Xreferat.com » Рефераты по военной кафедре » Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей

Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей

условиях жесткого лимита времени распознавания и установления очередности поражения самых важных из них.

Своевременное и достоверное радиолокационное распознавание типа поражающего элемента высокоточного оружия – одна из важнейших проблем и основа разумных действий расчета радиолокационного вооружения ЗРК по правильному принятию решения на использование пассивных и активных способов его защиты.

Основными составляющими этой проблемы являются низкая информативность традиционных методов получения информации о цели и высокая стоимость технической реализации РЛС, позволяющих получать одновременно большое количество признаков радиолокационного распознавания цели. Таким образом, решение задачи радиолокационного распознавания является более сложным, чем решение других задач радиолокационного наблюдения, поскольку предполагает применение высокоинформативных радиолокационных сигналов, их статистический анализ и использование априорной информации о распознаваемых классах цели.

Выходом из данного положения является учет всех условий, влияющих на эффективность системы распознавания, правильный выбор и точное описание признаков, оптимизация систем распознавания с учетом потребителей информации и адаптация систем распознавания к условиям ее работы.

2. Анализ априорного словаря признаков распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей


Одним из основных путей повышения эффективности радиолокационного распознавания является повышение информативности радиолокационных систем с целью получения такого признака распознавания, который бы отражал определенные свойства конкретного типа цели, отличающего его от других.

Сигнальные признаки непосредственно связаны с отражающими свойствами цели и динамикой ее полета, поэтому они обеспечивают более высокие показатели качества распознавания и позволяют назначить для распознавания большее число классов. Но в отличие от траекторных признаков, которые могут быть измерены с достаточной точностью большинством РЛС, измерение большинства сигнальных признаков требует специальных методов, связанных с анализом более «тонкой» структуры радиолокационных сигналов. При этом усложняются и сами зондирующие сигналы РЛС. Наиболее полными описаниями свойств цели являются радиолокационные «портреты». Их получение предполагает наличие сверхразрешения по соответствующим параметрам сигнала, достижение которого зачастую невозможно или затруднено. Например, получение величины разрешения по дальности, равному одному метру, требует полосы зондирующего сигнала примерно 150 Мгц, сверхразрешение по угловым координатам требует применение ДНА, имеющих ширину, равную единицам угловых секунд. В обоих случаях «дробление» сигнала приводит к уменьшению отношения сигнал / шум, т.е. задача распознавания по дальномерным или угломерным «портретам» целей вступает в противоречие с задачей их обнаружения.

В настоящее время, с применением широкополосных сигналов с достаточной базой и техники их сжатия появилась возможность получения дальномерного «портрета» цели, позволяющего распознать не только класс, но и тип цели. Например, в работах приводятся результаты исследований распознавания по дальномерному «портрету» истребителя-бомбардировщика, транспортного самолета и ложной цели.

Проще решается задача распознавания по доплеровским «портретам», которые представляют собой распределение по радиальной скорости элементарных отражателей цели, совершающие при ее движении регулярные и хаотические поступательные и вращательные движения. Доплеровский «портрет» самолета характерен наличием в спектре общего доплеровского смещения частоты, составляющих, вызванных маневром цели, регулярных составляющих, связанных с турбинной или винтовой модуляцией, и случайных составляющих, обусловленных вибрациями и рысканием цели.

Однако получение доплеровского «портрета» предполагает излучение непрерывного сигнала. При этом теряются такие важнейшие достоинства РЛС, как разрешение по дальности и возможность использования совмещенной антенны. Тем не менее определенные возможности применения «турбинного» эффекта для распознавания открываются в связи с созданием квазинепрерывных РЛС.

Пространственные, поляризационные, временные и спектральные характеристики отраженных радиолокационных сигналов зависят в основном от следующих четырех разнородных свойств целей:

– размера, формы и материала рассеивающей поверхности;

– движения отражающих элементов относительно друг друга;

– движения всего корпуса цели вокруг центра тяжести;

– перемещение центра тяжести цели в пространстве.

Эти свойства соответственно определяют четыре группы признаков цели. Для распознавания и селекции наиболее информативны те параметры отраженных сигналов, которые обусловлены первым и вторым свойствами целей. Принципы современной радиолокации позволяют определять каждую группу признаков раздельно.

Таким признаком распознавания конкретного типа поражающего элемента ВТО может служить одна из составляющих сигнального признака распознавания – «шумы» цели, вызванные ее движением на траектории полета, различными видами вибрации и движения ее отдельных частей, приводящие к амплитудным и фазовым флюктуациям отраженного сигнала, появлению в спектре общего доплеровского смещения частоты составляющих, вызванных «вторичным» эффектом Доплера.

Движение цели и её частей относительно РЛС вызывают изменения суммарного отраженного сигнала во времени. Эхо-сигнал от сложной цели отличается от сигнала точечного источника модуляцией, вызывающей изменения амплитуды, частоты и относительной фазы сигналов, отраженных от отдельных участков цели. В ряде работ рассматриваются пять типов модуляции отраженного сигнала от сложной цели для случая ближней радиолокации.

С целью оценки ширины и составляющих спектра флюктуации частот в отраженном сигнале от различных классов целей имеется необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований. Рассмотрим более подробно характеристики отраженных радиолокационных сигналов от сложной цели.

Амплитудный шум. Этот наиболее очевидный тип модуляции эхо-сигнала от сложной цели можно представить в виде флюктуирующей суммы многих составляющих векторов со случайно изменяющимися относительными фазами. Амплитудный шум, для удобства рассмотрения, можно разделить по частоте на две составляющие: низкочастотную и высокочастотную.

Небольшие изменения относительной дальности отражателей, вызванными движениями цели на траектории, приводит к соответствующим случайным изменениям относительных фаз отраженных сигналов, а следовательно, к случайным флюктуациям векторной суммы сигналов. Так, например, при рыскании и кренах самолета в спектре отраженного сигнала могут появиться частоты в пределах 10…40 Гц, а маневры по тангажу ведут к формированию в спектре флюктуаций сигнала более высоких частот -100…400 Гц.

Спектры амплитудного шума с низкочастотной составляющей одинаковы как для больших, так и для малых размеров целей. Это объясняется тем, что скорость изменения дальности отражателей является функцией как углового рыскания самолета, так и расстояния от отражателей до центра тяжести самолета.

Высокочастотный амплитудный шум содержит случайную и периодическую составляющие. Случайный шум от такой цели, как самолет, является результатом вибраций и движения его отдельных частей, создающих относительно равномерный спектр шума, ширина которого достигает нескольких сотен Гц, в зависимости от типа самолета.

Для обоснования границ данного диапазона частот необходимо отметить, что на современных самолетах и вертолетах различают, согласно, следующие виды вибраций:

– вибрации, возникающие при работе силовых установок цели – двигательные вибрации и вибрации от движения воздушных винтов;

– аэродинамические вибрации, связанные с особенностями обтекания воздушным потоком конструкций и отдельных частей цели;

– акустические вибрации;

– колебания типа «флатер».

Исследования, посвященные анализу работы двигательных установок летательных аппаратов показывают, что наибольшими по амплитуде смещения являются вибрации на частотах:

1. Для поршневых двигателей – Wкв, 2Wкв, Wв, NWв, где

Wкв-угловая скорость вращения коленчатого вала;

Wв-угловая скорость вращения винта;

N – количество лопастей винта.

2. Для турбовинтовых двигателей – Wв, NWв, Wр, где

Wр – угловая скорость вращения ротора.

3. Для турбореактивных двигателей Wр1, где

Wр1 – угловая скорость вращения первого ротора.

Данные вибрации порождают спектральные отклики на частотах 56… 300 Гц.

4. Для вертолетных двигателей – Wнв, КнвWнв, где

Wнв – угловая скорость вращения несущего винта;

Кнв – количество лопастей несущего винта.

Данные вибрации порождают спектральные отклики на частотах 2…14 Гц.

Исследования, посвященные аэродинамике полета летательных аппаратов показывает, что преобладающих по амплитуде аэродинамические колебания всегда очень близки или совпадают с частотами собственных колебаний конструкции. Наибольшими по амплитуде из этих колебаний являются колебания, соответствующие низким тонам собственных колебаний. При аэродинамических вибрациях конструкция летательного аппарата как бы является своеобразным фильтром, выделяющим только такие колебания, частота которых находятся в зоне резонанса с его собственной частотой. Поэтому, зная значения частоты собственной вибрации элементов конструкции, можно предсказать, на каких частотах вибрации будут максимальными по амплитуде.

В общем случае режим вибрации конструкции объектов, представляющий собой сумму вынужденных и собственных колебаний, определяются как интенсивностью и частотным спектром случайных внешних факторов, так и значениями соответствующих передаточных функций. Величины последних зависят от спектра собственных частот конструкции в целом, ее частей и элементов, а так же коэффициентов демпфирования. Если коэффициенты демпфирования сравнительно не велики, что выполняется на современных летательных аппаратах, то передаточные функции будут иметь большие коэффициенты усиления на всех частотах, совпадающих с собственными, т.е. спектр вибраций реальной конструкции будет в основном узкополосным и зависящим от конструктивных особенностей летательного аппарата.

Акустические вибрации так же имеют частоты, близкие к собственным частотам элементов конструкции и занимают спектральный диапазон 1,5…40 Гц.

Таким образом, для распознавания целей по спектру вибрации необходимо анализировать полосу частот 0…300 Гц.

Угловой шум. При наблюдении за объектом конечных размеров отраженный сигнал является результатом интерференции волн, отраженных от отдельных элементов цели. Флюктуации фазового фронта отраженной волны от сложной цели вызывает блуждание кажущегося источника эхо-сигнала в плоскости цели относительно физического центра цели и его угловое положение зависит от относительных амплитуд и фаз составляющих эхо-сигналов и их угловых положений.

Угловой шум выраженный в линейных единицах смещения кажущегося положения цели относительно «центра тяжести» распределения ее отражателей, не зависит от дальности. Типичные значения sаng для реальных самолетов находятся в пределах 0,15L…0,25L в зависимости от характера распределения основных отражающих элементов. Для небольшого самолета с одним двигателем, не имеющего каких-либо эффективных отражателей на крыле, значение sаng при облучении его с носа близко к 0,1L, тогда для большого самолета с двигателями, расположенными вне фюзеляжа, баками для горючего, размещенными на консолях крыла, значение приближается к 0,3L. При облучении этого самолета сбоку sаng также приближается к значению 0,3L.

Для небольшого самолета с размахом крыла 18 м типичное значение sаng равно 2,7 м, то квадрат радиуса вращения относительно «центра тяжести» для такого самолета равен 3,8 м.

Типичные значения ширины спектра углового шума при сильной турбулентности атмосферы для частот 8,5…10,7 ГГц носят низкочастотный характер и заключаются в пределах от 1 Гц – для небольшого самолета, до 2,5 Гц – для большого самолета в интервале частот 0…6 Гц. Для более низких частот диапазона и менее турбулентности атмосферы ширина спектра уменьшается.

Таким образом, эффективная ширина спектра угловых флюктуаций равна 1…6 Гц.

Значения sаng для целей сложной формы является в сущности постоянной величиной, не зависящий ни от высокой несущей частоты РЛС, если размеры цели равны по крайней мере нескольким длинам волн, ни от скорости случайных движений цели. Спектральное распределение мощности углового шума непосредственно зависит от высокой частоты, турбулентности атмосферы и других параметров.

Угловые ошибки, вызванные угловым шумом, обратно пропорциональны дальности, то влияние этого шума сказывается главным образом на средних и малых дальностях.

Поляризационный шум. Поляризация эхо-сигнала от сложной цели в общем случае отличается от поляризации зондирующего сигнала. Хотя поляризация зондирующего сигнала обычно преобладает в отраженном сигнале, сигнал от отражателей сложной формы и комбинации таких отражателей имеют составляющие с другими видами поляризации. Это означает, что цель со сложной конфигурацией изменяет поляризацию отраженного сигнала, вариация которого эквивалентна некоторому шуму.

Деполяризация радиолокационного сигнала при отражении его от цели вызывает некоторую потерю энергии эхо-сигнала. Измерения показывают, что при линейной поляризации эхо-сигнала преобладает такая же поляризация, как и поляризация излучаемого сигнала, а составляющая ортогональной поляризации, вызванная деполяризующими свойствами сложной цели, на 7–12 дБ ниже.

Полное описание поляризационных свойств цели дается поляризационной матрицей рассеяния, имеющий вид:


Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей, где


di, j – комплексные коэффициенты, характеризующие амплитуду и фазу отраженного от цели сигнала при облучении ее ортогональными поляризационными компонентами электромагнитной волны и приеме отраженного сигнала в ортогональном поляризационном базисе.

Величина деполяризации и фаза кроссполяризационной составляющей сигнала, по сравнению с основной составляющей, описываются элементами d12 и d 21 матрицы.

Деполяризующие свойства целей зависят от их размеров и сложности конфигурации и могут быть существенно различными для разных классов целей.

Например, простая по форме ракета слабо деполяризует сигнал, тогда составляющая d 12 для самолета может достигать 10 дБ и более от уровня составляющей d 11. Таким образом, поляризационная матрица рассеяния может рассматриваться как поляризационный портрет цели.

Шум дальности. Относительные амплитуда и фаза эхо-сигналов от отдельных частей сложной цели и их дальность относительно РЛС влияют на положение «центра тяжести» видеоимпульса при типичном методе сопровождения целей по дальности – определение «центра тяжести» площади видеоимпульса электронным интегрированием. Случайные перемещения цели и ее элементов вызывают изменения во времени этих параметров, а также результирующей дальности. Шум, вызванный флюктуациями дальности сложной цели приводит к ошибке слежения по координате дальности.

В работе приводятся результаты измерений случайных флюктуаций дальности при измерениях по небольшому, большому самолетам и по группе самолетов, устанавливающие связь шума дальности с распределением отражательной способности целей по координате дальности. Среднеквадратическая ошибка измерения дальности с достаточной точностью равна 0,8 радиуса перемещения распределенных отражающих поверхностей цели по дальности или в типичном случае можно принять равной от 10% до 30% от протяженности цели по координате дальности: 30% – для случаев наблюдения самолетов с носа и хвоста и 10% – сбоку.

Форму спектра можно оценить с хорошим приближением, пользуясь функцией для частоты и тем же значением ширины полосы, что и при вычислении спектра углового шума


Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей


N – спектральная плотность мощности шума;

В-ширина полосы шума;

f – частота;

sang – среднеквадратичное значение углового шума.

Возможность захвата желаемой спектральной линии доплеровской следящей системой также ограничивается этим шумом. Шум дальности ограничивает точность измерения скорости, определяемой как производная от дальности во времени и может быть помехой при выборе правильной спектральной линии для слежения.

Спектральное распределение энергии и функции плотности вероятности отражают довольно точную связь шума дальности цели с ее конфигурацией или распределением отражательной способности цели по координате дальности.

Доплеровский шум. Для случая ближней радиолокации по мере сближения цели с РЛС ее угловой размер непрерывно растет. Поскольку направления на отдельные точки и относительные радиальные скорости различаются между собой и имеются нормальные случайные движения цели в полете, отраженные от различных ее участков сигналы слегка отличаются по доплеровской частоте, т.е. спектр отраженного сигнала содержит не одну доплеровскую линию, а является сплошным, с максимумом у средней доплеровской частоты, обусловленной радиальной скоростью цели. Ширина спектра отраженного сигнала растет с увеличением размеров цели.

При рассмотрении доплеровского изменения частоты сигналов, отраженных сложной целью, можно выделить доплеровские спектральные линии от вращающихся частей самолета и непрерывный доплеровский спектр, возникающий случайными отклонениями самолета в полете от заданной траектории.

Наиболее интересную информацию о доплеровском шуме дает форма спектра. Спектр доплеровских флюктуаций частоты представляет собой распределение плотности вероятности Р и показывает, в течение какого относительного времени эта частота попадает в определенный участок ширины полосы. Доплеровский спектр в типичном случае представляется функцией с пиками, симметричной относительно средней доплеровской частоты цели. При доплеровских измерениях имеют значение как положительные, так и отрицательные частоты, т. к. спектр шума эхо-сигнала от фюзеляжа самолета симметричен относительно средней частоты.

Распределение плотности вероятности Р для f можно выразить модифицированной функцией Ганкеля в виде


Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей


K0 – модифицированная функция Ганкеля;

f – частота;

sy – среднеквадратическое значение девиации фазы, обусловленной угловым шумом;

sw – среднеквадратическое значение частоты рыскания.

В работе приводится примерный расчет Р для большого самолета с размахом крыла 40 м, наблюдаемого с носа РЛС на длине волны 0,032 м, при типичной среднеквадратической скорости рыскания 0,8°/c, совершающего полет по прямой. Функция


Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей


f – рабочая частота передачика РЛС;

fd – средняя доплеровская частота от корпуса самолета

Необходимо отметить, что любое постоянное значение скорости виража или изменения ракурса приводит к расширению доплеровского спектра и изменению его формы, выражающееся в менее резком спадении функции Р вблизи ее максимума, а также к дополнительному сдвигу всего спектра в виду изменения средней радиальной скорости.

Составляющие эхо-сигнала от вращающихся и колеблющихся элементов самолета вызывают появление не только амплитудной модуляции с парами спектральных линий, расположенных симметрично относительно доплеровского спектра эхо-сигнала от фюзеляжа самолета, но и чистую частотную модуляцию, создающую отдельную группу доплеровских линий, расположенных по одну сторону от доплеровского спектра корпуса самолета.

Приведенный примерный доплеровский «портрет» самолета характерен наличием в спектре составляющих, вызванных «вторичным» эффектом Доплера, регулярных составляющих, связанных с турбинной или винтовой модуляции и случайных составляющих, обусловленных вибрациями и рысканием цели. Наиболее информативной является составляющая турбинного эффекта, частота которой зависит от конструкции и скорости вращения компрессора двигателя. Уровень турбинной составляющей лежит на 15–20 дБ ниже основной составляющей.

Вторичная модуляция приводит к существенному расширению амплитудно-частотного спектра отраженного сигнала. При этом в спектре отраженного сигнала содержится целый ряд узкополосных дискретных составляющих, частотное положение которых однозначно связано с техническими и конструктивными характеристиками двигателей самолетов и вертолетов.

Для целей с прямоточными реактивными двигателями или без двигателей вообще, отраженный сигнал имеет сплошной быстрозатухающий спектр дискретных составляющих.

Спектр сигнала отраженного от вертолета симметричен относительно несущей и имеет спадающий характер. Кроме центральной составляющей спектр имеет ряд спадающих боковых составляющих в полосе до ±10 кГц.

В результате вторичной модуляции в структуре отраженного сигнала отображаются радиолокационные свойства цели – ее способность изменять амплитудные, частотные и фазовые характеристики зондирующего сигнала, что позволяет формировать акустический «портрет» сопровождаемой воздушной цели и прослушивание его через звуковой канал системы распознавания. Звуковой канал данной системы позволяет решить следующие основные задачи распознавания:

– определить класс сопровождаемой цели;

– определить начало маневра целью;

– определить момент пуска сопровождаемой целью ПРР;

– определить факт поражения цели ЗУР.

Самолеты при наблюдении их спереди обычно представляются совокупностью N основных локальных отражателей: нос фюзеляжа, кабина, передние кромки крыльев, их стыки с фюзеляжем, воздухозаборники двигателей, подвесные баки и контейнеры, хвостовое оперение, т.е. так называемые «блестящие точки». Для пилотируемых самолетов обычно N>5, а для ракет N не более 2–3.

В сантиметровом диапазоне длин волн отраженный сигнал в основном определяют зеркальные рассеяния участков поверхности с радиусом кривизны Rxy >>l и дифракционные рассеяния участков излома поверхности. Наряду с «блестящими точками» на поверхности цели могут быть резонансные элементы и шероховатые участки с диффузным рассеянием.

В результате сложения колебаний, отраженных от различных участков цели, возникают частотные биения – явление именуемое «вторичным» эффектом Доплера. Результаты теоретических и экспериментальных исследований свидетельствуют, что значение частот биений Fдб зависят от геометрических размеров цели, дальности, курсового угла и радиальной скорости цели, рабочей длины волны РЛС.


Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей


Fдб – частота биений «вторичного» эффекта Доплера;

Vr – радиальная скорость цели;

L – геометрические размеры цели;

D – расстояние до цели;

a – курсовой угол цели относительно РЛС;

l – рабочая длина волны РЛС.

«…связь между спектром флюктуаций и размером цели…» может быть использована для определения ее размеров.

Для этого необходимо иметь данные о расстоянии до цели и ее курсовом угле, а также произвести измерение ширины спектра флюктуаций DFдб или времени корреляции сигнала t0 »1/DF.

Ширину спектра флюктуаций DFдб можно определить учитывая, что cosa»L / 2D,


Признаки радиолокационного распознавания противорадиолокационных ракет и их носителей


Экспериментальным путем установлено, что в сантиметровом диапазоне длин волн ширина энергетического спектра флюктуаций частот малоразмерных целей лежит в пределах от десятых долей до нескольких Гц.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: