Использование радиоизлучения вещательных станций в качестве подсветки целей в МПРЛС

 

 

 

Реферат

на тему:

 

 

 

 

«Использование радиоизлучения вещательных станций в качестве подсветки целей в МПРЛС»

 

 

 

 

 

Выполнил: Богодаров А.Ю.

Научный руководитель: д.т.н., проф. Котов А.Ф.

 

 

 

 

 

 

Москва

2012г.

Оглавление

Введение 3

Требования к источникам сигнала подсвета 5

Радиовещание в  диапазоне KB 11

Радиовещание с  частотной модуляцией в диапазоне  УКВ 11

Вещательные и исследовательские спутники 12

Службы цифрового  радиовещания 12

Сравнительный анализ источников подсвета 16

Стандарты цифрового  вещания. 18

Цифровое ТВ-вещание 18

Цифровое радио (DAB). 20

Примеры действующих  РЛК с подсветкой вещательными передатчиками 21

Заключение 23

Список литературы. 24

 

 

 

Введение

В настоящее время воздушное  пространство над любым крупным  городом РФ на малых высотах не контролируется радиолокационными  средствами. Радиолокационный контроль осуществляется в зоне, высота которой  превышает, по крайней мере, несколько  сотен метров. Тем не менее, в этой воздушной зоне осуществляет полеты малая авиация.

Поэтому актуальной задачей  является круглосуточный радиолокационный контроль воздушного пространства над  крупными городами РФ на малых высотах  и управление полетами малой авиации  в этой воздушной зоне.

Для решения указанной  задачи целесообразно использовать в качестве подсветки целей имеющиеся  в крупном городе и работающие круглосуточно мощные источники  радиоизлучений. Одними из наиболее подходящих источников являются передатчики телевизионных  сигналов (ТВ-передатчики), установленные  в верхней части телебашен.

Одним из вариантов пассивного обнаружения самолётов, при использовании  в качестве подсветки телесигнала, является использование канала цифрового  телевидения. В настоящее время  в России действует в тестовом режиме один передатчик цифрового телевидения  на частоте 560 МГц. Передатчик имеет мощность 1.3 кВт и установлен на Останкинской телебашне. Полный переход от аналогового вещания к цифровому в России планируется осуществить к 2015му году.

Преимуществом сигнала цифрового  телевидения является его широкая  полоса – 8 МГц. Кроме того, передача информации в нём происходит со сжатием по стандарту MPEG2, т.е. с удалением повторяемости в сигнале с целью уменьшения объёмов передаваемой информации и более эффективным использованием выделенной полосы.

В 90-х годах XX в. во Франции, Великобритании, США, Белоруссии и некоторых  других странах получила практическое развитие технология радиолокации с  посторонним подсветом от телевизионных (ТВ) и радиовещательных передатчиков  - полуактивная радиолокация. Основные преимущества полуактивных радиолокационных систем (ПА РЛC) обусловлены отсутствием собственного радиопередатчика. При этом достигается абсолютная радиотехническая скрытость, не требуется выделение дефицитного радиочастотного ресурса, отсутствует вредное воздействие на экологию окружающей среды и человека. Эти PЛC не создают взаимных помех, более экономичны в производстве и эксплуатации по сравнению с активными системами. Большие высоты поднятия антенн и мощности используемых широковещательных передатчиков создают благоприятные условия для обнаружения маловысотных и малоразмерных целей. Кроме того, двухпозиционная топология ПА РЛС помогает обнаруживать летательные аппараты, изготовленные по технологии «стэлс», поскольку бистатическая ЭПР этих аппаратов, в ряде случаев выше, чем при обратном рассеянии.

В общем случае ПА РЛС  представляет собой многопозиционную систему, состоящую из одного или  нескольких источников сигнала подсвета и одной или нескольких приемных станций, разнесенных в пространстве. Последние связаны между собой  в единую систему обработки радиолокационной информации.

Элементарной структурной  единицей такой РЛС является бистатическая система (рис. 1). Обнаружение сигнала, отраженного от цели, принятого основной (как правило, направленной) антенной,

Рис. 1. Бистатическая РЛС с посторонним подсветом: 1 - цель; 2 - прямой сигнал; 3 - источник сигнала подсвета; 4 - РЛС

 

осуществляется корреляционным методом, причем опорный сигнал для коррелятора  принимается вспомогательной антенной напрямую от источника подсвета. При обнаружении отраженного сигнала фиксируется азимут цели Θ_Ц по угловому положению основной антенны, определяется время запаздывания отраженного от цели сигнала относительно опорного сигнала и доплеровский сдвиг частоты отраженного сигнала Ω_дс.

Координаты цели определяются с  помощью угломерно-эллиптического метода. При этом по времени запаздывания вычисляется суммарная дальность:

 , (1)

где r₁ - расстояние от источника подсвета до цели; r_ц - расстояние от цели до приемной антенны PJIC; с - скорость света; d - расстояние от источника подсвета до PJIC (база).

Расстояние до цели определяется выражением:

 ^,        (2)  

По доплеровскому сдвигу частоты отраженного сигнала  вычисляется радиальная скорость цели (проекция вектора скорости на бистатическую  ось, показанную штрихом на рис. 1):

 ,              (3) 

λ -  длина волны сигнала  подсвета; V_ц - модуль вектора скорости цели; φ - угол между вектором скорости цели и биссектрисой бистатического угла; β - бистатический угол.

К основным проблемам ПА РЛС относится, во-первых, выбор источников сигнала подсвета, обеспечивающих приемлемые радиолокационные характеристики, во-вторых, подавление прямого сигнала (рис. 1), превышающего полезный сигнал по уровню на 60-90 дБ.

Требования к источникам сигнала  подсвета

В настоящее время на территории любого государства существует огромное число источников электромагнитных волн. На населенных территориях эксплуатируется практически весь имеющийся электромагнитный ресурс. Далеко не все источники могут использоваться для радиолокационного подсвета. Требования к источникам подсвета ПА PJIC можно разделить на следующие категории.

1. Пространственное покрытие определяется формой ДН антенны и излучаемой мощностью. Для радиолокационного подсвета наиболее подходят источники, создающие сплошное радиолокационное поле на большой территории, а именно наземные передатчики со слабонаправленной антенной в азимутальной плоскости, а также авиационные и спутниковые системы. Мощность таких передатчиков должна быть достаточной для обнаружения вторичного излучения целей. Предполагаемые плотности потока мощности излучения у цели, рассчитанные для условий распространения в свободном пространстве, показаны на рис. 2.

Рис. 2. Плотности  потока мощности, создаваемые различными источниками подсвета

Отметим, что плотности  потока мощности излучения у цели от удаленных на 1000 км типичных радиовещательных радиопередатчиков КВ-диапазона  могут достигать значений (70-80) дБ Вт/м².

2. Временное покрытие  определяется графиком работы  передатчика, используемого для  подсвета, на территории, обслуживаемой  ПА РЛС. С этой точки зрения  выгодно использовать системы  с круглосуточным вещанием. Для  авиационных источников и источников, расположенных в космическом  пространстве на околоземной  орбите, необходимо учитывать перемещение  области подсвета на земной  поверхности. Например, достаточно  мощное излучение, создаваемое  РЛС разведывательного спутника ENVISAT, малопригодно для скрытной  радиолокации, поскольку спутник  осуществляет последовательный  обзор всей земной

поверхности, и каждый ее участок  попадает в зону подсвета не чаще одного раза в несколько дней.

3. Частотный диапазон определяется классом контролируемых целей. В общем случае частоты сигналов подсветки могут охватывать рэлеевские и резонансные области вторичного излучения целей. В рэлеевских областях проявляется дифракционное огибание целей волнами подсветки, и принимаемый сигнал существенно ослабляется. В резонансных же случаях отраженные сигналы возрастают. Искусственные меры имитации и маскировки целей, эффективные, например, в сантиметровом диапазоне волн, на декаметровых и метровых волнах могут оказаться неэффективными. Однако на более низких частотах в силу ограничений, накладываемых ионосферой на допустимую ширину спектра сигнала, потенциальная разрешающая способность по дальности также ограничена. С точки зрения реализации аппаратуры ПА РЛС предпочтительным является использование излучений метрового и дециметрового диапазонов. На более низких частотах возрастают размеры антенных систем. На более высоких частотах увеличиваются потери при распространении радиоволн, ухудшаются шумовые характеристики приемного тракта.

4. Функция неопределенности (ФН) сигнала подсвета определяет такие характеристики РЛС, как разрешение по дальности и радиальной скорости цели, однозначность определения данных параметров. Боковые лепестки ФН влияют на характеристики обнаружения сигнала. Идеальной является ФН кнопочного типа, характерная для непрерывных шумоподобных сигналов.

5.  Стабильность характеристик сигнала определяет постоянство во времени характеристик обнаружения и разрешения ПА РЛС. Наилучшей стабильностью обладают цифровые системы, в которых модуляция несущей осуществляется псевдослучайными сигналами или рандомизированными цифровыми информационными потоками. Примером источника крайне нестабильного сигнала подсвета является ЧМ-радиовещательная станция. Ширина спектра этого сигнала может изменяться в течение трансляции в 2-3 раза при передаче музыки и в 10 и более раз при передаче речи (в паузах между словами). Для ПА РЛС это означает такие же колебания разрешающей способности по дальности, а также мощности отраженного сигнала (если спектральную плотность принять постоянной).

Рассмотрим возможные источники  радиолокационного подсвета.

Характеристики возможных источников радиолокационного подсвета Аналоговое телевизионное вещание. Сигналы  наземного аналогового телевизионного (ТВ) вещания рассматривались как  наиболее пригодные для радиолокационного  подсвета со времен создания первых ПА РЛС и до появления служб цифрового  радиовещания.

В спектре полного ТВ-сигнала (рис. 3) можно выделить три наиболее энергоемких  составляющих: несущая сигнала яркости, модуляционная составляющая сигнала  яркости, включая сигнал цветности, и сигнал звукового сопровождения (ЗС).

Рис. 3. Спектр полного ТВ-сигнала, принятый с расстояния 13 км на комнатную антенну и измеренный спектроанапизатором Hewlett-Packard: 1 - сигнал яркости с несущей; 2 - сигнал цветности; 3 - сигнал ЗС

 

Несущая является удобным средством  обнаружения отраженного от цели сигнала при неизвестном времени  запаздывания t₃ и однозначного определения доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала с разрешением, обратно пропорциональным времени его когерентного накопления. Определение времени запаздывания сигнала невозможно.

Амплитудно-модулированный сигнал яркости  является непрерывным периодически коррелированным сигналом и его  ФН имеет многолепестковый по задержке характер (рис. 4). Сигнал яркости может  использоваться для обнаружения, неоднозначного определения времени запаздывания отраженного сигнала (дальности  цели) и однозначного определения  доплеровского сдвига частоты отраженного  сигнала (радиальной скорости цели).

 

Рис. 4. Типичный вид функции неопределенности ТВ-сигнала яркости

 

Анализ ФН (табл. 1) и спектров ТВ сигналов яркости показывает, что  его параметры в среднем изменяются в течение трансляции в следующих  пределах: время корреляции внутристрочных флуктуаций τ_0я = 2...5 мкс, эффективная ширина спектра Δf_0я = 100...250 кГц. Следовательно, потенциальная разрешающая способность по дальности м.

 В связи с высокой корреляцией  строк ТВ-сигнала, период повторения  которых равен Т_п = 64 мкс, диапазон однозначного определения дальности ограничен км, что является существенным недостатком данного сигнала подсвета. Для устранения этого недостатка могут быть использованы методы фильтрации первичных оценок координат цели.

Предложен также метод декорреляции ТВ-сигнала яркости путем череспериодного  вычитания, который эффективно устраняет  неоднозначность, но приводит к существенным энергетическим потерям сигнала.

Частотно модулированный сигнал звукового  сопровождения является непрерывным  непериодическим сигналом. Функция  неопределенности этого сигнала, как  правило, имеет один выраженный максимум (рис. 5), поэтому возможно однозначное  определение времени запаздывания и доплеровского сдвига частоты  отраженного сигнала.

Рис. 5. Типичный вид функции неопределенности ЧМ- сигнала звукового вещания

 

Измерения показывают, что эффективная  ширина спектра сигнала звукового  сопровождения может изменяться в пределах Δf_зс = 10... 100 кГц, что подтверждается и результатами анализа ФН (табл. 2). Разрешение по дальности на порядок хуже, чем у сигнала яркости, и равно

Δr = c/( Δf_зс) = 1,5…15 км.

Функция неопределенности сигналов яркости  и звукового сопровождения имеют  достаточно большой уровень боковых  лепестков С_бок, достигающий в среднем -8 дБ, что приводит к ухудшению характеристик обнаружения, как видно из формулы для расчета отношения сигнал/помеха без учета мешающих отражений:

Таблица 1. Параметры функций неопределенности ТВ-сигнала яркости, рассчитанные по результатам обработки 27 изображений

Параметр	Мин.	Средн.	Макс.	СКО
Ширина главного лепестка по τ, мкс	4	7,69	17	3,47
Максимальный уровень боковых  лепестков, дБ	-13	-8,27	-4	2,79
Средний уровень боковых лепестков, дБ	-22,33	-17,08	-10,81	2,99
Коэффициент корреляции строк ТВ СЯ	0,837	0,967	0,995	0,033