуют и сегодня, современное их использование нецелесообразно как из-за внешнего вида, так и из-за низкой эффективности проволока через несколько лет покрывается слоем окиси и датчик не срабатывает при замыкании соседних проводов. Вероятность обнаружения в этом случае падает до 20—30%.
Принцип действия емкостного сигнализатора основан на измерении емкости антенного устройства относительно земли. При этом электронный блок производит измерение только емкостной составляющей импеданса антенны и не реагирует на изменение сопротивления (квадратурная обработка сигнала с помощью синхронного детектора) [2, 3]. Применение алгоритма, анализирующего длительность сигнала, его фронтов и других характерных особенностей, позволило довести вероятность обнаружения до 95% при средней частоте ложных срабатываний менее одного за десять суток при длине блокируемого участка до 500 м.
Конструкция антенного устройства представляет собой металлический козырек, изготавливаемый в виде сварной решетки, допускает изгибы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, позволяет отслеживать рельеф местности и другие топографические особенности объекта. При соответствующем дизайне козырек не ухудшает внешний архитектурный облик здания.
К настоящему времени разработано целое семейство емкостных сигнализаторов — "Радиан" ("Ра-диан-М", "Радиан-13", "Радиан-14"). Общее число установленных приборов превышает 50 000.
Оптические лучевые инфракрасные сигнализаторы состоят из одной или нескольких пар "излучатель-приемник", формирующих невидимый глазом луч в диапазоне 0,8 - 0,9 микрометров, прерывание которого вызывает сигнал тревоги. Лучевая система может устанавливаться как по верху ограждения, так и непосредственно на грунте в виде нескольких лучей, образующих вертикальный барьер. К сожалению, их применение в наших условиях связано
со многими трудностями, поскольку снежные заносы, растительность, туман вызывают или ложные срабатывания, или отказ системы, поэтому, использовались системы предупреждения в военных целях, и предупреждали армию или малую группу солдат о скором наступлении противника.
Предупредительные системы имели лидера, это растяжка с сигнальными ракетами: на определенном расстоянии, по периметру устанавливались ракетницы, которые срабатывали при задевании растяжки. Но на такие средства обнаружения часто попадались животные, и большую часть сигналы были ложными, вскоре такая система стала не эффективной. Со временим, средства обнаружения усовершенствовались, и поднялись на новый уровень, были разработаны новые устройства, помогающие обнаружить противника. Одними из таких систем стало радиолокационное средство обнаружения при помощи диаграммы, полученных с двух направленных друг на друга антенн, создавался график, по которому можно определить форму и размер нарушителя. Такая система максимально устойчива к любым погодным условиям и безошибочно определяет животное или человек, пробралось на охраняемую территорию [1].
1. Радиолокационное средство обнаружения с антенной системой, принцип работы
Радиолокационное средство обнаружения (РЛСО) с антенной системой, состоит из двух одинаковых антенн с размерами Вь по вертикали и Вгпо горизонтали, установленных на высоте На от поверхности земли параллельно забору на расстоянии А от него и на расстоянии Ь друг от друга. Диаграмма
направленности антенны определяется углами Qв и
2
Qr в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно [4-6].
При этом возможны следующие случаи: антенную систему можно рассматривать как состоящую из точечных антенн, если выполняются условия формулы:
2D|< L
Л ~ 2
2Ei<i
л ~ г'
где йв - высота антенны; Эг - ширина антенны; Ь - расстояние антенн друг от друга; А - длина волны РЛСО.
Пример:Высота и ширина антенны 1,5 м, расстояния антенн друг от друга 10 м, длина волны РЛСО 12 м. Расчета представлен на рисунке 1, выполненный в программной среде Mathcad.
Рассмотрено две антенны с одинаковыми параметрами (рис. 2), (рис. 3) высоты и ширины, расположенные на расстоянии 10 м друг от друга. Как видим из расчета - выполняются требование, так как получилось значение 0, 375 <5.
Антенную систему необходимо рассматривать, как имеющую конечный размер, если приведенные выше условия не выполняются [7].
и
Рисунок 2 - Обозначения излучающей и передающей антенны
Р =
КПР(4л£2)
где А - длина волны РЛСО; С^ - коэффициент усиления антенны; Ь - расстояние антенн друг от друга; РпР - мощность приемной антенны.
Пример: Длина волны РЛСО 12 м, коэффициент 2,8 дБ, расстояние антенн друг от друга 10 м, мощность приемной антенны 3 дБ. Расчет представлен на рисунке 4, выполненный в программной среде Mathcad.
При расположении антенн в пространстве, мощность излучаемой антенны связанно с мощность передающей, связано это из-за расстояния антенн относительно друг другу. В наших расчетах антенны расположены на расстоянии 10 м друг от друга, при этом мы получили мощность излучаемой антенны равным 4 0 дБ.
Влияние подстилающей поверхности на работу РЛСО. При увеличении расстояния Ь между антеннами, принимаемый сигнал имеет колебательный характер и затухает. При увеличении высоты подвеса антенн На принимаемый сигнал имеет колебательный характер и возрастает, стремясь к значению принимаемого сигнала для свободного пространства. Аналогичная картина наблюдается и при увеличении расстояния А до протяженного предмета - забора, стены [8, 9]. На графиках изображен сигнал, показанный на (рис.5), получаемый приемной антенной, который меняется в зависимости от параметра Ь, На, А.
Рисунок 3 - Диаграмма направленности антенны
Мощность, излучаемая передающей антенной Р\\зл связана с мощностью, наводимой в приемной антенне Рпр г при расположении антенн в свободном пространстве рассчитывается по формуле:
НА А
а) б) в)
Рисунок 5 - Влияние подстилающей поверхности на
работу РЛСО: а - зависимость приемной антенны от расстояния
антенн относительно друг к другу; б -зависимость приемной антенны от высоты подвеса антенн; в - зависимость приемной антенны от расстояния до протяженного предмета-забор, стена
Известно, что при распространении радиоволн от передающей к приемной антенне, образуется сложная интерференционная картина. Для большинства РЛСО и большой протяженности зоны обнаружения справедливо условие дифракции Френеля [1012].
Известно также, что область ВЧ-рассеяния по отношению характерного размера объекта П к радиусу первой зоны Френеля Я подразделяется следующим образом по формулам:
» 1- условие геометрической оптики; «1- условие дифракции Френеля; « 1- условие дифракции Фраунгофера.
гдеП - высота объекта, попавшая в зону ФренеляЯ^.
Процесс сигналообразования в РЛСО происходит следующим образом. Человек - нарушитель при движении поперек участка последовательно перекрывает зоны Френеля (рис.6). При этом человек с высокой степенью точности моделируется при перемещении в "рост" и "ползком" прямоугольником с габаритами человека, при перемещении "согнувшись" - двумя прямоугольниками. Радиус т-ой зоны Френеля [13].
Радиус т-ой зоны Френеля рассчитывается по формулам:
Р-т =
т^Х,
Г1+Г2
XI '
где Рт - радиус т-ой зоны Френеля; 7\- расстояние к приемной антенне; 72 - расстояние к передающей антенне; Ь - расстояние антенн друг от друга; А - длина волны РЛСО; Я - радиус зоны, в котором находится объект.
Пример:Расстояние к приемной антенне передающей 0,5 м, расстояние антенн друг от друга 12 м, длина волны РЛСО 10 м, радиус в котором находится объект 2 м. Расчета представлен на рисунке?, выполненный в программной среде Mathcad.
Рисунок 4 - Расчет мощности излучающей антенны
и
С|А
к
к
Наибольший радиус зоны Френеля, определяющий ширину зоны обнаружения, рассчитывается по формуле:
Ятах = 0.5Ш,
где Ь - расстояние антенн друг от друга; А -длина волны РЛСО.
Пример:Расстояние антенн друг от друга 12 м, длина волны РЛСО 10 м. Расчет представлен на рисунке 8, выполненный в программной среде Mathcad.
Рисунок 6 - Процесс сигналообразования в РЛСО: а - зона Френеля, б - сигнал на входе приемника
Рисунок 8
Расчет наибольшего радиуса зоны Френеля
Рисунок 7 - Расчет радиуса т-ой зоны Френеля
Нарушитель при движении поперек участка последовательно перекрывает зоны Френеля, тем самым попадая в зону, его находит средство обнаружения. По данным расчетам радиус т-ой зоны зависит от радиуса зоны, в котором находится объект. В нашем примере радиус зоны, в котором находится объект равен 2 м, при этом рассчитываемый радиус т-ой зоны Френеля получился 1,095 м.
Под наибольшим радиусом понимается сама зона Френеля, точнее, ее ширина и зависит она от расстояния антенн друг от друга и длины волны РЛСО. В данном расчете наибольший радиус зоны Френели при таких параметрах равен 5,477 м.
Вывод
В работе был выполнен расчет основных параметров РЛСО, необходимых для обнаружения цели с заданными характеристиками. Проведенные расчеты показывают, что радиолокационное средство обнаружения с антенной системой эффективно справляется с поставленными задачами, легко обнаруживает противника, и остается одним из востребованных средств обнаружения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Логинов М.А., Роговой И.И., Чечельницкий М.И. Основы импульсной радиотехники и Радиолокации / Под ред. И.Г. Хорбенко. - М.: ВИМО СССР, 1968. 552 с.
2. Основы теории надежности электронных средств : учеб. пособие / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - 100 с.
3. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / А.Г. Белов, В.Я. Бан-нов, В.А. Трусов, И.И. Кочегаров, А.В. Лысенко, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 151-154.
4. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004. 320 с.
5. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 340.
6. Лысенко, А.В. Анализ современных систем управления проектами / А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 371-372.
7. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, 320 с.
8. Лысенко, А.В. Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС и методика его реализующая / А.В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 4144.
9. Основы системного проектирования радиолокационных систем и устройств: Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем»: Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: В.И. Кошелев, В.А. Федоров, Н.Д. Шестаков. Рязань, 1995, 60 с.
10. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.
11. Влагозащитное покрытие печатных узлов в датчике утечки воды / А.Г. Белов, В.Я. Баннов, В.А. Трусов, И.И. Кочегаров, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 265-272.
12. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) под ред. В.В. Григорина-Рябова: М., «Советское радио», 1970, стр. 680.
13. Лысенко, А.В. Методика моделирования внешних механических воздействий на бортовую РЭА / А.В. Лысенко, Е.А. Данилова, Г.В. Таньков / Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 226-228.
