Методы и способы защиты от пассивных помех

Системы защиты импульсных РЛС от пас­сивных помех основаны на использовании различия в скорос­ти перемещения пассивных помех (отражателей) и цели, так как при облучении движущихся целей происходит изменение структуры отраженного сигнала по сравнению с сигналом, отраженным от пассивных помех (частота, ширина спектра сигнала, период посылок, длительность импульса).

В радиовизирах цели, работающих в непрерывном режи­ме, исключение влияния пассивных помех может быть до­стигнуто постановкой в приемном устройстве режекторных фильтров, область режекции которых совпадает со спектром сигнала, отраженного от пассивных помех, при этом спектр сигнала, отраженный от движущейся цели, оказывается вне области режекции.

В импульсных РЛС, могут использоваться и другие различия. В частности, при зондировании цели последовательностью коротких радиоим­пульсов каждая составляющая спектра той же последова­тельности радиоимпульсов, отраженных от приближающейся цели, будет иметь частоту f_kv= f_k(1+2V_цр/С)= f_k+F_Д

где: f _к — гармоника спектра радиоимпульсов передатчика;

V _пр — радиальная составляющая скорости цели;

с— скорость распространения электромагнитных волн;

F_Д—частота Доплера.

Частотный интервал между соседними гармониками спек­тра отраженного сигнала F:

F_Д= F _п (1+2V_цр/С)

где: F _п — частота посылок зондирующих радиоимпульсов.

Таким образом, спектр сигнала от движущейся цели сдви­гается в сторону больших частот.

Частотный интервал между центральной частотой и пер­вым нулем спектра отраженной последовательности радиоимульсов длительностью t_и, т. е. спектр отраженного сигнала от движущейся цели расширя­ется.

Вместе с этим происходит изменение и периода следова­ния отраженных импульсов в результате непосредственного движения цели, приближающейся (или удаляющейся) за пе­риод повторения Т _п на расстояние DD=V_цр Т _п, что соответ­ствует изменению времени запаздывания на величину

D t_з= D Т _п= 2 DD /С=Т _п * 2V_цр/С

Наконец, отраженные импульсы имеют меньшую длитель­ность по сравнению с зондирующим, так как деформация спектра приводит к деформации сигнала по временной оси на величину Dt_и,

где: Dt_и=- 2V_цр/С

Если цель удаляется от радиолокатора, то все изменения параметров сигнала будут иметь обратный знак.

Для селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне помех принципиально можно использовать любые из рассмотрен­ных отличий отраженного сигнала, обусловленные радиаль­ной составляющей скорости цели.

Однако относительное изменение частоты и длительности импульса настолько мало, что их непосредственное измере­ние затруднено.

Селекция движущихся целей на фоне помех производит­ся по изменению периода следования отраженных импульсов.

Однако, в связи с тем что численное изменение промежут­ка между импульсами, обусловленное радиальной скоростью, невелико, например, для T_n=10^-3 с и V_цр=150 м/с оно со­ставляет 10^-9 с, то деформацию сигнала можно заметить лишь по изменению фазы колебаний высокой частоты при­нимаемого сигнала от импульса к импульсу.

Это различие фиксируется фазометрическим способом.

Если расстояние до цели от импульса к импульсу остает­ся неизменным (V_цр=0), то сдвиг фаз между высокочастот­ными колебаниями излучаемого и принимаемого сигналов будет оставаться постоянным.

Если цель движется равномерно, то дальность до цели за период посылок T_п зондирующих импульсов изменится на ве­личину DD=V_црТ_п, а изменение фазы отраженного сигнала за это же время составит

D j=2p* DD/l= 2p* 2 V _цр/l* T_п

где: l—длина волны зондирующего сигнала.

Величина 2V_цр/l, имеющая размерность частоты, численно равна разности между несущими частотами зондирующе­го и отраженного сигналов и называется частотой Доплера.

Таким образом, фаза сигналов, отраженных от цели, со­вершающей полет с радиальной скоростью, отличной от ну­ля, изменяется на величину, зависящую от радиальной ско­рости цели, длины волны и частоты посылок зондирующих импульсов локатора.

Чтобы определить фазовые изменения отраженных сигна­лов (для последующей селекции движущихся целей по дан­ному признаку), необходимо располагать опорным напряже­нием, фаза которого принимается за эталон. В качестве эта­лонного может использоваться либо синусоидальное напря­жение специального генератора, входящего в состав системы СДЦ (система СДЦ с внутренней когерентностью), либо си­гнал отраженный неподвижным объектом (система СДЦ с внешней когерентностью).

Один из возможных вариантов структурной схемы систе­мы СДЦ с внутренней когерентностью показан на рисунке 4.4.

В связи с тем что построение стабильного генератора на несущей частоте визира цели и сравнение фаз на высокой частоте вызывают ряд технических трудностей, генератор опорного напряжения работает и фазируется на промежуточ­ной частоте и называется когерентным гетероди­ном, а опорное напряжение Uкг—когерентным.

Сигналы, формируемые передатчиком визира, одновремен­но подаются на антенну и на вход смесителя фазирующего импульса. Импульсное напряжение промежуточной частоты, фаза которого жестко связана с фазой зондирующего им­пульса, с выхода смесителя фазирующего импульса U^ по­дается на когерентный гетеродин, навязывая его колебаниям фазу высокочастотных колебаний передатчика, обеспечивая тем самым эталонность фазы опорного напряжения.

Отраженные импульсы, имеющие частоту f_о±F_Д уси­ливаются усилителем высокой частоты и попадают на смеси­тель сигнала, на выходе которого формируется напряжение с частотой f_пч±F_д . Фаза отраженного сигнала U_c сравнивается с фазой частоты когерентного гетеродина U_кг на фазовом детекторе.

Фазовый детектор, реагируя на изменение модуля гео­метрической суммы напряжений отраженного сигнала и когерентного гетеродина (рис. 4.5, а), осуществляет пре­образование фазовых изменений отраженного сигнала в амплитудные. При использовании фазометрического метода различие между движущейся и неподвижной целью заключается в том, что напряжение на выходе фазо­вого детектора для неподвижных целей будет неизменным от импульса к импульсу (рис. 4.5, б), а для движущихся целей будет изменяться от периода к периоду (рис. 4.5, в).

Если фаза отраженного сигнала относительно когерентно­го за период посылок изменяется на четное число p, то ам­плитуда импульсов на выходе фазового детектора не меня­ется.

Радиальные скорости цели и частоты Доплера, при кото­рых наблюдается это явление, называются «слепыми».

V _{цр сл}= К*l/2Т_п

«Слепая» скорость опасна тем, что сигналы от цели, обла­дающей такой скоростью, так же как и сигнал от местного предмета, подавляются. Как следует из последнего выражения, «слепые» скорости зависят как от l, так и от T_п.

Уменьшение влияния «слепых» скоростей на работу ра­диолокационного визира достигается изменением периода по­вторения зондирующих импульсов.

С выхода фазового детектора импульсы, промодулированные по амплитуде (при приеме сигналов от подвижных объ­ектов), или последовательность импульсов постоянной ампли­туды (при приеме сигналов от неподвижных объектов) по­ступают на компенсационную часть системы СДЦ, которая служит для подавления пачек импульсов постоянной или медленно изменяющейся амплитуды (сигналы от местных предметов или дипольных отражателей) и сохранения пачек импульсов с существенно изменяющейся амплитудой (сигна­лы, отраженные от подвижных целей).

Простейшая компенсационная часть содержит задержи­вающее устройство и вычитающее устройство.

Импульсные сигналы с фазового детектора проходят на один из входов вычитающего устройства без задержки, а на другой — с задержкой на период посылок T_п. Если сиг­налы приняты от пассивных помех, то вычитающим устрой­ством будут скомпенсированы практически все импульсы, ос­танутся нескомпенсированными только первый и последний импульсы пачки отраженных импульсов.

При приеме сигналов от движущейся цели в результате вычитания из незадержанной пачки импульсов задержанной на время Т_п на выходе вычитающего устройства формируют­ся импульсы, амплитуда которых отлична от нуля.

В зависимости от построения и принципа работы компен­сационной части системы СДЦ классифицируются по числу ступеней череспериодного вычитания и по типу применяе­мого устройства задержки. По числу ступеней вычитания си­стемы СДЦ подразделяются на системы с однократным, трехкратным и четырехкратным череспериодным вычита­нием.

В качестве устройств задержки могут применяться уль­тразвуковые линии задержки, потенциалоскопы и т. д.

Рис.4.6. Эпюры напряжений на выходах и входе вычитающего устройства при приеме сигналов то пассивных помех:

а – сигналы, принятые от пассивных помех;

б – задержанный на один период досылок сигнал от пассивных помех;

в – сигнал на выходе вычитающего устройства

Для селекции движущихся целей на фоне отражений от поверхности земли и местных предметов могут быть исполь­зованы методы распознавания образов, базирующиеся на теории статистических решений. Карты помех записываются в памяти ЦВМ, в связи с тем, что после обработки в ЦВМ, распределение амплитуд сигналов, отраженных от местных предметов, от­личается от распределения амплитуд сигналов, отраженных от движущихся целей, появляется возможность их селекции.

Вывод: Системы защиты импульсных РЛС от пас­сивных помех основаны на использовании различия в скорос­ти перемещения пассивных помех (отражателей) и цели.