Увеличаване на вероятността за откриване на нисколетящи цели

Един от сложните проблеми на борбата с нисколетящите цели (НЛЦ) е своевременното им откриване. Ето защо възможностите на противовъздушната отбрана (ПВО) в значителна степен се определят от ефективността на създаваното за тази цел нисковисочинно радиолокационно поле.

При работата на РЛС по НЛЦ специфичните затруднения, свързани с откриването на целите и насочването на конвенционалните и ракетните средства за борба се проявяват от действието на редица фактори, които могат да се сведат до:

• наличие на постилаща за РЛС повърхност;
• екраниращото влияние на местните предмети и земната повърхност;
• физическото състояние на приземния (приводния) слой на атмосферата.

Най-големи възможности за откриване на НЛЦ (по отношение разстоянието на откриване) притежават системите с въздушно базиране (например от типа на AWACS, МиГ-31, Ту-126 и други). Например РЛС на AWACS притежава възможности за откриване на НЛЦ на разстояния 300-400 км. Бойното използване и осигуряването на една такава сложна система не е по силите на държавите, притежаващи сравнително малък военно-икономически потенциал. Ето защо основен път за подобряване на характеристиките на откриване на РЛС при работата им по НЛЦ както за нашата, така и за много други страни, е усъвършенстването на наземните РЛС в съчетание с използването на стройна система от организационно-технически мероприятия.

Една от главните особености на работата на наземните РЛС по НЛЦ се състои в това, че в радиоприемното устройство заедно с отразените сигнали от целта постъпват и сигнали, които са отразени от земната (морската) повърхност. Последните оказват смущаващо влияние върху работата на РЛС и поради много голямата си интензивност (40-70dB) в сравнение с интензивността на вътрешните шумове на радиоприемното устройство, правят невъзможно отделянето на сигналите от целта по пряк път. Освен това, при планински характер на местността в зоните на РЛС за откриване и в зоните на поражение на стрелбовите комплекси се образуват дълбоки провали (брешове), които в крайна сметка обуславят и ниската ефективност на нисковисочинното радиолокационно поле като цяло.

По същество борбата за увеличаване ефективността на откриване на НЛЦ от РЛС в значителна степен се свежда до борба с неорганизираните пасивни смущения, които се създават при отражението на електромагнитните вълни (ЕМВ) от обемно или повърхностно – разпределени физически образувания. Прилагането на тактиката от противниковите средства за въздушно нападение – полет на малки височини в съвременните бойни действия, неминуемо се съпровожда от постоянното използване на организирани активни смущения. Затова решаването на актуалната задача за борбата с НЛЦ не бива да се откъсва от решаването на задачата за откриването на целите на фона на организираните от противника активни смущения.

РЛС – пространствен и времеви канал

Представянето на структурата на РЛС като пространствено-временно типово звено, очертава два канала – пространствен и времеви. Първият включва антенната система на РЛС, а вторият – радиоприемното устройство.

В нашата и задграничната литература процесите, извършващи се в РЛС се разглеждат като функции на времето и пространството, а методите за борба със смущенията се основават изключително на времевите и пространствените различия в характеристиките на целта и смущенията.

Сравнително пълно разработената теория, основаваща се на времевото разглеждане на процесите в РЛС, дава много добри резултати, когато откриването на целите се осъществява на фона на вътрешните шумове на радиоприемното устройство или на фона на стационарните времево корелирани външни пасивни смущения. Използваните антенни системи с плътна апертура, формиращи диаграми на насоченост (ДН) с различна форма (косекансна, модифицирана косекансна или със стръмен спад при малките ъгли на място, иглообразна, многолистова и с компенсация на страничните листа), заемат определено място при решаването на задачите на радиолокацията на НЛЦ. Антенните системи с плътна апертура, осъществяващи съгласувана филтрация (равномерно сумиране на сигналите от определена посока) или по определен закон не позволяват реализирането на оптимална обработка на радиолокационните сигнали на фона на външните смущения. При търсенето, съпровождането и обстрела на НЛЦ смущенията проникват както през страничните листа, така и през главния лист на ДН и в крайна сметка съгласуваната филтрация се оказва недостатъчна за съвременната радиолокация.

Подобряването на характеристиките на откриване на РЛС при решаващата роля на външните неизотропни смущения е особено актуален и доведе до изискването статистическата теория на системите за откриване да се разглежда от пространствено-времева гледна точка. Това като следствие предполага разглеждането на приеманите от антенната система сигнали като пространствено-времеви и включването на антенната система на РЛС в единна система за обработка на радиолокационните сигнали. Потенциалните възможности при откриване на полезните сигнали на фона на външните смущения могат да се постигнат на базата на системи, извършващи съвместно пространствено-времевата обработка на радиолокационните сигнали. Големите затруднения от математическо естество, срещани при синтеза на системите от указания вид и необичайно високата цена при практическа реализация обикновено ги правят почти неприложими в намиращите се на въоръжение РЛС. На практика се търсят условия при изпълнението, на които е възможно разделното извършване на оптималната пространствена и оптималната времева обработка, т.е. условия, опростяващи математическия синтез и позволяващи независимото оптимизиране на антенната система и на радиоприемното устройство.

За осъществяване на ефективно потискане на смущенията е необходимо да се осъществи ъглова режекция (провали) в ДН на антенната система, съгласувана с характеристиките на смущенията. Последното е възможно в антенни системи дискретен тип, извършващи оптимална или близка до оптималната (квазиоптимална) пространствена обработка на радиолокационните сигнали. Създаването на провали в ДН на антенната система, съгласувани с характеристиките на смущенията, изисква разделно управление на амплитудите и фазите на токовете на възбуждане във всяка точка от апертурата, което предполага наличието на съответни устройства за решаване на тази задача. Ето защо антенните системи, осигуряващи оптимална (от гледна точка на съвкупност показатели на качеството) пространствена обработка на радиолокационните сигнали се строят на базата на антени с дискретна апертура, т.е. фазирани антенни решетки (ФАР).

Постановка на задачата за синтез на оптимална антенна система (линейна ФАР)

При откриването на импулсни радиолокационни сигнали на фона на смущенията, създавани от съсредоточени и повърхностно-разпределени обекти, полезните сигнали и смущенията имат случаен характер в апертурата на антенната система. Решават се следните задачи:

• предлага се изследване на възможностите за синтез на структурата на оптимална антенна система (ФАР) за пространствена обработка при откриването на импулсни радиолокационни сигнали на фона на смущенията, създавани от съсредоточени и повърхностно-разпределени обекти, при случаен характер на полезните сигнали в апертурата на системата. Kритерий за оптималност-максимум на вероятността за правилно откриване на целта;
• определят се оптималните числови стойности на амплитудите и фазите на токовете на възбуждане в апертурата на синтезираната антенна система и се построяват съответните ДН за случаите, когато откриването на целта се осъществява на фона на смущенията, създавани от съсредоточени и повърхностно-разпределени обекти;
• провежда се математическо моделиране за проверка на някои теоретически постановки за синтез на структурата на антенна система за оптимална пространствена обработка на сигналите на фона на смущения, създавани от съсредоточени и повърхностно-разпределени обекти.

Подобряването на характеристиките на откриване на РЛС при наличие на смущения от земната (морската) повърхност може да се постигне при отчитане на цялата априорна информация за пространствените характеристики на полезните сигнали и смущенията при решаване на задачата на откриването. В общ вид задачата за откриването на пространствено-временен сигнал на фона на гаусови смущения е формулирана и решена. [1] Операциите на оптималната пространствена обработка се определят от отношението на правдоподобието за пространствената смес на полето от сигнал и смущение във фиксиран момент от времето. [1,4] ФАР осъществява дискретна извадка с краен размер от реализацията на полето в ограничена област от пространството. Описването в явен вид на отношението на правдоподобието изисква знанието на вектор-стълба на входната смес, вектор-стълба на сигналите, целта и пространствената корелационна матрица на смущенията, която може да се получи от пространствената корелационна функция (ПКФ), описваща взаимовръзката на смущението в две точки от пространството.

Определяне на пространствената корелационна функция на смущенията

Ще построим математически модел на смущенията, създавани от повърхностно-разпределени радиолокационни обекти.

Към класа на смущенията, създавани от повърхностно-разпределени обекти, спадат пасивните смущения, които се създават при отражението на електромагнитните вълни (ЕМВ) от земната и морската повърхност. Независимо от различията във физическата природа земната и морската повърхност притежават общи свойства като [3, 5]: създаваните смущения както от земната, така и от морската повърхност, представляват случаен процес с шумоподобен характер и се характеризират с нормален закон на разпределение на вероятностите; възможност за представяне структурата на земната и морската повърхност във вид на значителен брой статистически независими и приблизително еднакви по размери отражатели. Тези общи свойства позволяват разглеждането на смущенията от земната и морската повърхност от обща гледна точка.

За получаването на математически изрази, описващи отразения сигнал от повърхностно-разпределен обект, ще използваме следната постановка: отражението на ЕМВ се осъществява от значителен брой статистически независими отражатели, приблизително еднакви по размери (фацетен модел) [3]; диаграмата на насоченост (ДН) на неподвижна РЛС е отклонена от нормалата т.е. участъкът създаващ смущенията, се ограничава от ширината на ДН (фиг. 1); участъкът, създаващ смущенията, е плосък и разположен в зоната на Фраунхофер (далечната зона на антената). Използването на такъв модел на базата на централната гранична теорема на Ляпунов гарантира нормален закон на разпределение на вероятностите на отразените сигнали.

Ако разбием отфилтрираното от ДН пространство на елементарни телесни ъгли така, че във всеки един елементарен телесен ъгъл да попада по един статистически независим отражател, то даден отражател ще се визира под ъгли ,. За определяне вида на пространствено-временната корелационна функция (ПВКФ) на смущенията от повърхностно-разпределен обект ще бъде използувана класическата постановка [4,5] при изпълнение на условията за мултипликативно представяне на отразените сигнали (това се осъществява при теснолентови отразени сигнали) …

Пълният текст на статията „Увеличаване на вероятността за откриване на нисколетящи цели“ в PDF файл тук.