Проектирование устройства автоматической компенсации доплеровской частоты для СДЦ РЛС 5Н84А

дипломная работа

1.1 Краткие сведения о дипольных помехах и связанные с ними особенности

ДРО представляют собой тонкие пассивные вибраторы, изготовленные из металлизированной бумаги, металлизированного стеклянного волокна, алюминиевой фольги, нейлонового волокна, покрытого серебром, и других материалов. Их длину и толщину выбирают такими, чтобы обеспечить наиболее эффективное рассеяние радиоволн при меньших размерах.

Максимальное значение ЭПР имеют ДРО с длиной, близкой к половине длины волны подавляемой РЛС, при которой наблюдается резонансное рассеяние (рисунок 1.1). Для получения резонанса тока диполь укорачивают до значения, несколько меньшего половины длины радиоволны. Степень укорочения зависит от поперечных размеров ДРО. Так как для уменьшения массы и объема пачек толщину ДРО делают как можно меньше, то укорочение оказывается незначительным. Поперечные размеры ДРО, выбранные из условия обеспечений максимальной удельной ЭПР, составляют

десятые, а иногда и сотые доли миллиметра. На практике длина тонких ДРО lдро равна 0,47 лрлс. При увеличении длины ДРО их эффективная поверхность рассеивания изменяется волнообразно с максимумами на расстояниях, примерно равных л/2, возрастая при последующих резонансах (рисунок 1.2). Однако эффективная поверхность рассеивания возрастает с меньшей интенсивностью по сравнению с увеличением длины лент. Длинные ДРО позволяют расширить диапазонность пассивных радиопомех. В США

разработаны длинные ленты, изготавливаемые из металлических и металлизированных полосок (волокон).

Длинные ДРО применяются главным образом для создания помех РЛС в длинноволновой части дециметрового и в метровом диапазонах радиоволн. Эффективность пассивных помех возрастает при использовании ДРО в виде спирали, рассеиваемых так, чтобы образовать облако в виде паутины из многих лент.

В процессе создания пассивных помех РЛС с самолетов, вертолетов или ракет в атмосферу выбрасывается большое количество ДРО, которые рассеиваются турбулентными потоками воздуха, образуя облако.

Через некоторое время после выбрасывания, когда влияние спутных струй самолета уменьшается, ДРО продолжают рассеиваться вследствие вихревого движения отдельных участков атмосферы и размеры облака растут. Геометрический центр облака смещается под действием ветра относительно точки выбрасывания и опускается вниз. Скорость снижения зависит от массы, размеров и формы ДРО, плотности и состояния атмосферы. В спокойной атмосфере средняя скорость снижения тонких отражателей составляет 60-180 м/мин на больших высотах и 25--70 м/мин -- на малых. В горизонтальном направлении ДРО перемещаются примерно со скоростью ветра.

В большинстве случаев ДРО, выброшенные с самолета, рассеиваются в горизонтальной плоскости быстрее, чем в вертикальной, поэтому облако вытягивается по горизонтали в направлении ветра. Иногда они могут перемещаться вверх восходящими потоками воздуха, находиться во взвешенном состоянии и создавать пассивные радиопомехи в течение нескольких часов [5].

Пассивные помехи в виде облаков ДРО позволяют скрыть от радиолокационного обнаружения различную военную технику. При выбрасывании большого количества ДРО на экране индикатора кругового обзора образуется засвеченная полоса, вытянутая в направлении ветра, маскирующая отметки целей. Кроме того, при определенных условиях с помощью дипольных радиоотражателей можно образовать ложные цели, вынуждающие операторов РЛС затрачивать время на анализ отметок и выявление действительных целей среди множества ложных.

В пространстве ДРО ориентируются произвольно в связи с их различной аэродинамикой и влиянием турбулентности атмосферы. Одни из них могут снижаться в горизонтальном положении, другие -- в вертикальном, третьи -- в наклонном. Поэтому амплитуда отраженного сигнала отдельными ДРО и их облаком меняется по случайному закону. Суммарный сигнал, рассеянный множеством, имеет более широкий частотный спектр по сравнению с ДРО сигналом, рассеянным одиночным ДРО. Расширение спектра сигнала вызывается появлением доплеровских составляющих, зависящих от скорости ветра, турбулентности атмосферы, разброса скоростей движения и частот вращения ДРО. Поскольку метеорологические параметры атмосферы изменяются с высотой, то ширина спектра сигналов, рассеянных облаком ДРО, также не остается постоянной. По этим же причинам спектр сигнала, рассеянного облаком ДРО, отличается от спектра облучающих его сигналов на величину доплеровского смещения частоты, порождаемого движением облака относительно РЛС с различными скоростями.

Облака ДРО рассеивают энергию приходящих сигналов в направлении к подавляемой РЛС, наделяя ее хаотической модуляцией. Спектр рассеянных сигналов расширяется с возрастанием скорости ветра и уровней турбулентности атмосферы. Например, его ширина в десятисантиметровом диапазоне радиоволн не превышает нескольких герц и возрастает обратно пропорционально лрлс.

Эффективная поверхность рассеивания (ЭПР) облака ДРО, размеры которого не превышают импульсный разрешающий объем РЛС, равна произведению ЭПР отдельных ДРО (уДРО,) находящихся в облаке на их общее количество (nдро):

(1.1)

ЭПР отдельного полуволнового ДРО (уДРО,) при линейной поляризации поля и при совпадении его оси с вектором напряженности электрического поля Е будет максимальна и равна:

(1.2)

Если ДРО ориентирован перпендикулярно к вектору Е, то уДРО = 0. Вследствие турбулентности атмосферы и различных аэродинамических свойств ДРО, находящиеся в облаке, ориентируются произвольно. Поэтому при расчетах их ЭПР полагается равной какому-то среднему значению (уДРО ср.):

(1.3)

Из формулы 1.3 видно, что с уменьшением длины волны ЭПР полуволнового ДРО резко снижается и, следовательно, общее их количество в облаке с заданной ЭПР должно увеличиваться. Обычно ДРО комплектуются в пачки или пакеты.

Наиболее подвержены помехам от ДРО те РЛС, частота которых неизменна (или изменяется в пределах не более ±10% от рабочей). Одновременное подавление радиоэлектронных средств, работающих на различных частотах, возможно при применении отражателей различной длины. Необходимое количество ДРО, укладываемых в пачку, имитирующую цель с ЭПР, равной уц, можно вычислить по формуле:

(1.4)

Как видно из выражения 1.4, для имитации по ЭПР целей типа самолет (ракета) на экране РЛС, работающей в метровом диапазоне волн, достаточно иметь в пачке десятки ДРО. В сантиметровом диапазоне их количество возрастает до нескольких десятков и даже сотен тысяч штук. Например, для имитации цели от наблюдения РЛС, работающей на длине волны 50 см, потребуется не менее 235 ДРО.

Для создания пассивных помех на нескольких частотах в пачки укладываются ДРО различной длины. С этой же целью могут применяться несколько типов пачек, каждая из которых предназначена для создания помех на одной частоте. Пачки с ДРО одинаковой длины иногда называют прицельными по частоте [6].

Еще одной отличительной особенностью пассивных помех является то, что их можно создавать в широком диапазоне частот без предварительной детальной информации о параметрах подавляемых радиоэлектронных средств. При правильном использовании они могут эффективно действовать одновременно против многих радиоэлектронных средств. Пачки ДРО разбрасываются с помощью специальных автоматов, авиационных бомб, наземных и самолетных ракет, артиллерийских снарядов или мин. Автоматы обычно размещаются в хвостовом отсеке самолета (или устанавливаются на внешних подвесках в контейнерах) и управляются дистанционно. В зависимости от разрешающей способности РЛС пачки выбрасываются автоматом с темпом от единиц до нескольких десятков в минуту.

В основном применяются три типа самолетных автоматов -- с электромеханическим, пиротехническим и пневматическим принципами действия. Электромеханическое устройство состоит из выталкивающего механизма и пяти каналов, через которые выбрасываются средства радиоэлектронного подавления одноразового использования. В пиротехнических установках пачки выбрасываются газами, полученными при сгорании пиротехнической смеси. Пневматический автомат выбрасывает пачки ДРО из магазина сжатым азотом. В зависимости от типа автоматов выброшенные ими ДРО формируют облако за время от долей до нескольких секунд [8].

В целом, учитывая отмеченные особенности пассивных помех, а также принципов работы устройств их постановки среди основных факторов, влияющих на эффективность воздействия пассивных радиопомех на РЛС, можно выделить следующие:

во-первых, ЭПР одного отражателя, пачки и образуемых ими облаков и полос;

во-вторых, способы рассеивания и скорость падения ДРО, эффект их слипания и перемешивания, время развития облака или полосы, влияние среды на их эффективность (ветер, влажность, рефракция);

в-третьих, объемная плотность, массогабаритные характеристики и поляризационные свойства ДРО в облаке (полосе);

в-четвертых, интенсивность рассеяния электромагнитной энергии и экранирующий эффект облака (полосы);

в-пятых, взаимное перемещение ДРО и защищаемых ими объектов.

Очевидно, что практически все указанные факторы находятся в зависимости от условий внешней среды. При этом главным условием является скорость воздушных потоков, направления их перемещений, характер их изменения. В данном случае априорная неопределенность относительно параметров движения воздушных масс создает серьезные проблемы для аппаратуры помехозащиты подавляемой РЛС, поскольку фазовые различия сигналов от целей и от облаков ДРО выражены слабо и находятся в постоянном изменении.

Таким образом, главными особенностями воздействия описанных выше пассивных помех на РЛС являются постоянное изменение амплитуды и фазы отраженных помеховых сигналов и перемещение их источников. Указанные особенности носят случайный характер и требуют принятия соответствующих мер в построении функционировании аппаратуры защиты РЛС.

Делись добром ;)