Существенный прогресс в развитии элементной базы, расширение ранее существовавших и появление новых областей применения РЛС привели к коренному пересмотру как принципов построения, так и ряда схемных решений в этой отрасли радиоэлектроники. Говоря о развитии этого направления радиоэлектроники, следует обратить внимание прежде всего на следующее:
1. Изначально радиолокационные системы, появившись как средства контроля движения летательных аппаратов и морских (речных) судов, существенно расширили свои функции. В этой связи следует прежде всего отметить следующее:
– появление и существенное развитие РЛС управления ракетным и артиллерийским оружием;
– создание радиолокационных высотомеров для летательных аппаратов;
– создание дистанционных скоростемеров для авиации и наземного транспорта;
– создание различного назначения средств контроля и предотвращения несанкционированного доступа на охраняемую территорию людей и животных;
– появление новых классов носителей, таких как авиационный и наземный (автомобильный) транспорт, космические аппараты и ряд других.
Все это и ряд других факторов обусловили появление и широкое развитие нового класса радиолокационных станций, которые способны одновременно вести поиск новых и сопровождение большого числа обнаруженных целей и получивших в связи с этим название многофункциональных РЛС (МФРЛС).
По отдельным вопросам построения и функционирования МФРЛС имеется большое число публикаций в специальной литературе, однако четкого, принятого большинством авторов определения понятия «Многофункциональная РЛС» нет. Здесь под этим термином будем понимать радиоэлектронное устройство, работающее на принципах радиолокации и решающее целый комплекс задач по обнаружению объектов различного класса, их классификации, определения параметров движения и построения траекторий, сопровождения обнаруженных объектов, и решения специфических задач, связанных с функциями носителя РЛС по воздействию на обнаруженные объекты тем или иным способом. Приведенное определения не может претендовать на универсальность, но в том смысле, какой вкладывается в это понятие в данном учебном пособии оно вполне приемлемо.
Важнейшим фактором, повлиявшим на развитие радиолокации, является произошедший существенный скачок в радиолокации в связи с внедрением антенных решеток с фазовым (ФАР) и цифровым (ЦАР) методами формирования лучей характеристики направленности и управление ими в процессе сканирования пространства и мощной микропроцессорной вычислительной техники для обработки радиолокационной информации, поэтому на этом вопросе следует остановиться более детально.
2. Современные взгляды на совершенствование и применение цифровых методов обработки информации и управления в радиолокации:
–. В современных РЛС применение цифровых методов и средств далеко выходит за пределы решения задач обработки информации. Наметилась тенденция к внедрению цифровых методов формирования зондирующих сигналов, что позволяет существенно расширить информационные возможности РЛС, как многофункциональных источников информации. Цифровые методы с успехом используются при решении задач формирования лучей, управления диаграммой направленности (ДН) ФАР и коррекции искажений в ФАР. При цифровом методе управления ФАР можно построить эффективную систему коррекции погрешностей при излучении в зависимости от углового положения луча ДН.
Разработка теории и техники применения цифровых методов формирования и управления диаграммой направленности передающей и приемной антенных решеток является одним из важнейших перспективных направлений развития радиолокации.
– Решение задачи адаптивной пространственной фильтрации сигналов на выходе приемной АР (ФАР или ЦАР) в условиях сложной помеховой обстановки. Аналоговые методы адаптивной пространственной обработки не нашли сколько-ибудь существенного распространения из-за малой эффективности, особенно при наличии нескольких мешающих источников излучения. Поэтому переход к чисто цифровым методам адаптивной пространственной фильтрации сигналов на выходе АР является неизбежным. Для цифровой пространственной фильтрации необходимо, в общем случае, оцифровать сигнал на выходе каждого элемента АР. Основной проблемой в этом случае является чрезвычайная сложность вычислений. Решение этой проблемы может быть получено как за счет совершенствования алгоритмов, так и за счет рационального построения вычислительного комплекса.
–. Цифровая времячастотная обработка когерентных и некогерентных радиолокационных сигналов. Основная проблема здесь – преодоление априорной неопределенности принимаемых сигналов и помех. Поэтому актуальными являются задачи разработки методов и алгоритмов обработки сигналов, инвариантных к энергетическим и статистическим характеристикам помех.
– Совершенствование алгоритмов и методов траекторной обработки данных, полученных по лоцируемым объектам.
– В сложных цифровых радиолокационных комплексах при работе в условиях мешающих воздействий принципиальное значение приобретает их адаптация к быстро меняющейся внешней обстановке с целью обеспечить оптимальное распределение ограниченных временных и энергетических ресурсов по множеству обрабатываемых объектов локации (целей). Задачи управления ограниченными ресурсами многофункциональных РЛС поставлены давно. Принятые в ряде РЛС решения этой задачи далеко несовершенны.
–. Связующим звеном между теоретическими достижениями (в алгоритмах) и практически реализуемыми показателями качества систем цифровой обработки радиолокационной информации и управления РЛС является архитектура цифрового вычислительного комплекса (ЦБК), сопрягаемого с РЛС, с учетом имеющихся элементов базы и базовых структур отдельных вычислителей. В настоящее время при решении большинства задач цифровой обработки радиолокационной информации возникает необходимость в перестройке алгоритмов и архитектуры ЦБК в зависимости от полученных промежуточных результатов и состояния внешней среды. Для этого необходимо, чтобы высокая производительность ЦВК сочеталась с четкой логикой управления вычислительным процессом. Архитектуры, способные перестраиваться в процессе функционирования и адаптироваться к изменяющимся условиям работы, называются адаптивными. Разработка ЦВК с адаптивной архитектурой является новым этапом развития вычислительных средств для цифровой обработки информации и управления в РЛС.
– С внедрением цифровых методов реализации всех основных этапов и операций, выполняемых в процессе радиолокации объектов, РЛС с ЦАР преобразуется в систему "ЦАР+ЭВМ", т. е. становится, по сути дела, специализированной цифровой вычислительной системой сбора и обработки радиолокационной информации. Поэтому, на наш взгляд, целесообразно выделение и самостоятельная разработка нового научно - технического направления –"Цифровая радиолокация", аналогично, например, направлению "Цифровая связь", уже давно получившему признание и интенсивно разрабатываемому в последнее время.
Особенно четко все идеологические, технические и технологические тенденции развития современной радиолокации проявились в военной, конкретнее в корабельной радиолокации. Причинами этого явилось следующее:
– жесткие требования к масо-габаритным характеристикам;
– ограничение по энергопотреблению;
– требования по многофункциональности и универсализму РЛС;
– требования по унификации комплектующих;
– требования по надежности.
Развитие радиолокационного вооружения современных надводных кораблей передовых зарубежных стран имеет устойчивую тенденцию к созданию интегрированных высокоавтоматизированных многофункциональных адаптивных систем с использованием фазированных антенных решеток. По этому же пути идут и наши отечественные конструкторы. В данном пособии будет приведен пример разработки многофункциональной отечественной РЛС, в которой учтены все перечисленные выше тенденции.
Классическими примерами перспективных многофункциональных радиолокационных систем такого класса являются:
– система типа AN/SPY-1 (разработка фирм RCA, Raytheon, Computer Sciences) с четырьмя неподвижными фазированными антенными решётками;
– система типа APAR (разработка фирмы Hollande Signaalapparaten с широким участием фирм Нидерландов, Германии и Канады) с четырьмя неподвижными активными фазированными антенными решётками;
– система типа EMPAR (разработка фирм Marconi Radar Systems и Selenia) с вращающейся активной фазированной антенной решёткой;
– система типаFAST (разработка фирмы General Electric) с двумя вращающимися ФАР;
– система типа SMART(разработка фирмыHollandse Signaalapparaten BV) с вращающейся активной фазированной антенной решёткой.
Основные характеристики приведенных выше многофункциональных радиолокационных систем приведены в табл. 10.1
Таблица 10.1
Основные характеристики перечисленных многофункциональных РЛС
| Параметры | AN/SPY–1 | EMPAR | АPAR | FAST | SMART |
| Габариты апертуры ФАР, м | 2,9 ´2,6 ´1,5 | 4 активных ФАР, (3200 активных арсенид - галиевых приёмно-передающих модулей) | две ФАР с фазовым управлением по углу, 5736 излучателей | 3,6 ´2,5 | |
| Масса антенной решетки, кг | 2380. | ||||
| Масса антенной подсистемы, кг | 1875 одна ФАР, 3200 две ФАР | ||||
| Масса аппаратуры системы, кг | 3500 одна ФАР, 6600 две ФАР | ||||
| Диапазон частот | G (около 5 ГГц). | I (около 9 ГГц) | S (около 3 ГГц) C (около 5 ГГц) | F (около 3 ГГц) | |
| Пределы сканирования | + 45º по аз., + 60º по у. м | 15 – первая ФАР 45– вторая ФАР | |||
| Ширина луча | 2,5º по азимуту. 2,5º по у. м. | 4 луча на каждой ФАР, 1,4º ´2º, | На передачу – 2º по азимуту, до 90º по углу места; на прием 12 лучей (2º по азимуту, около 9º по углу места до угла места 100º) | ||
| Скорость вращения антенны, об/мин | 60 одна ФАР 45 две ФАР | 15, 30 | |||
| Количество сопровождаемых целей | |||||
| Дальность действия, км | 246, 143 | ||||
| Тип и мощность передатчика | 2, 1 мВт | ЛБВ со сложным сигналом и с перестройкой частоты от импульса к импульсу и вобуляцией частоты следования |