Файл: Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008.pdf

Рис. 2.11 

Чем ниже частоты фазовых флуктуации, тем больше R

9

(T

C

) и меньше 

вклад низкочастотных флуктуации в дисперсию флуктуации фазы несущей 
частоты. Однако спектральная плотность фазовых шумов возрастает с 
уменьшением частоты, что требует учета всех составляющих спектра фазо­
вых шумов φ. 

Наибольшее влияние фазовые шумы оказывают на интегральный уровень 

боковых лепестков Р

инт

 как сигнала цели, так и мощного сигнала фона, прини­

маемого по основному лучу ДНА. Мощность боковых лепестков (при малых 

σ

Δ φ

) где Р

инт

 оценивается в децибелах, а σ

Δφ

 - в радианах. 

Так, при СКО разности фаз, равном 6°(0,1 рад), мощность боковых лепестков 

Ринт

 =

 -20 дБ, что приводит к повышению уровня фона основного лепестка ДН 

в зоне приема сигналов. 

2.6. Антенная система 

Основные требования, предъявляемые к антенной системе АК РЛДН: 
максимально возможная площадь апертуры антенны S

a

; 

максимальный коэффициент усиления антенны G; 
минимальная ширина ДН по азимуту; 

сверхнизкий уровень боковых лепестков ДН как максимального, так и ин­

тегрального; 

обеспечение сканирования ДН при круговом и программируемом обзорах; 
возможность формирования одновременно нескольких лучей ДН; 
широкая полоса частот, как мгновенная, так и при перестройке литеров; 

возможность функционирования с учетом размещения антенны на самоле­

те (отражения от элементов конструкции, экранирование излучения, изгибные 
колебания фюзеляжа и крыльев, вибрации и перегрузки, температурные изме­
нения, высота полета); 

масса антенны. 
В современных комплексах РЛДН (например, АВАКС) используются ан­

тенные системы типа плоской волноводно-щелевой решетки, обладающей 

большим коэффициентом использования площади (КИП = 0,7.. .0,8). 

Решетка размером 7,5x1,5 м размещена в обтекателе 10x2 м, расположен­

ном на пилонах высотой 3,5 м над фюзеляжем самолета. Такая конструкция 
обеспечивает максимальный размер апертуры антенны при выполнении боль­
шинства требований. 

Больший размер апертуры может быть достигнут при конформной конст­

рукции, например у вдольфюзеляжной антенны, размер которой может дости­
гать нескольких десятков метров по длине и порядка 3...5 м по высоте. 

Эффективный размер апертуры определяет коэффициент усиления антен­

ны и ширину ДНА. Коэффициент усиления при заданном размере антенны за­
висит от длины волны, величины потерь энергии в обтекателе и самой антенне, 
функции распределения поля по апертуре антенны и ошибок распределения 
поля, прежде всего фазовых. 

Без учета потерь коэффициент усиления Потери (S-диа-

пазон) в обтекателе (0,8...1,5 дБ) и в волноводах (1,2 дБ) обычно включают в 
коэффициент K

G

 уменьшения G

0

. Функция распределения поля (аподиза-

ция) имеет различный вид. Так, часто используемая функция Хэмминга 

(косинус на пьедестале) уменьшает коэффициент 

усиления по сравнению с равномерным распределением поля 

Фазовые ошибки поля вызывают уменьшение коэффициента усиления на 

0,2...0,7 дБ: 

где σ

φ

 - СКО фазовых шумов. 

При заданном размере апертуры чем короче длина волны, тем выше коэф­

фициент усиления. Его максимальное значение ограничено возможностью 
обеспечения высокой точности амплитудно-фазового распределения поля по 
апертуре в условиях размещения антенны на самолете. Максимальное значение 

размера апертуры (в длинах волн) большой бортовой антенны обычно не пре­

вышает 100... 150, поэтому антенна АКРЛДН в S-диапазоне имеет коэффици­
ент усиления не более 33...38 дБ. 

Антенны типа фазированной антенной решетки имеют меньшие потери в 

соединительных волноводах и обтекателе. Однако дискретное управление фа­
зовращателем вызывает шумы квантования, которые составляют 0,1... 1,0 дБ. 

Ширина ДН по азимуту определяет минимальную радиальную скорость 

обнаруживаемой на фоне отражений от земной поверхности ВЦ, а также раз­

решающую способность и точность определения угловой координаты азимута. 
По углу места ширина ДН определяет зону одновременного обзора по дально­

сти. Для расширения зоны используют либо сканирование ДН по углу места, 

либо многолучевую ДН. 

Ширина ДН по азимуту 

где d

a

 - размер апертуры антенны в горизонтальной плоскости; Κ

Θ

 - коэффици­

ент расширения ДНА по сравнению с идеальной равномерной апертурой. 

Использование весовой функции типа Хэмминга при формировании ам­

плитудного распределения поля по раскрыву антенны приводит к увеличению 
ширины ДНА на уровне 0,5 по мощности от максимума на величину Κ

Θ

=1,5. 

В S-диапазоне ширина ДН Θ

φ

 =0,9°... 1,0°. По углу места ширина ДН в 

S-диапазоне  - 5 . . . 6 ° . 

При использовании ФАР отклонение луча на угол Θ относительно норма­

ли к плоскости апертуры вызывает расширение луча и уменьшение коэффици­

ента усиления: . Поэтому иногда в грибовидном об­

текателе размещают три (или более) плоских ФАР в виде равностороннего тре­

угольника, тем не менее в направлении расположения углов треугольной 

антенны происходят увеличение Θ

0

 и снижение G

0

 в два раза. 

Важнейшей задачей при выборе антенной системы является возмож­

ность обеспечения сверхнизкого уровня боковых лепестков (УБЛ) ДН по ази­
муту. Эффективность обнаружения низколетящих целей в значительной мере 
определяется УБЛ антенны. При большом УБЛ мощный сигнал фона, прини­
маемый по основному лепестку ДНА, формирует в зоне боковых лепестков 
помеховый сигнал фона, не позволяющий обнаруживать сигнал цели. 

Для обеспечения сверхнизкого УБЛ (как максимального, так и интеграль­

ного) необходимо использовать специальное амплитудное распределение поля 
по раскрыву антенны. Так, при весовой функции типа Хэмминга максимальный 
УБЛ равен -42,8 дБ, а интегральный  — 3 7 дБ. 

Фазовые шумы обычно формируют боковые лепестки в широкой области 

углов азимута, а их интегральный уровень где σ

φ

 - СКО фазовых 

шумов. Амплитудные шумы действуют так же, как и фазовые, при этом 

σ

φ

 = 3° эквивалентно действию амплитудных шумов с σ

Α

  = 5 % . 

Существующие антенные системы АК РЛДН позволяют обеспечить сред­

ний УБЛ —40 дБ, первый максимальный  — 3 0 дБ и задний  — 5 5 дБ. 

Антенная система должна обеспечивать равномерный круговой обзор про­

странства и программируемый обзор заданных секторов с требуемым временем 
обзора. Комплексы РЛДН и АВАКС используют антенны с механическим ска­
нированием ДН путем вращения плоскости антенны совместно с обтекателем 
на 360° за 10 с с постоянной скоростью. При ширине ДН по углу места порядка 

5° обзор по дальности и высоте целей ведется путем электронного сканирова­

ния в секторе +5...15° с большой скоростью до 100 Гц. Возможен также одно­
временный обзор заданного сектора по углу места путем использования много-

лучевой ДНА либо антенны со специальной ДН, например cosec φ

Η

. 

Программируемый обзор по азимуту возможен при использовании антен­

ны типа ФАР, где управление ДН осуществляется электронным способом с 
большой скоростью переключения (перемещения) луча. 

Для обеспечения повышенной помехозащищенности (скрытности) антен­

на должна работать в широкой полосе частот. Мгновенная полоса необходима 

для излучения и приема широкополосных сигналов и получения высокой раз­
решающей способности по дальности. 

В зависимости от решаемой тактической задачи требуемая полоса состав­

ляет 10... 100 МГц. 

Большой разнос по частоте литеров для обеспечения отстройки от помехо-

вого сигнала и ЭМС работы БРЛС в группе требует общей рабочей полосы час­
тот БРЛС порядка 300...500 МГц. Однако в низкочастотных S-, Р-диапазонах 
обеспечение такой полосы перестройки представляет значительные сложности. 

Антенны типа ФАР (АФАР) позволяют формировать провалы ДН в на­

правлении источников помех, что значительно повышает помехозащищенность 
АК РЛДН. 

Для бланкирования мощных помеховых сигналов, приходящих по боко­

вым лепесткам ДН антенны, используют дополнительную антенну с широкой 
ДН, перекрывающей зону боковых лепестков основной антенны (0 = 5.. .6°) и с 
небольшим коэффициентом усиления (G = 20.. .30). 

Обеспечение заданных характеристик антенны с учетом ее размещения на 

самолете требует принятия ряда специальных мер. 

Размещение антенны на высоком пилоне (h

n

 = 3,5 м) снижает влияние 

конструкции самолета на ДН антенны и уменьшает ближнюю «мертвую» зону 
по дальности обзора, обусловленную экранированием излучения крыльями и 
фюзеляжем самолета. Тем не менее, хвостовое оперение самолета экранирует 
заднюю зону обзора в пределах ±40.. .20°. 

Широкофюзеляжный самолет и дополнительные конструктивные элемен­

ты экранируют излучение антенны и прием мощных помех от подстилающей 

поверхности, находящейся непосредственно под самолетом (альтиметровые 
помехи). 

Для уменьшения влияния неоднородностей структуры обтекателя на ха­

рактеристики антенны при круговом обзоре обтекатель вращается вместе с ан­
тенной. 

При массе антенны с обтекателем ~2 т, комплекса БРЛС ~4 τ и РТК в це­

лом 20 τ необходимо использовать для размещения комплекса самолеты тяже­
лого класса Ил-76, Боинг 707-320 В. При использовании антенн типа АФАР 
масса БРЛС значительно снижается (менее 1,0 т) и РТК размещается на само­
лете среднего класса (Боинг 737-700). 

2.7. Приемное устройство 

Бортовая радиолокационная система АК РЛДН является многорежимной 

системой, выполняющей большое число разнородных функций при использо­
вании различных режимов работы. 

Основными режимами БРЛС являются: 
когерентно-импульсный режим высокой (средней) частоты повторения, 

обычно с простым импульсным сигналом длительностью 0,5...1,5 мкс, для на­
блюдения низколетящих воздушных целей на фоне земной поверхности; 

импульсный режим с низкой частотой повторения с большой длительно­

стью импульса 50...100 мкс со сжатием до 1,0 мкс для обнаружения загори-

зонтных воздушных целей при отсутствии отражений от земной поверхности; 

импульсный режим с низкой частотой повторения с длительностью им­

пульса до 25...35 мкс со сжатием до 0,15...0,2 мкс для наблюдения надводных 
целей; 

в перспективе когерентно-импульсный режим с низкой частотой повторе­

ния в режиме синтезирования апертуры со сжатием импульса до 10 не для ве­
дения разведки малоразмерных наземных целей. 

Кроме того, существуют режимы радиотехнической разведки. 
Каждый из режимов требует приемного устройства, оптимизированного 

для обеспечения той или иной функции БРЛС. В то же время возможна одно­
временная работа БРЛС в нескольких (двух) режимах. Поэтому обычно для 

каждого режима используют отдельный приемник и даже несколько приемни­
ков с учетом необходимости обеспечения моноимпульсного режима работы 
антенны и помехозащищенности. Общее число приемников достигает 5... 10. 
При этом часть приемного устройства является общей для всех приемников от­
дельных режимов. 

90