РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ ВОЗДУШНОЙ РАЗВЕДКИ

Под редакцией доктора технических наук Г. С. КОИДРАТЕНКОВА

Ордена Трудового Красного Знамени ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА О Б О Р О Н Ы СССР М О С К В А 1983

ББК 32.95:66.4(08) Р15

УДК 632.74:621.396.40

Авторский коллектив: А. А. Комаров, Г. С. Кондратенков, Н. Н. Курилов. А. А. Лавров, В. Н. Саблип,

Е. Ф. Толстов, В. С. Федосеев

Рецензент доктор технических наук, профессор П. И. Дудник

Радиолокационные станции воздушной разведки/Под ред. Р15 Г. С. Кондратенкова. — М.: Воениздат, 1983.— 152 с, ил.

В пер.: 45 к.

В книге на основе использования открытых иностранных источников в науч-но-популнрной форме излагаются принципы работы радиолокационных станций бокового обзора для воздушной разведки. Освещены вопросы дешифрирования радиолокационных изображений при обнаружении и распознавании объектов и картографировании местности. Приводятся краткие описания и тактико-техничес-кие характеристики некоторых зарубежных образцов РЛС воздушной разведки.

Книга предназначена для широкого круга читателей, интересующихся совре-менными радиолокационными системами.

1304040400—027 068(02)—83 8 2 - 8 3

Б Б К 32.95:66.4(08) 6Ф2.4

© Воениздат, 1983

ВВЕДЕНИЕ

Военное руководство агрессивного блока НАТО придает воз-душной разведке большое значение в обеспечении успеха боевых действий всех видов вооруженных сил. Одним из основных так-тико-технических требований, предъявляемых к аппаратуре воз-душной разведки, является обеспечение выполнения задач в лю-бых метеорологических условиях, днем и ночью. Широкое исполь-зование в ВВС стран НАТО при ведении всепогодной разведки находят радиолокационные станции.

Самолетные радиолокационные станции (РЛС) панорамного обзора использовались для обнаружения наземных объектов еще со времен второй мировой войны. В отличие от большинства дру-гих разведывательных средств они обеспечивают всепогодное на-блюдение земной поверхности и объектов. Однако вследствие низ-кой угловой разрешающей способности такие Р Л С не позволяли получать детальные радиолокационные изображения, необходи-мые для воздушной разведки. На экране РЛС оператор наблюдал лишь отдельные пятна, соответствующие крупным населенным пунктам, мостам, кораблям и т. п.

Только в последнее время благодаря разработке радиолокаци-онных станций бокового обзора (РЛС БО) стало возможным по-лучать высококачественные радиолокационные изображения зем-ной поверхности и объектов, сравнимые по детальности с аэрофо-тоснимками.

Наряду с возможностью получения детальных радиолокацион-ных изображений, независимо от метеоусловий и естественной освещенности земли, Р Л С БО обладают целым рядом других важ-ных особенностей: возможностью наблюдать районы, расположен-ные на значительном удалении от самолета, способностью одно-временного обзора широкой полосы местности, возможностью на-блюдения объектов, невидимых в оптическом диапазоне волн, а также выделения движущихся целей.

Р Л С БО позволяют вести разведку мест сосредоточения воен-ной техники (танков, автомашин и т. п.), отдельных движущихся объектов, железнодорожных путей и шоссейных дорог, аэродро-мов и самолетов, находящихся на них [4]. Р Л С БО, например, ак-тивно использовались американской авиацией во время боевых действий в Юго-Восточной Азии,

1* 3

Кроме того в настоящее время, по данным иностранной печати, РЛС БО используются для картографирования местности, ведения инженерной и геологической разведки, определения ледовой об-становки, составления карт растительности и снежного покрова, обнаружения нефтяных пятен на море и т. п.

Существующие Р Л С БО делятся на два типа. В радиолокаци-онных станциях первого типа используется длинная вдольфюзе-ляжная антенна. Примером такой станции может служить Р Л С AN/APS-94 фирмы Motorola, США. Ее антенна размещается в подвесном контейнере самолета OV-1D сухопутных войск США. Благодаря большой длине антенны станция имеет достаточно вы-сокую разрешающую способность (30 м по дальности и 116 м по азимуту на расстоянии 15 км) и позволяет получать высококаче-ственные радиолокационные изображения на небольших дально-стях. Самолет с такой станцией применяется для ведения такти-ческой воздушной разведки, геологических исследований и про-водки судов во льдах [16].

Радиолокационные станции второго типа имеют небольшую ан-тенну и позволяют получать высокое разрешение, не зависящее от дальности обзора, в результате специальной обработки отра-женных от местности сигналов (синтезирования апертуры антен-ны Р Л С ) . Примером радиолокационной станции с синтезирован-ной (искусственной) апертурой может служить Р Л С AN/APQ-102A фирмы Goodyear, США. Указанная Р Л С установлена, например, на самолете RF-4B и имеет разрешение 13 м по дальности и ази-муту на расстоянии 36 км [16]. Совершенствованию таких РЛС за рубежом уделяется значительное внимание. Полагают, что раз-рабатываемая РЛС AN/UPD-X будет обладать разрешающей спо-собностью 3 м по всем координатам и дальностью действия до 150 км.

Все числовые примеры тактико-технических параметров рас-сматриваемых Р Л С БО предназначены для иллюстрации основ-пых положений теории.

Г л а в а 1

РЛС ОБЗОРА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ H ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

§ 1.1. Радиолокационные станции обзора земной поверхности

Самолетные радиолокационные станции обзора земной поверх-ности обеспечивают решение ряда важнейших задач современной военной и гражданской авиации. Широкое использование таких Р Л С обусловлено тем, что радиолокационное наблюдение обла-дает целым рядом преимуществ перед визуальным наблюдением и аэрофотосъемкой местности. Так, вследствие зйачительно мень-шего ослабления радиоволн при их распространении в атмосфере обеспечивается всепогодность радиолокационного наблюдения, то есть возможность наблюдения сквозь дымку, облака, туман и дождь, а также сквозь дымовую завесу и пылевые облака. Работа Р Л С не зависит от условий естественной освещенности земли, сле-довательно, возможно радиолокационное наблюдение в любое время суток.

Радиолокационные станции могут обеспечить наблюдение участка земной поверхности, находящегося на большом удалении от самолета. Наконец, благодаря значительному различию харак-тера отражения от объектов и земной поверхности радиоволн и световых волн возможно наблюдение деталей, невидимых в опти-ческом диапазоне волн, например металлических объектов, окра-шенных под фон местности. Важным преимуществом Р Л С яв-ляется также практическая возможность выделения (селекции) движущихся целей.

В настоящее время существуют три основных типа Р Л С обзора земной поверхности: панорамные РЛС, Р Л С бокового обзора с синтезированной апертурой антенны и Р Л С бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной.

Панорамные РЛС осуществляют обзор земной поверхности путем кругового вращения или секторного качания луча антенны в азимутальной плоскости (рис. 1.1). При этом на индикаторе можно наблюдать изображение местности в зоне обзора, имеющей вид круга или сектора с максимальным радиусом, равным даль-ности действия РЛС.

5

Рис*

М.

Обз

ор з

емно

й по

верх

ност

и па

нора

мной

РЛС

Антенна формирует луч: узкий — в горизонтальной (азиму-тальной) плоскости, достаточно широкий — в вертикальной плос-кости. В остановленном состоянии антенна с такой диаграммой направленности облучает узкую полоску местности, вытянутую от минимальной Dmm до максимальной Dma* дальности обзора* и при-нимает отраженные сигналы от нее. Излученный антенной пакет радиоволн (импульс) последовательно облучает участки местности на этой полоске, пробегая со скоростью распространения радио-волн расстояние от минимальной до максимальной дальности.

Различные по характеру участкн местности по-разному отра-жают радиоволны. Так, гладкая водная поверхность имеет зер-кальный характер отражения, при этом в направлении РЛС сиг-нал практически не отражается. Ровная земная поверхность, на-пример степь, рассеивает радиоволны диффузно (во все стороны) так, что лишь небольшая часть волн отражается в сторону РЛС и принимается приемником. Объекты, расположенные на земной н водной поверхности (здания, мосты, корабли), отражают зна-чительную часть энергии радиоволн в сторону РЛС, поэтому сиг-налы от таких объектов превышают по мощности сигналы от местности. В результате на экране РЛС водная поверхность ото-бражается темными участками, небольшое свечение экрана соот-ветствует участкам суши* а яркие пятна —наблюдаемым объек-там.

При вращении антенны последовательно просматриваются участки местности на различных направлениях так, что на экране индикатора формируется радиолокационное изображение в коор-динатах дальность — азимут.

Одной из наиболее важных характеристик РЛС обзора земной поверхности является разрешающая способность, которая опре-деляет детальность получаемого радиолокационного изображения, возможность обнаружения малоразмерных объектов, измерения характеристик отражения земной поверхности, картографирова-ния местности и т. д.

Под разрешающей способностью радиолокатора понимается минимальное расстояние между объектами или их отдельными частями, при котором они могут наблюдаться на индикаторе раз-дельно. Разрешающая способность РЛС обзора поверхности опре-деляется размерами 6D и ЬАЗ разрешаемого участка на местно-сти. Все объекты н элементы земной поверхности, находящиеся в пределах этого участка, сливаются в одно точечное изображе-ние на экране индикатора, то есть не разрешаются.

В панорамной РЛС разрешение по дальности 6D определяется длительностью импульса ти. Так, при т„ = 1 мке разрешение равно 150 м. Применяя более короткие импульсы, можно обеспечить высокую разрешающую способность вплоть до единиц метров. Разрешение на местности по горизонтальной дальности bD на больших удалениях от самолета равно разрешению по наклонной дальности,

7

Основным недостатком Р Л С панорамного типа является низ-кая разрешающая способность по азимуту б A3, которая опреде-ляется шириной луча антенны в горизонтальной плоскости. Ши-рина луча 0о зависит от горизонтального размера антенны d и длины волны X электромагнитных колебаний, излучаемых РЛС: чем больше размер антенны и меньше длина волны, тем меньше ширина луча 0О = X/d.

Рис. 1.2. Зависимость угловой разрешающей способности от размера апертуры

В то же время ширина луча на местности по азимуту (линей-ное разрешение по азимуту) увеличивается пропорционально на-клонной дальности. Например, при длине волны К = 3 см и раз-мере антенны 150 см угловая ширина луча во=1,15° и на даль-ности 120 км разрешение 6ЛЗ«2 ,5 км. Такая низкая разрешаю-щая способность приводит к тому, что на индикаторе панорамной Р Л С обычно наблюдаются отметки только от крупных объектов (мостов, населенных пунктов, кораблей). Вследствие этого пано-рамные Р Л С не могут выполнять целый ряд задач, связанных с радиолокационной разведкой, картографированием местности, гео-физической разведкой и т. п.

Увеличить разрешающую способность можно двумя способами: уменьшением длины волны и увеличением горизонтального раз-мера антенны d. Однако при переходе к более коротким волнам, например миллиметровым, значительно уменьшается дальность действия РЛС, так как такие волны гораздо сильнее затухают при распространении в атмосфере, особенно при наличии дождя. Также трудно повысить разрешение по азимуту увеличением раз-мера антенны, так как применение больших вращающихся антенн на самолете весьма ограничено вследствие трудности их установки и ухудшения аэродинамических характеристик самолета.

Поэтому самолетные панорамные РЛС обзора земной поверх-ности обычно имеют низкую угловую разрешающую способность,

8

значительно уступающую разрешению приборов оптического диа-пазона, в том числе разрешению при визуальном наблюдении.

На рис. 1.2 показана зависимость угловой разрешающей спо-собности от относительного размера d/K антенн РЛС, оптических приборов, зрачка глаза. Из графика, в частности, видно, что па-норамная Р Л С имеет примерно в 100 раз худшее угловое раз-решение, чем человеческий глаз.

Радиолокационная карта правой сто-

DOHbl

Рис. 1.3. Обзор земной поверхности Р Л С бокового обзора

Требование значительного увеличения разрешающей способ-ности и привело в последние годы к созданию двух новых типов Р Л С обзора земной поверхности, так называемых Р Л С бокового обзора: с вдольфюзеляжной антенной (РФА) и синтезированной антенной (РСА).

В РЛС с вдольфюзеляжной антенной для увеличения разреше-ния по азимуту используют длинную приемопередающую антенну. В отличие от панорамной Р Л С антенна неподвижна относительно самолета и располагается вдоль фюзеляжа на его боковой части либо в подвесном контейнере-обтекателе. Благодаря этому размер антенны можно увеличить до 15 м [5], вследствие чего разрешаю-щая способность по азимуту по сравнению с панорамной Р Л С возрастает в несколько раз.

Обзор местности в РФА осуществляется перемещением антен-ны относительно земной поверхности при полете самолета по прямолинейной траектории (рис. 1.3). Антенна формирует один

9

или два (при обзоре двух сторон) луча, направленных перпенди-кулярно линии пути самолета, то есть в боковом направлении, отсюда и название «РЛС бокового обзора». Так же как и в пано-рамной РЛС, излученный антенной радиоимпульс последователь-но облучает участки узкой полоски местности, определяемой ши-риной диаграммы направленности антенны. При полете самолета по прямолинейной траектории луч РЛС перемещается вместе с самолетом так, что на индикаторе формируется изображение в прямоугольных координатах наклонная дальность — путевая дальность, просматривается непрерывная полоса местности, па-раллельная траектории полета самолета. Путем введения нели-нейной развертки по дальности на индикаторе возможно форми-рование изображения в координатах горизонтальная дальность — путевая дальность.

Особенностью бокового обзора является однократное наблю-дение объекта за время обзора при полете самолета по прямоли-нейной траектории, в то время как при панорамном обзоре цель наблюдается периодически, при каждом обороте антенны. Так как линейная скорость перемещения луча в Р Л С бокового обзора, определяемая скоростью полета самолета, гораздо меньше, чем линейная скорость луча при вращении антенны в панорамной РЛС, время обзора заданного участка земной поверхности при боковом обзоре значительно увеличивается.

Еще одной особенностью бокового обзора является невозмож-ность просмотра полосы местности вблизи линии пути под само-летом. Ширина непросматриваемого участка равна приблизитель-но (2—4) Н и определяется допустимым ухудшением разрешаю-щей способности по горизонтальной дальности.

Высокая разрешающая способность РФА по азимуту на не-больших дальностях, а также длительное накопление энергии отраженных сигналов за время прохождения разрешаемого участ-ка земной поверхности в луче антенны позволяют получать вы-сококачественные изображения местности и объектов, приближаю-щиеся по своему характеру к аэрофотоснимкам.

Однако, несмотря на значительное увеличение угловой разре-шающей способности по сравнению с панорамной РЛС, РФА не обеспечивает эффективного решения всех задач радиолокацион-ного наблюдения земной поверхности на больших удалениях от самолета. Это объясняется тем, что линейная разрешающая спо-собность по путевой дальности, определяемая шириной луча ан-тенны по азимуту и дальностью до наблюдаемого участка мест-ности, ухудшается пропорционально увеличению дальности. Так, например, если на дальности 10 км разрешение по путевой даль-ности равно 50 м, то на дальности 100 км оно будет равно 500 м. Вследствие этого при большом удалении от самолета на радио-локационном изображении, так же как на изображении панорам-ной РЛС, будут наблюдаться только крупные объекты.

Получение высокого разрешения по путевой дальности на больших удалениях от самолета возможно с помощью РЛС с ис-

10

кусственной (синтезированной) апертурой антенны. Принцип дей-ствия РСА существенно отличается от принципа действия обычных Р Л С и позволяет получать высокую угловую разрешающую спо-собность по азимуту при использовании на самолете антенны ма-лого размера. Он основан на формировании узкой диаграммы направленности по азимуту с помощью искусственно создаваемой антенной решетки. Работу РСА можно пояснить следующим об-разом.

Особенностью аэродинамики самолета является то, что при полете в спокойной атмосфере без маневра самолет благодаря своей значительной массе изменяет траекторию достаточно мед-ленно. Поэтому в течение короткого времени (единицы секунд) можно считать, что он движется по строго прямолинейной траек-тории. Отклонение траектории движения центра масс самолета от прямой линии на коротких участках в этом случае не превы-шает единиц и даже долей сантиметра. При больших скоростях полета самолета длина участков почти прямолинейной траекто-рии достигает нескольких сот метров. Максимальное отклонение траектории от прямой линии может достигать десятков метров, однако благодаря большим радиусам разворота траектория на небольших участках почти прямолинейна.

При полете в турбулентной атмосфере участки траектории, где самолет движется строго по прямой линии, становятся короче. Однако скорость отклонения самолета от прямолинейной траек-тории по-прежнему остается весьма незначительной.

Таким образом, при определенных условиях можно считать, что антенна самолетной Р Л С на небольшом участке траектории полета движется в пространстве по прямой линии.

Известно, что диаграмма направленности (ДН) антенны фор-мируется в результате когерентного (с учетом фазы) сложения радиоволн, принимаемых отдельными элементами антенны. Так, например, если антенная система (рис. 1.4) состоит из 10 рядом

Диаграмме направлен/ антенны р

мерам d

Рис. 1.4. Формирование диаграммы направленности антенной решетки

11

расположенных одинаковых антенн размером d (линейная решет-ка) и сигналы, принимаемые каждой антенной, когерентно сум-мируются, то антенная решетка имеет такую же узкую диаграмму направленности, как и антенна размером 10d.

Следовательно, повышение угловой разрешающей способности возможно путем когерентного суммирования сигналов антенн, рас-положенных в пространстве на прямой линии, то есть путем со-здания антенной решетки.

Рис. 1.5. Обзор земной поверхности с помощью РСА

Принцип действия Р Л С с синтезированной апертурой основан на использовании прямолинейного движения антенны Р Л С для последовательного формирования антенной решетки на траектории полета.

В Р Л С применяется небольшая антенна, широкая диаграмма направленности которой неподвижна относительно самолета и на-правлена перпендикулярно линии пути (боковой обзор). При по-лете самолета антенна Р Л С последовательно занимает в про-странстве положения 1, 2, 3 и т. д. (рис. 1.5) на прямой линии (траектории полета самолета), тем самым формируя искусствен-ную (синтезированную) антенную решетку.

Запоминая ряд сигналов, последовательно принимаемых ан-тенной Р Л С в каждой точке на участке траектории (например, 1—10), затем когерентно их суммируя, получаем узкую диаграм-му направленности искусственно сформированной антенной ре-шетки. Размер решетки, то есть размер синтезированной апер-туры антенны РЛС, равен длине участка траектории, на котором производится запоминание и когерентное суммирование сиг-налов.

12

Используя метод синтезирования, можно увеличить разреша-ющую способность РСА по азимуту в 100 раз и более по сравне-нию с панорамными Р Л С (см. рис. 1.2). По потенциальным ха-рактеристикам разрешающей способности РЛС с синтезирован-ной апертурой приближаются к оптическим средствам наблю-дения.

Размер синтезированной апертуры, то есть участок траекто-рии, на котором обрабатываются сигналы, можно изменять так, чтобы ширина синтезированной диаграммы направленности умень-шалась пропорционально увеличению дальности. Это позволяет получать радиолокационные изображения с постоянной разреша-ющей способностью независимо от удаления просматриваемого участка местности.

Разрешение по наклонной дальности в РСА обеспечивается, как и в других Р Л С обзора земной поверхности, за счет импульс-ного режима работы РЛС.

Радиолокационное изображение в РСА получается в прямо-угольных координатах наклонная дальность — путевая дальность.

Так как в основе принципа синтезирования апертуры антенны Р Л С лежит когерентное (синфазное) сложение сигналов, то предъ-являются жесткие требования к стабильности фазовых характе-ристик принимаемых сигналов. Это, в свою очередь, предъявляет высокие требования к пилотированию самолета для поддержания прямолинейности траектории полета, особенно в турбулентной атмосфере, к стабильности амплитудно-фазовых характеристик приемопередающего тракта РЛС и системы обработки сигналов, параметров среды распространения радиоволн, особенно при боль-ших дальностях наблюдения, и характеристик отражения радио-волн наблюдаемых объектов.

Изображение в РСА формируется с некоторым запаздыванием, равным времени пролета самолетом участка траектории, на ко-тором синтезируется раскрыв антенны (доли секунды). Гораздо большее время задержки (до нескольких часов) получается, когда на борту самолета отраженные сигналы только записы-ваются на фотопленку, а радиолокационное изображение форми-руется в наземной оптической системе [5]. В РСА с цифровой обработкой сигналов радиолокационное изображение получается непосредственно на борту самолета в реальном масштабе вре-мени.

Необходимость использования сложной системы обработки сигналов является основным недостатком Р Л С с синтезирован-ной апертурой антенны.

§ 1.2. Разрешающая способность РЛС БО

Разрешающая способность является важнейшей характеристи-кой, определяющей эффективность работы Р Л С обзора земной поверхности.

13

С повышением разрешающей способности обеспечивается по-лучение более детального радиолокационного изображения, уве-личивается вероятность обнаружения малоразмерных объектов на фоне отражения от местности, вероятность распознавания объек-тов и точность определения их координат.

Если два малоразмерных (точечных) объекта, например угол-ковые отражатели, располагаются на местности на достаточном удалении друг от друга, то на радиолокационном изображении они наблюдаются как две отдельные отметки. При сближении объектов отраженные от них сигналы могут слиться в один общий сигнал так, что на изображении формируется одна общая от-метка.

Существуют различные критерии для принятия решения о на-личии одного или двух объектов по результатам наблюдения от-метки на изображении. Точный критерий должен учитывать слу-чайный характер интенсивности отметок от объектов и фона окружающей местности, а также возможности человека-оператора при наблюдении изображения.

На практике используется более простой критерий — о присут-ствии двух объектов судят по наличию провала в огибающей ин-тенсивности отметки сигнала от двух объектов на изображении. Минимальное расстояние между объектами, когда в отметке по-является провал заданной величины (обычно 0,5 максимума сиг-нала), служит количественной мерой разрешающей способности.

Реальная разрешающая способность Р Л С обзора земной по-верхности в значительной степени определяется возможностями оператора или дешифровщика по оценке характера изображения объектов. При этом оператор судит о наличии двух объектов не только по наличию провала, но и по расширению отметки.

Очевидно, что чем более узкой является отметка сигнала от точечного объекта, тем при меньшем расстоянии между объек-тами в суммарном изображении появляется провал и тем выше разрешение. Поэтому в качестве меры разрешающей способности РЛС часто используют ширину отметки от одиночного точечного объекта на уровне 0,5 максимума по мощности сигнала или на уровне 0,7 по напряжению сигнала. При правильной методике измерений величины разрешающей способности, определяемые по провалу и по ширине отметки, практически совпадают.

В реальных условиях работы Р Л С разрешающая способность ее зависит также от целого ряда других факторов. Так, отметки от объектов с большой мощностью отраженных сигналов оказы-вают сильное влияние на расположенные рядом отметки от сла-бо отражающих объектов. Поэтому разрешение сигналов, ампли-туды которых значительно отличаются друг от друга, будет хуже, чем разрешение равных сигналов.

Величина провала в изображении двух объектов и, следова-тельно, их разрешение зависят от разности начальных фаз сигна-лов, отраженных от этих объектов. Так как фазовые соотношения

14

сигналов носят случайный характер, то при определении разре-шающей способности Р Л С по изображению двух уголковых отра^ жателей требуется статистическое усреднение результатов многих измерений.

Значительное ухудшение разрешающей способности может быть вызвано нелинейностью приемного тракта и индикатора РЛС. Так, например, при наличии сильного отраженного сигнала, превышающего порог ограничения, отметка в выходном изобра-жении расширяется по сравнению с отметкой сигнала без огра-ничения. Поэтому при определении разрешения Р Л С путем из-мерения ширины отметки изображения, одного уголкового отража-теля необходимо работать на линейном участке характеристики, так как наличие ограничения сигнала при такой методике изме-рения может привести к значительному завышению или заниже-нию оценки разрешающей способности.

Максимально возможная (потенциальная) угловая разрешаю-щая способность РЛС) по азимуту определяется шириной диаграм-мы направленности ©о реальной вдольфюзеляжной антенны РФА или ©с синтезированной антенны РСА.

Ширина диаграммы во РФА не зависит от дальности до объ-екта наблюдения, следовательно, линейная разрешающая способ-ность по путевой дальности ухудшается с увеличением даль-ности:

bA3 = bx = Q0R.

Из указанной формулы следует, что для диаграммы направ-ленности с <Э0=10' при наклонных дальностях /?, равных 10, 20, 50, 100 и 150 км, разрешающие способности по путевой дально-сти (азимуту) дх составят 29, 58, 145, 290 и 435 м соответ-ственно.

В случае синтезированной апертуры ширина диаграммы на-правленности

й - х

где X — размер участка траектории полета самолета, на котором обрабатываются сигналы (синтезированная апертура).

Благодаря большим размерам синтезированной апертуры воз-можно получение очень узких диаграмм направленности. Поэтому разрешение по путевой дальности в РСА

8 jc=0 c AJ

может быть очень высоким даже на больших дальностях. Так, например, при длине синтезированного раскрыва Х = 400 м и Х = 3 см возможно получение разрешающей способности по путе-вой дальности 6х = 6 м. на наклонной дальности R—160 км [5].

15

Так как размер синтезированной апертуры можно изменять в зависимости от дальности наблюдения, то возможно получение постоянной, не зависящей от дальности разрешающей способ-ности.

Разрешение Р Л С по наклонной дальности обеспечивается им-пульсным режимом работы и выражается соотношением

Разрешение по горизонтальной дальности D (рис. 1.6), то есть на поверхности земли, зависит как от разрешения по наклонной дальности 6/?, так и от угла наклона луча к поверхности зем-ли а:

COS а х D

При больших дальностях (по сравнению с высотой полета Н) разрешение бD равно разрешению по наклонной дальности 6R. При горизонтальных дальностях Д сравнимых с высотой полета ( а > 4 5 ° ) , разрешение на поверхности земли ухудшается. Поэтому местность, находящаяся непосредственно под летательным аппа-ратом в полосе (2—4) Я, РЛС бокового обзора не просматри-вается.

Рис. 1.6. Определение разрешающей способности по горизонтальной дальности

Для увеличения разрешения по дальности необходимо умень-шить длительность излучаемых импульсов. Например, при т = = 0,2 мкс AD = 30 м, а при т = 0,01 мкс AD=1,5 м. При этом если импульсная мощность передатчика не изменяется, то умень-шается средняя мощность и, следовательно, дальность действия РЛС.

Для увеличения разрешающей способности по дальности без уменьшения энергетического потенциала используется метод сжа-тия импульса. Для этого, не изменяя длительности зондирующего импульса, производят его частотную или фазовую модуляцию, что приводит к расширению спектра сигнала. В приемнике, исполь-

16

зуя согласованный фильтр, сжимают импульс. Длительность ежа-того импульса определяется в этом случае шириной спектра А/ модулированного импульса передатчика:

т сж ду •

Таким образом, может быть получено повышение разрешения по дальности без изменения мощности передатчика:

S R = ~: сч 2 Ксж c°s а '

где /Ссж = т и / т с ж — коэффициент сжатия импульса. Реальная разрешающая способность по азимуту и дальности

всегда ниже (обычно на 10—30%) потенциальной вследствие ис-кажения сигнала в различных элементах станции (приемнике, индикаторе, регистрирующем устройстве).

Линейные разрешающие способности по горизонтальной и пу-тевой дальностям определяют детальность радиолокационного изображения, которая характеризует минимальные размеры на-блюдаемых на радиолокационном изображении объектов и эле-ментов земной поверхности. Чем выше разрешающая способность РЛС, тем выше детальность изображения. При этом не только объекты и фон местности разделяются на большее число элемен-тов, но и появляются изображения отдельно стоящих малораз-мерных (точечных) объектов, которые ранее маскировались фо-ном местности.

Кроме разрешения объектов по их координатам важное зна-чение имеет разрешение их по амплитудам, то есть возможность определения мощности отраженных от объектов сигналов. Де-тальность воспроизведения мощности отраженных сигналов опре-деляется динамическим диапазоном изображения, то есть коли-чеством различаемых полутонов в изображении объектов и мест-ности.

Динамический диапазон амплитуд отраженных сигналов (отно-шение максимального сигнала к минимальному) в РЛС обзора земли может составлять 70—80 дБ, в то время как динамический диапазон амплитуд, передаваемый радиолокационным изображе-нием, обычно не превышает 20—30 дБ. Поэтому в зависимости от решаемой задачи на линейный участок амплитудной характе-ристики изображения выносится тот или иной участок диапазона амплитуд отраженных сигналов. На изображении будет правиль-но передаваться мощность отраженных сигналов только от вы-бранной группы объектов. Так, например, при правильной пере-даче мощности отраженных сигналов от малоразмерных объектов и фона местности в виде изменения интенсивности отметок на радиолокационном изображении все крупные объекты будут иметь на изображении одинаковую максимальную интенсив-ность,

17

§ 1.3. Дальность действия РЛС БО и характеристики обнаружения объектов

Радиолокационное изображение, получаемое с помощью РЛС обзора земной поверхности, содержит сигналы и шумы различ-ной физической природы, которые можно разделить на три группы:

— сигналы от объектов, представляющие собой узкие выбросы (группы выбросов) большой амплитуды (рис. 1.7,я);

Амплитуда I сигнала

а 1-й объект

/I 2-й объект

3-й объект

Лес

У^Ы! х

Поле

Река

х

Внутренний, шум

Правильное обнаружение объекта да Ложный объект п , " Порог Правильное оона~

Пропуск объект] руление объекта

Порог

Расстояние я о местности

ос

Рис. 1.7. Распознавание объектов (целей) и местности по отметкам на индикаторе:

а _ сигналы большой амплитуды от объектов; б — сигналы от фо-на местности; в — внутренние шумы приемника; г — суммарные сиг-

— сигналы средней амплитуды, обусловленные отражением от фона местности, имеющие вид шумового процесса, средняя мощность которого определяется типом местности (рис. 1.7,6);

— внутренний шум приемника и системы обработки, имеющий вид равномерного шумового фона малой интенсивности (рис. 1.7, в).

Задача оператора (дешифровщика) состоит в том, чтобы путем анализа суммарного сигнала, то есть выходного изображения (рис. 1.7,г), определить соотношение интенсивностей отметок от

18

различных участков местности, объектов и внутреннего шума в целях определения наличия объектов и распознавания типа мест-ности. Так как мощность сигнала, отраженного от объектов и местности, изменяется случайным образом и зависит от условий работы РЛС, ракурса объектов, погоды и других факторов, за-дача обнаружения является вероятностной задачей.

При обнаружении малоразмерного объекта оператор, наблю-дая радиолокационное изображение, мысленно или с помощью какого-либо устройства устанавливает порог сравнения интенсив-ности отметок. Если интенсивность отметки превышает этот порог, принимается решение о наличии объекта, в противном случае считается, что объект отсутствует. Очевидно, что правильное об-наружение объекта возможно только с некоторой вероятностью. Так, вероятность обнаружения ^ n o = 0 , 8 означает, что из десяти объектов, например колонны автомашин, в среднем (при большом числе полетов) будет обнаружено 8 автомашин (правильное обна-ружение), две автомашины будут не обнаружены (пропуск объ-екта). Кроме того, отдельные выбросы отметок фона местности и внутреннего шума могут быть приняты оператором за отметку цели (ложные цели). Количество выбросов фона местности, превышаю-щих порог, определяет вероятность ложной тревоги. Так, вероят-ности ложной тревоги Р л т = 1 0 ~ 4 в дешифрируемом участке ра-диолокационного изображения размером 100x100 элементов раз-решения соответствует в среднем одна ложная отметка цели.

Чем больше отношение мощности сигнала к мощности фона в разрешаемой площадке, тем больше вероятность обнаружения цели и меньше вероятность ее пропуска. Этого же можно достиг-нуть, уменьшая уровень порога обнаружения, однако при умень-шении порога резко возрастает вероятность принять выброс фона за отметку цели, то есть растет число ложных отметок. Зависи-мости, характеризующие связь вероятности обнаружения, лож-ной тревоги, отношения сигнал/фон и уровня порога, определяют рабочие характеристики РЛС. Если из условий работы Р Л С за-даны требуемые вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги, то по рабочим характеристикам находится требуемое от-ношение сигнал/фон, которое должно быть обеспечено в выходном изображении Р Л С землеообзора. Так, например, при Р п о = 0 , 6 ч - 0 , 8 и Ялт=10~2-г-10~4 требуемое отношение мощности сигнала к мощ-ности фона в выходном изображении должно быть равно 15—70.

Для правильного распознавания характера местности и полу-чения радиолокационного изображения с высоким динамическим диапазоном (большим числом полутонов) требуется, чтобы мощ-ность сигнала, отраженного от фона местности, значительно пре-вышала мощность внутренних шумов приемника. В зависимости от решаемой задачи требуемое отношение фон/шум по мощности изменяется в пределах 10—20 дБ.

При увеличении дальности наблюдения мощность сигнала, от-раженного от фона местности Рф, падает, а мощность внутрен-

19

него шума остается постоянной. Поэтому дальность действия Р Л С обзора земной поверхности ограничена той максимальной дальностью, на которой отношение фон/шум равно заданному уровню.

Отношение фон/шум определяется известным уравнением даль-ности радиолокации:

Рш ~ Ш D<NU1 '

где Ри — импульсная мощность передатчика, кВт; ти — длительность импульса, мкс; п — число когерентно накапливаемых импульсов на траек-

тории полета; G — коэффициент усиления реальной антенны; К — длина волны РЛС, см;

0ф — эффективная площадь отражения разрешаемой площад-ки местности (фона), м2;

D — дальность наблюдения, км; Nm — коэффициент шума приемника. Величина эффективной площади отражения фона определяется

удельной отражающей способностью местности а0 и площадью элемента разрешения на местности 85:

Оф= a05S= C0iВ Dbx.

Удельная отражающая способность а0, то есть величина эф-фективной площади отражения на единицу площади земли, опре-деляется как свойствами земной поверхности (размером шерохо-ватостей, пористостью, влажностью и т. п.), так и режимом ра-боты Р Л С (длиной волны, поляризацией, углом падения волны a и др.). В табл. 1.1 для длины волны А,=3,3 см приведены ориен-тировочные значения величины а0 для различных поверхностей [4, 5].

Т а б л и ц а 1.1

Удельные отражающие способности различных поверхностей

Поверхность а = 10° a = 30° Поверхность

дБ Отн. ед. ДБ Отн. ед.

Водная поверхность - 4 0 10~4 —37 2 - 1 0 - * Асфальт, бетон —32 6 - 1 0 ~ 4 —29 Степь, сухая трава - 2 2 6 - 1 0 ~ 3 —21 8 Ю - » Степь, зеленая трава —16 2 , 5 - 1 0 2 —20 ю - » Лес —15 з - ю - * —10 ю-» Небольшие строения —10 Ю - 1 —5 0 , 3 2

20

Реальные значения <j0, которые будут наблюдаться в конкрет-ных условиях полета, могут значительно (на 5—10 дБ) отли-чаться от приведенных цифр. Так, например, о0 влажной поверх-ности в 3—5 раз больше о0 той же самой, но сухой поверхности (при прочих равных условиях).

При высокой разрешающей способности Р Л С эффективная площадь отражения фона вф весьма мала. Так, при разрешении 13X13 м, как в станции AN/APQ-102A, и а0 = 6.10~3 (степь) сгф=1 м2. Поэтому для обеспечения большой дальности действия Р Л С требуются значительная мощность передатчика, высокая чувствительность приемника, а также сжатие импульсов.

Так как в реальных условиях работы РЛС интенсивность от-метки фона местности на изображении значительно превышает интенсивность внутреннего шума, характеристики обнаружения малоразмерных объектов определяются отношением мощности сигнала цели к мощности сигнала фона местности. Мощность сиг-нала фона зависит от удельной площади отражения и разрешения РЛС. Для фона типа «степь, сухая трава» ( а о = 6 « 10~3) в табл. 1.2 приведены расчетные значения эффективной площади отражения фона (по формуле Оф = в0дхбО).

Т а б л и ц а 1.2

Зависимость эффективной площади отражения фона местности от разрешающей способности (для степи)

Разрешение bD s= м 3 5 10 30 100

<*ф> м2 0 ,05 0 ,15 0 , 6 1,4 5 ,4 60

Для получения высокой вероятности обнаружения малораз-мерного объекта необходимо, чтобы мощность отраженного от объекта сигнала значительно превышала мощность сигнала фона в элементе разрешения. Так, например, для получения вероятно-сти обнаружения P n o ^ O f i ПРИ вероятности ложной тревоги Я л т = 10~4 требуется отношение сигнал/фон по мощности, рав-ное 70.

Мощность отраженного сигнала определяется эффективной площадью отражения объекта ац, Реальные объекты имеют слож-ную конфигурацию, так что величина а ц меняется в значитель-ных пределах при изменении ракурса объекта и параметров Р Л С (длины волны, поляризации). Максимальная отраженная мощ-ность будет при тех ракурсах объекта, при которых волна падает перпендикулярно на зеркально отражающий элемент объекта, на-пример крыло самолета, стену здания и т. п. Большой отражен-ный сигнал возникает также в том случае, когда конструкция объекта образует уголковый отражатель, направленный на Р Л С (обрывистый берег реки, фермы мостов и т. п.).

21

Для расчета характеристик обнаружения объектов исполь-зуются усредненные (по диапазону углов наблюдения) значения эффективной площади отражения ац . В табл. 1.3 приведены ори-ентировочные значения эффективных площадей отражения объ-ектов различного типа [5].

Т а б л и ц а 1.3

Эффективные площади отражения различных объектов

Сравнение табл. 1.2 и 1.3 показывает, что для обеспечения уверенного обнаружения (ац /аф>-1) малоразмерного объекта даже на фоне ровной открытой местности требуется высокая раз-решающая способность РЛС. На рис. 1.8 показаны теоретически

о 5 10 15 20 25 Разрешение на местноотигм

Рис. 1.8. Характеристики вероятности обнаруже-ния объектов в зависимости от разрешающей

способности Р Л С

рассчитанные характеристики вероятности обнаружения малораз-мерных объектов в зависимости от разрешающей способности РЛС. Так, для обнаружения с вероятностью 0,8 объекта с отра-жающей поверхностью а ц = 20 м требуется разрешение около 10 м

Объект

Человек Рубка подводной лодки Автомобиль грузовой Самолет-истребитель Самолет-бомбардировщик Малое транспортное судно

0 , 5 1,0

1 - 1 0 3 - 5

1 5 - 2 0 150

22

по дальности и азимуту. Необходимо отметить, что если разре-шаемая площадка на местности меньше геометрического размера объекта, его изображение дробится на несколько элементов и ац в каждом элементе разрешения уменьшается, что необходимо учитывать при определении вероятности обнаружения.

§ 1.4. Точность измерения координат

РЛС бокового обзора позволяет получить радиолокационные изображения земной поверхности с высокой разрешающей спо-собностью. Ось х системы координат радиолокационного изобра-жения (рис. 1.9) параллельна линии пути носителя РЛС и соот-ветственно совпадает с путевой дальностью Dn на местности. Ось у при боковом обзоре соответствует перпепдикуляру к линии пути и, следовательно, наклонной дальности R или горизонтальной дальности D от РЛС до точки наблюдения с учетом начальной дальности D0.

Рис. 1.9. Полоса просматриваемой местности при бо-ковом обзоре

Развертка изображения по оси х (протяжка пленки) осущест-вляется пропорционально путевой скорости полета самолета Vn. Скорость развертки Vx автоматически регулируется от датчика путевой скорости так, что поддерживается постоянство масштаба изображения на оси х:

Расстояние Ах между наблюдаемыми точками на изображении в этом случае соответствует расстоянию на местности ADn:

A D n = AjcAf,.

Масштаб изображения по оси у определяется скоростью раз-вертки по дальности. Если длина развертки пропорциональна на-клонной дальности /?, то масштаб по оси у

где с — скорость распространения света; Vy — скорость развертки.

23

При этом масштаб изображения по оси у будет искажен по сравнению с расстоянием на местности при ровной горизонталь-ной поверхности земли. Это обусловлено тем, что наклонная и горизонтальная дальности связаны между собой нелинейной за-висимостью:

D — —— = VR^^FP . COS а

При больших дальностях наблюдения (по сравнению с Н) неравномерность масштаба будет небольшой и расстояние на местности будет соответствовать расстоянию па изображении:

AD = Лу Муи

На малых дальностях изображение сжимается, что необходимо учитывать при определении координат объекта.

Для правильной передачи конфигурации площадных и протя-женных объектов радиолокационное изображение должно быть равномасштабным, то есть МХ = МУ.

В реальных условиях работы Р Л С масштаб изображения из-меняется случайным образом как в пределах одного кадра изо-бражения, так и от кадра к кадру. Масштабные искажения в Р Л С бокового обзора обусловлены случайными изменениями (нестабильностью) траектории полета самолета, нестабильностью скорости полета, угловыми колебаниями самолета, нелинейностью развертки индикатора, неравномерностью протяжки пленки и ря-дом других причин.

Точность измерения координат объектов относительно РЛС на радиолокационном изображении определяется:

— потенциальной точностью, зависящей от уровня шумов на изображении и разрешающей способности;

— случайными (неконтролируемыми) изменениями масштаба изображения.

Потенциальная точность измерения наклонной дальности опре-деляется разрешающей способностью (длительностью импульсов) по дальности и может быть очень высокой. Так, например, если РЛС имеет разрешение 6 м на дальности 32 км и визир измери-теля можно установить посередине отметки точечной цели, то точность измерения дальности равна 3 м, или 0,01% дальности [6]. В реальной системе вследствие нелинейности развертки, неста-бильности задержки начала развертки, усадки пленки, на которую записывается изображение, ошибок визирного устройства и т. п. точность измерения координат объекта по дальности значительно хуже потенциальной.

Потенциальная точность измерения путевой дальности Д . определяется разрешающей способностью но азимуту, то есть ши-риной реальной диаграммы направленности в РФА или шириной синтезированной диаграммы в РСА. Потенциальная точность из-мерения угла азимута неподвижных объектов относительно са-молета в РСА исключительно высока (доли минут). Однако ре-

24

альная точность обычно гораздо меньше и определяется ошиб-ками измерения угла сноса и скорости полета носителя РЛС, а также масштабными искажениями изображения вдоль оси х. При боковом обзоре основную роль играют ошибки измерения угла сноса, составляющие порядка 2 мрад при использовании инерциальпо-доплеровской системы [6].

При измерении географических координат объектов, располо-женных на радиолокационном изображении, к ошибкам измере-ния координат относительно Р Л С добавляются ошибки измерения местоположения самолета — носителя РЛС.

Другой способ измерения географических координат объектов на радиолокационном изображении заключается в привязке от-меток измеряемых объектов к ориентирам на местности, коорди-наты которых определены на топографической карте. Привязка по ориентирам осуществляется обычно совмещением двух или бо-лее отметок характерных ориентиров (дороги, изгиба реки, озера и т. п.) с соответствующими контрольными точками на топогра-фической карте. Точность привязки с использованием ориентиров зависит от размеров и конфигурации объектов, разрешающей спо-собности и масштаба изображения. Так, например, при масштабе 1 : 250ООО (в 1 см 2,5 км) точность привязки равна 125 м [5].

Существенное влияние на точность измерения координат и привязки изображения к карте имеет характер рельефа в районе ориентиров и объектов. Возвышение объекта и элементов местно-сти приводит к искажению масштаба по дальности и появлению радиолокационных теней (рис. 1.10). Так, например, расстояние на местности между точками 3—4 гораздо больше, чем на изобра-жении, а точки 7—13 на изображении отсутствуют, так как нахо-дятся в области тени.

Особый характер имеет искажение координат движущихся объ-ектов в РСА. Если объект движется с радиальной относительно самолета скоростью Уц> то его отметка на радиолокационном

I 2 3 + 5 6 Отображаемые сигналы на раз-

вертке по дальности

П

Рис. 1.10. Образование радиолокационной тени

25

изображении РСА оказывается смещенной по азимуту относи-тельно своего истинного положения на местности на угол, про-порциональный скорости движения объекта (цели) (рис. 1.11), Если цель неподвижна (рис. 1.11, а) н расположена под углом 8 = 9 0 ° к лнкнн пути самолета, ее изображение будет сформиро-вано также под у голом 0 = 90° к оси х.

Неподвижная цель Мзабра&сение

Henofoujicnqil

Диаграмма направ-ленности реальной а

антенны

Иэобра&Сбние местности

Изображение X ладоижной

цели.

Твпь от подвижной, цели

Рис» 1.(1. Формирование изображения движущейся цели: - иеаодвнжняя цель.: <5 — цс.ю. дцнжушаяса с щэлой скоростью:

цель, донжущкися с бильшой скоростью

Если цель начнет двигаться с радиальной скоростью в на-правлении к самолету (рнс, то такую цель можно рас-сматривать как цель в точке 2% неподвижную относительно само-лета, движущегося со скорость Vnu по траектории, повернутой на угол Д 6 = 1/ц/Упц. Соответственно в системе обработки изображе-ние подвижной цели сместятся на угол Дб—WVnn относительно своей истинной координаты.

ЕСЛИ отношение радиальной скорости цели к скорости само-лета будет больше половины ширины луча (в радианах):

то изображение движущейся цели будет наблюдаться вне изобра-жения местности (рнс. 1.11. в), что позволяет селектировать дви-жущиеся цели.

26

§ 1.5. Характеристики полосы обзора

Размеры полосы обзора и се удаление от РЛС определяются тактическими задачами, решаемыми самолетом, и техническими возможностями РЛС. С помошью РЛС бокового обзора возможно получение радиолокационного изображения в виде двух полос, с каждой из сторон траектории полета самолета — носителя РЛС, либо одной полосы, с выбранной стороны обзора,

Ширина полосы обзора по дальности в основном определяется решаемыми задачами и возможностями системы регистрации ра-диолокационных сигналов (индикатор — фотопленка). Число раз-решаемых элементов вдоль развертки на индикаторе определяет число разрешаемых элементов на местности в полосе обзора и, следовательно, ширину обзора.

Максимальная длина полосы обзора определяется запасом пленки на борту и дальностью полета самолета. Обычно обзор ведется на нескольких прямолинейных участках маршрута, дли-на которых определяется решаемыми тактическими задачами.

Удаление зоны обзора от линии пути самолета в течение про-лета участка маршрута остается постоянным. На различных участ-ках маршрута удаление можно менять, регулируя величину за-держки развертки по дальности в индикаторе. Минимальное уда-ление полосы обзора определяется допустимой степенью ухудше-ния разрешения по дальности при приближении полосы к линии пути самолета. Обычно минимальное удаление составляет вели-чину (1—2) Н. Поэтому РЛС бокового обзора не просматривает полосу местности шириной (2—4) Н непосредственно под само-летом. Максимальное удаление полосы обзора от самолета опре-деляется дальностью действия РЛС.

Высота и скорость полета самолета оказывают существенное влияние па характеристики радиолокационного изображения. С увеличением высоты расширяется непросматриваемая полоса местности под самолетом, увеличивается дальность действия РЛС и соответственно повышаются требования к техническим характе-ристикам РЛС и к стабильности траектории полета носителя. В то же время при увеличении высоты растет максимально воз-можное удаление полосы обзора РЛС, ограничиваемое кривизной земли и наличием радиолокационных теней. С увеличением ско-рости уменьшается время обзора заданного участка маршрута, но при этом возрастают требования к техническим параметрам РЛС.

Г л а в а 2

РЛС БОКОВОГО ОБЗОРА С ВДОЛЬФЮЗЕЛЯЖНОЙ АНТЕННОЙ

§ 2.1. Принцип действия

Высокая эффективность радиолокационных станций бокового обзора с вдольфюзеляжной антенной обеспечивается с помощью длинной приемопередающей антенны, позволяющей создать узкую в азимутальной плоскости диаграмму направленности (ДН) . Длина антенны достигает 10—15 м, что при рабочей длине волны К = 3 см позволяет сформировать Д Н в 0 шириной около 10 угло-вых минут и обеспечить линейную разрешающую способность в десятки метров [5].

Антенна такого большого размера может быть установлена вдоль фюзеляжа самолета, внутри него, либо, как в Р Л С AN/APS-94D на самолете OV-1D в специальном подвесном кон-тейнере (рис. 2.1). Обзор земной поверхности путем перемещения луча ДН за счет механического вращения антенны в такой систе-ме, конечно, невозможен. Поэтому антенна закрепляется так, что ее луч перпендикулярен траектории полета самолета (рис. 2.2), и обзор осуществляется путем перемещения Д Н в процессе по-лета.

Для увеличения площади просматриваемого за один полет участка обычно используют две антенны: правого и левого борта. Каждая антенна имеет относительно широкую ДН в вертикаль-ной (угломестной) плоскости Ф0, что позволяет просматривать две полосы местности шириной AD каждая, идущие параллельно тра-ектории полета.

Разрешение целей осуществляется по двум координатам: по путевой дальности х за счет узкого в горизонтальной (азиму-тальной) плоскости луча Д Н и по дальности D за счет импульс-ного режима работы.

Разрешающая способность по путевой дальности равна линей-ной ширине Д Н в азимутальной плоскости. При увеличении рас-стояния от антенны до цели размер разрешаемого элемента 6х будет линейно увеличиваться.

На рис. 2.3 приведены зависимости разрешающей способности по путевой дальности от наклонной дальности до цели для РФА

28

Рис. 2.1. Размещение антенны РФА на самолете OV-1D в подвесном контейнере

о а

\1 Q §

I f «21

APS-119* / / APSSID^

APQ-d 7

Рис. 2.3. Зависимость разрешающей способности Р Л С ог дальности

Рис. 2.2. Схема обзора местности Р Л С с вдольфюзеляжнон антенной

типа AN/APS-94D (Л = 2,5 см; 0О = 28') и AN/APQ-97 (Х = 8,6 мм; 0о = 7') , а также (для сравнения) панорамной РЛС AN/APS-119 (Х = 3,2 см; 0 о = 2,4с) [16].

Из рисунка видно, что разрешение по углу быстро ухудшается с увеличением дальности, что не позволяет получать детальные изображения на больших расстояниях.

Разрешающая способность РФА по наклонной дальности при использовании импульсного зондирующего сигнала определяется длительностью импульса ти:

где а —угол места цели. Разрешение 6D тем хуже, чем ближе цель к линии пути само-

лета (см. рис. 1.6), поэтому ближнюю границу просматриваемой полосы выносят, как правило, на расстояние, превышающее вы-соту полета Я, что соответствует а = 45°.

и к Ън Немодулированный * — и м п у л ь с

1 ЛЧМ импульс

«4 Сжатый

ЛЧМ импульс

л и л

^слс

Рис. 2.4. Формирование сжатого линейно-частотно-модулирооанного импульса

Для обеспечения достаточно высокой разрешающей способно-сти по дальности (лучше 15 м) необходимо излучать зондирующие импульсы длительностью менее 0,1 мкс. Столь короткие импуль-сы обладают малой энергией, поэтому РФА, использующие режим работы с короткими импульсами, имеют небольшую дальность.

Увеличение дальности действия РФА достигается использова-нием техники сжатия импульса. В этом случае передатчик излу-чает импульс длительностью в десятки микросекунд, что обеспе-чивает большую энергию импульса, а значит, и большую даль-ность действия. Высокая разрешающая способность обеспечивает-ся путем сжатия, то есть уменьшения длительности импульса в приемнике за счет использования внутриимпульсной модуляции.

30

Наибольшее распространение получила внутриимпульсная ли-нейная частотная модуляция (ЛЧМ), принцип которой состоит в следующем (рис. 2.4). Частота внутри излучаемого импульса уве-личивается с течением времени по линейному закону. Для срав-нения на этом же рисунке показан немодулированный импульс той же мощности Р0. Энергия ЛЧМ импульса Е = Р0гн во столько раз больше энергии немодулированного импульса EH = PotH, во сколько раз больше его длительность. Отражаясь от цели, ЛЧМ импульс поступает после усиления в приемнике в фильтр сжатия. Принцип действия фильтра состоит в том, что чем меньше частота принимаемого сигнала, тем на большее время он задерживается в фильтре. Например, при ЛЧМ начало импульса задерживается на ти, середина на ти/2, а конец импульса не задерживается. В ре-зультате в момент окончания импульса на выходе фильтра кон-центрируется вся его энергия — импульс сжимается, его длитель-ность становится в /Сеж раз меньше:

а мощность сжатого импульса возрастает в /Сеж раз: р р * сж / ч с ж * О*

При этом коэффициент сжатия может составлять десятки и даже сотни.

Применение метода сжатия импульса требует повышения ста-бильности частоты передатчика РФА и достаточно сложного устрой-ства обработки, что увеличивает габариты и стоимость аппара-туры. Однако этот метод позволяет увеличивать дальность дей-ствия РФА. Так, например, в РФА типа AN/APS-94D используется ЛЧМ импульс длительностью в несколько микросекунд, что обес-печивает дальность действия до 100 км при длительности сжатого импульса 0,2 мке [16].

При решении многих практических задач радиолокатором об-зора земной поверхности важно отделять в изображении движу-щиеся цели от неподвижных. В некоторых образцах РЛС, напри-мер AN/APS-94C, применяется доплеровская селекция движу-щихся целей (СДЦ) , основанная на использовании изменения частоты отраженного от движущейся цели сигнала по сравнению с частотой излученного сигнала.

Выделение движущихся целей выполняется сравнением отра-женных сигналов в двух следующих друг за другом периодах повторения. Сигналы, совпадающие по фазе, соответствуют не-подвижным целям и поступают на индикатор неподвижных целей. Последовательность несовпадающих по фазе импульсов подается на индикатор движущихся целей. РФА типа AN/APS-94C позво-ляет селектировать цели, движущиеся со скоростью более 5 км/ч. Для реализации принципа С Д Ц используются стабильный по час-тоте передатчик и когерентная обработка сигнала, что усложняет аппаратуру.

31

Пример изображения одного и того же участка местности в режиме С Д Ц (б) и в режиме обзора (а) приведен на рис. 2.5. В режиме С Д Ц хорошо видны движущиеся по дороге автомобили (светлые точки), в то время как на изображении без СДЦ они не видны [16].

Рис. 2.5. Радиолокационное изображение местности: а —в режиме обзора, б ~ в режиме СДЦ

В зависимости от практического назначения РФА могут иметь различную структуру.

О д н о ч а с т о т н ы е о д н о п о л я р и з а ц и о н н ы е РФА. Из-лучают сигнал на одной частоте и с одной поляризацией, обычно горизонтальной. Они отличаются относительной простотой кон-струкции.

М н о г о п о л я р и з а ц и о н н ы е РФА. Излучают сигналы го-ризонтальной поляризации, а принимают сигналы как горизон-тальной, так и вертикальной поляризации, что позволяет изме-рить деполяризацию сигнала при отражении и определить неко-торые характеристики подстилающей поверхности.

М н о г о ч а с т о т н ы е РФА. Излучают сигнал на двух или не-скольких обычно далеко отстоящих друг от друга частотах. Этот режим позволяет исследовать различия в спектральных характе-ристиках отражения участков поверхности,

32

П а н х р о м а т и ч е с к и е РФА. Излучают сигнал с широким спектром, что позволяет устранить «зернистость» изображения.

П о л и п а н х р о м а т и ч е с к и е РФА. Используют комбинацию двух предыдущих методов.

§ 2.2. Функциональная схема

Упрощенная функциональная схема РФА представлена на рис. 2.6. РФА состоит из импульсного передатчика, вырабатываю-щего зондирующие сигналы; двух (левой и правой) приемопере-дающих антенн, положение в пространстве которых определяется системами стабилизации зоны обзора и управления обзором; при-емника и двух индикаторов — оперативного и регистрирующего на базе электронно-лучевых трубок ЭЛТ-1 и ЭЛТ-2 соответствен-но. В регистрирующем индикаторе применяется оптическая систе-ма записи изображения на движущуюся пленку.

Передатчик вырабатывает импульсные зондирующие сигналы, следующие с периодом Тп от 1000 до 100 мкс в соответствии с максимальной дальностью обзора. В зависимости от типа РФА в передатчике могут формироваться ЛЧМ, многочастотный или панхроматический сигналы. По выбору оператора тот или иной сформированный сигнал поступает через антенный переключатель в одну из антенн либо в обе одновременно. Система управления обзором, кроме того, по командам оператора изменяет положение зоны обзора по дальности, для чего изменяется положение ДН антенн в угломестной плоскости. Постоянное положение зоны об-зора в пространстве поддерживается системой стабилизации зоны обзора путем управления положением диаграммы направленно-сти антенны.

Отраженный от местности сигнал принимается антенной и че-рез антенный переключатель ПРИЕМ—ПЕРЕДАЧА поступает в приемник. При одновременной работе антенн правого и левого борта возможно применение двух идентичных приемных каналов либо разделение во времени работы одного приемного канала на два раздельных индикаторных канала. После усиления в прием-нике и сжатия импульсов сигнал поступает в регистрирующее устройство. Луч в ЭЛТ-2 модулируется по яркости принимаемым сигналом. Развертка по дальности осуществляется вдоль одной строки на экране трубки; задержка и длительность развертки со-ответствуют дальности от Dm i n до DmBX. При изменении положения зоны обзора по дальности меняется задержка развертки, для чего в генератор развертки по дальности подается соответствующий сигнал из системы управления обзором.

Экран ЭЛТ-2 фотографируется на движущуюся фотопленку. Отраженные от местности сигналы в каждом периоде повторения создают на фотопленке одну линию — развертку по дальности, располагающуюся поперек пленки. При синхронном движении са-молета и пленки регистрируется совокупность примыкающих друг

2—826 33

к другу разверток по дальности, образующих радиолокационное изображение местности. Изображение местности, записанное на пленку, как правило, дешифрируется на земле после ее прояв-ления.

Для оперативного наблюдения радиолокационного изображе-ния на борту самолета может применяться специальный индика-тор ЭЛТ-1, выполненный на трубке с длительным послесвече-нием экрана и возможностью стирания записанного изображения. На экране этого индикатора нзображеиие от строки к строке пе-ремещается вдоль оси х, соответствующей путевой дальности, син-хронно с движением самолета. Изображение на экране сохра-няется в течение необходимого времени после заполнения всего экрана, затем оно стирается и начинается запись изображения нового участка местности.

В РФА может быть предусмотрена также линия оперативной передачи изображения по радиоканалу связи на землю.

Наиболее сложным узлом РФА, определяющим ее тактические возможности, является антенная система. К ней предъявляются следующие требования:

— обеспечение узкой Д Н в азимутальной плоскости; — возможность использования одной антенны в качестве пере-

дающей и приемной; — получение высокого коэффициента направленного действия

для обеспечения большой дальности обнаружения целей; — формирование ДН, позволяющей принимать отраженные

сигналы с интенсивностью, не зависящей от расстояния до цели, что связано с необходимостью равноконтрастного изображения целей в заданном диапазоне дальностей;

— стабильность выдерживания ДН в пространстве. Широкое распространение в рассматриваемых станциях полу-

чили зеркальные антенны, позволяющие получить узкую Д Н с малым уровнем боковых лепестков. Ширина ДН в угломестной плоскости Ф0 значительно больше, чем в азимутальной, поэтому вертикальный размер антенны меньше ее длины в несколько раз. Так, например, антенна станции AN/APS-94D имеет длину около 5 м, а высоту 15 см.

Форма зеркала выбрана такой, чтобы сформировать «косеканс-ную» ДН в вертикальной плоскости. Для такой ДН чем больше дальность (угол места), тем больше усиление излучаемого и при-нимаемого сигналов. Этим обеспечивается равноконтрастное изо-бражение целей на всех дальностях.

Для изменения положения зоны обзора по дальности необхо-димо изменять угол наклона Д Н в угломестной плоскости; изме-нение угла наклона Д Н необходимо также при изменении высоты полета самолета Н для сохранения положения зоны обзора по дальности.

В процессе полета происходят случайные изменения углов крена, курса и тангажа, что приводит к колебаниям Д Н и в ко-нечном счете к ухудшению изображения. Для компенсации этих

2* 35

колебаний используется система стабилизации положения зоны обзора. В эту систему поступают сигналы от инерциальных и ра-диолокационных датчиков угловых колебаний самолета. По сиг-налам датчиков система с помощью электромеханических устройств стабилизирует положение антенны в пространстве.

В РФА возможно использование электронного сканирования лучом ДН, что позволяет быстро изменять положение Д Н в сек-торе 90°, а также осуществлять компенсацию нестабильностей полета.

Г л а в а 3

РЛС С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ

§ 3.1. Принцип действия

Радиолокаторы с длинной вдольфюзеляжной антенной позво-ляют получать детальные радиолокационные изображения только на относительно небольших дальностях. При выносе полосы раз-ведки на десятки километров от самолета необходимо использо-вать антенны длиной в десятки и сотни метров, размещение ко-торых на самолете невозможно.

Для преодоления этого затруднения используется метод син-тезирования апертуры антенны, заключающийся в запоминании отраженных от целей сигналов на участке траектории полета, длина которого равна требуемой длине антенны. Последующая обработка зарегистрированных сигналов в бортовой или наземной аппаратуре позволяет получить радиолокационное изображение с высокой детальностью.

При объяснении принципа действия РСА в настоящее время используются три различных метода анализа физических про-цессов, происходящих при формировании радиолокационного изображения: антенный метод, метод селекции сигналов по допле-ровским частотам и голографический метод. Это является след-ствием того, что в РСА при одном и том же принципе действия — синтезировании апертуры за счет когерентного накопления сиг-н а л а — возможно использование значительно отличающихся по способу построения систем обработки. Все три метода позволяют достаточно полно анализировать влияние технических параметров РСА на ее тактические характеристики, и получаемые при этом выводы совпадают.

В данной главе в основном будет рассматриваться голографи-ческий метод, так как он связан с получившей в настоящее время наибольшее распространение оптической системой обработки. Он также позволяет достаточно наглядно объяснять принцип дей-ствия и особенности РСА. Кратко будет рассмотрен и метод се-лекции доплеровских частот, позволяющий более просто пояснить формирование изображения движущихся целей.

37

§ 3.2. Принцип оптической голографии

Оптические методы обработки сигналов РСА в настоящее вре-мя позволяют получать высококачественные изображения земной поверхности. Они используются в большинстве зарубежных РСА: AN/APQ-102A, AN/APD-11 и др.

В основе оптических устройств обработки лежит голографи-ческий метод, при котором записанные на пленку радиолокацион-ные сигналы (радиоголограммы) используются для формирования радиолокационного изображения. Этот метод был разработан пер-воначально применительно к оптическому диапазону электромаг-нитных колебаний. Впоследствии была доказана возможность его применения для радиодиапазона.

В РСА принцип голографии используется как при регистрации отраженных радиоволн, так и в оптических устройствах обработки сигналов.

Рассмотрим процесс голографирования в оптическом диапа-зоне (рис. 3.1). Обязательным условием голографирования яв-ляется когерентность источника света. В оптическом диапазоне источниками когерентного света являются лазеры.

Если пучком света от такого источника осветить точечный объ-ект А, то часть энергии отразится и возникнет так называемая сигнальная волна, поступающая от объекта на фотопластинку и имеющая сферический фазовый фронт. Для регистрации голо-граммы на ту же фотопластинку необходимо направить опорную волну. Эта волна должна быть когерентна с сигнальной волной, то есть должна иметь ту же частоту, что обычно достигается ис-

фронт N опорной ^ волны Фотопластинка а

Степень почернения

б Рис. 3.1. Схема голографической регистрации световой волны: а — ход лучей; б — распределение интенсивности света на фотопла-

стинке

38

пользованием одного источника света. Кроме того, в данной схеме голографирования предполагается, что опорная волна представ-ляет собой пучок параллельных лучей, имеющих плоский фазовый фронт. В этом случае фаза колебаний опорной волны будет одна и та же в каждой точке фотопластинки.

Изображение * х объекта А Д

Восстанов-ленный

сферический фронт

jсигнальной Интенсивность волны

оввта Фотопластинка с записью

голограммы

Рис. 3.2. Получение изображения объекта с помощью голо-граммы

Фаза колебаний сигнальной волны в каждой точке ее пересе-чения с пластинкой различна и зависит от расстояния, которое прошла волна от объекта до дайной точки. Так как опорная и сигнальная волны когерентны, разность фаз между ними в каж-дой точке на фотопластинке неизменна во времени. При сложе-нии на фотопластинке двух волн разность фаз сигнальной и опор-ной волн приводит к пространственной амплитудной модуляции суммарного светового потока (интерференции).

Полученная интерференционная картина регистрируется на фотопластинку в результате достаточно длительной экспози-ции.

После проявления фотопластинки степень ее почернения бу-дет зависеть от амплитуды регистрируемого поля. График почер-нения для рассматриваемого случая представлен на рис. 3.1,6. Такое изображение на фотопластинке называется голограммой точечного объекта А.

Голограмма позволяет восстановить изображение объекта. Для этого необходимо облучить ее опорной волной (рис. 3.2). Опорная волна, проходя через голограмму, создает изображение объекта А .точно в том месте, где он находился в момент записи

39

голограммы. Изображение А не будет точечным, а несколько раз-мытым. Размер пятна бдг, определяющий детальность создавае-мого изображения:

8л: = X ,

где X — длина облучающей волны; R — расстояние от голограммы до объекта; X — линейный размер голограммы.

Оптическая голография позволяет обеспечить чрезвычайно вы-сокую разрешающую способность, так как длина волны света во много раз меньше размера голограммы.

В случае если объект представляет собой сложное тело, на голограмму записывается совокупность голограмм всех точек объ-екта. Волновой фронт, формируемый при восстановлении с такой голограммы, равен сумме волновых фронтов от каждой точки объекта, то есть идентичен волновому фронту от самого объекта. При этом происходит формирование изображения объекта на рас-стоянии R от голограммы.

Сформулируем основные особенности голографического про-цесса:

— для голографии необходимо наличие когерентных опорной и сигнальной волн;

— в процессе голографирования происходит перекодирование амплитудно-фазового распределения поля сигнальной волны в ам-плитудное распределение сигнала и регистрация этого сигнала в виде голограммы (интерференционной картины);

— для восстановления изображения необходимо облучить го-лограмму опорной волной.

Голограммы обладают рядом интересных свойств. Одно из важнейших состоит в возможности изменения масштаба изобра-жения. Если одновременно изменить в одно и то же число раз линейный размер голограммы и длину волны восстанавливающего изображение пучка света, то в соответствующее число раз изме-нится и масштаб создаваемого изображения. Если изменения длины волны и масштаба голограммы непропорциональны, то изображение также будет сформировано, однако в нем возникнут масштабные искажения. Во многих практических применениях эти искажения не играют существенной роли.

Это свойство позволяет записывать голограммы на одной дли-не волны, например в радиодиапазопе, а восстанавливать волно-вой фронт и наблюдать изображение на другой волне, в оптиче-ском диапазоне.

§ 3.3. Методы синтезирования апертуры

Процесс синтезирования апертуры в самолетной РСА пояс-няется с помощью рис. 3.3. Рассмотрим случай, когда в зоне обзо-ра Р Л С есть только один точечный отражающий объект А.

40

Самолет-носитель летит по строго прямолинейной траектории с постоянной путевой скоростью Vn. Передатчик, подобно лазеру в оптической голографии, облучает когерентной волной объект А. Антенна РЛС имеет относительно небольшую длину и, следова-тельно, довольно широкую в азимутальной плоскости диаграмму направленности во- Отраженные от цели сигналы (сигнальная волна) поступают в РЛС в течение всего времени, пока объект находится в луче антенны, то есть на участке траектории дли-

Отраженный сигнал из приемника поступает на фазовый де-тектор, где он складывается с опорным сигналом (опорной вол-ной), формируемым передатчиком. Величина сигнала на выходе фазового детектора £/ф Д (интенсивность интерференционной кар-тины) определяется амплитудой и фазой отраженного сигнала.

Отраженный от точечного объекта А сигнал образует сфери-ческий фазовый фронт, а опорный сигнал при неизменной во времени (а значит, и вдоль траектории полета) начальной фазе имитирует плоскую опорную волну. Поэтому сигнал на выходе фазового детектора является голограммой точечного объекта А вдоль оси х (см. рис. 3.1,6). Длительность этого сигнала Г0 равна времени, в течение которого самолет пролетает участок синтези-рования: T0 = X0/Vn (см. рис. 3.3). Эта радиоголограмма соответ-ствует антенне длиной Xq.

41

В большинстве современных РСА используется система реги-страции сигналов с выхода фазового детектора на фотопленку. В результате на фотопленке образуется уменьшенная оптическая копия радиоголограммы.

Возможно также использование цифровых систем обработки, в которых голограмма «регистрируется» в памяти бортовой ЦВМ.

В случае записи сигналов на фотопленку изображение фор-мируется в наземном оптическом корреляторе аналогично рас-смотренному выше процессу восстановления волнового фронта с оптической голограммы. При цифровой обработке ЦВМ осуще-ствляет математические операции над записанным сигналом, эк-вивалентные процессу формирования изображения при гологра-фировании.

§ 3.4. Анализ доплеровских частот сигналов РСА

При движении Р Л С по траектории полета самолета частота / сигнала, отраженного от объекта, отличается от частоты зонди-рующего сигнала /о на так называемую доплеровскую частоту

(доплеровский сдвиг частоты): G(6)

Диаграмма направленности

антенны. где 0 —угол между направ-лением на объект и боковым направлением.

На рис. 3.4 приведен за-кон изменения частоты сигна-ла, принятого от цели, в за-висимости от ее положения в пределах диаграммы направ-ленности реальной антенны. Гак как ширина диаграммы направленности 0О относитель-но невелика, закон изменения доплеровской частоты можно считать линейным:

F _ 2 V n f l _ WnX ' д ~ A 1R •

Рис. 3.4. Изменение частоты отражен-ных от цели сигналов в зависимости от ее положения в пределах диаграммы

направленности антенны

За время полета самолета цель перемещается в пределах диаграммы направленности от одного ее края до другого,

поэтому частота принимаемых импульсов за это время меняется от /rnin до fmax- Максимальное время Го, в течение которого цель находится в пределах диаграммы направленности, равно времени, за которое самолет пролетает расстояние, равное линейной

42

ширине диаграммы направленности на данной дальности, то есть

Таким образом, каждая цель создает на выходе РЛС пачку импульсов длительностью Г0 с линейным изменением частоты внутри пачки.

Если установить на выходе приемника фильтр, согласованный с этой пачкой импульсов, то длительность сжатого сигнала на выходе фильтра

_ 1 __ 1 тсж д р ' f 1 Д Лпах •'nun

Учитывая, что полоса частот &FA определяется шириной диа-граммы направленности

получим значение длительности сжатого сигнала _ X _ d

тсж — 2 V n е0 — 2 1 V

Длительность сжатого сигнала определяет разрешающую спо-собность РСА по путевой дальности, которая будет равна рас-стоянию, пролетаемому самолетом за время тСж, то есть

I/ d = *сж п = •

Как видно из формулы, максимальная разрешающая способ-ность РСА не зависит от дальности и равна половине длины d ре-альной антенны.

Таким образом, метод повышения угловой разрешающей спо-собности в РСА можно рассматривать как сжатие сигнала с ли-нейной частотной модуляцией, обусловленной изменением допле-ровской частоты отраженных от цели импульсов по траектории полета самолета.

§ 3.5. Влияние движения объекта на его радиолокационное изображение

Движение объекта относительно земли приводит к изменению доплеровской частоты отраженных сигналов, принимаемых РЛС. В общем случае скорость движения объекта имеет тангенци-альную Vt (перпендикулярную направлению РЛС — объект) и ра-диальную Vr (совпадающую с направлением РЛС — объект) со-ставляющие. Наличие тангенциальной составляющей скорости эк-вивалентно изменению скорости полета самолета, что незначи-тельно влияет на изображение объекта.

43

Радиальная составляющая скорости вызывает смещение доп-лсровской частоты каждого отраженного сигнала и, следователь-

на величину, пропорциональную радиальной скорости:

но, всего спектра

iff Диаграмма направлен

ности реальной антенны

Неподвижный и под-вижный объекты

-х

A F = X

Мощность отражен 'ного сигнала

X

Если система обра-ботки сигналов РСА на-строена на формирование изображения неподвиж-ного объекта, то движе-ние объекта приводит к тому, что его отметка на радиолокационном изо-бражении размывается (расширяется) по наклон-ной дальности, смещается по путевой дальности от-носительно истинного по-ложения объекта и ос-лабляется, а при некото-рых условиях полностью пропадает. Указанные яв-ления лежат в основе се-лекции движущихся объ-ектов (целей).

Р а з м ы в а н и е от-м е т о к по н а к л о н н о й д а л ь н о с т и . За время синтезирования апертуры объект, имеющий ра-диальную скорость Vr, сместится на расстояние A R=VrT по наклонной дальности. Следователь-но, на величину Д/? уве-личится ширина отметки на радиолокационном изображении. Это расши-рение может быть значи-тельным. Так, например, при Т= 1 с и Vr = 18 км/ч

= 5 м. С м е щ е н и е о т м е т о к п о п у т е в о й д а л ь н о с т и . Про-

цесс образования смещения отметки движущегося объекта пока-зан на рис. 3.5.

Пусть неподвижный и подвижный объекты находятся на одном (боковом) направлении в центре диаграммы направлен-

Интервал обработки сигнала

'X

Интенсивность отметки

Неподвиоюный объект

Подвижный объект

• х

3.5. Формирование изображения подвиж-ного и неподвижного объектов:

а — расположение объектов; б — изменение мощно-сти отраженного сигнала; в — изменение доплеров-скнх частот сигналов; г — изменение интенсивности

отметки

Рис.

44

ностй реальной антенны (рнс. 3.5,а). При полете по траектории мощность отраженных от объектов сигналов изменяется по закону изменения диаграммы направленности (рис. 3.5,6), а доплеров-ская частота сигналов изменяется по линейному закону вдоль оси х (рис. 3.5,в). Частота сигналов от неподвижного объекта изменяется пропорционально углу наблюдения 0 :

F — '^Хл 0 — х Гп — х о — l R Л,

а частота сигналов от подвижного объекта смещена на постоян-ную величину ДF r:

F = F 4- AF = х -4- —г 1 ДВ ' H I 1 Г } I ^

Пусть, например, синтезированный луч формируется на нулевой доплеровской частоте (на рис. 3.5, в, интервал обработки обозна-чен утолщенной частью графика). В этом случае отметка объекта на радиолокационном изображении появляется в том месте на оси х, где доплеровская частота отраженного от этого объекта сигнала равна нулю.

Для неподвижного объекта частота равна нулю в точке х = 0, то есть координата отметки совпадает с координатой объекта. Для подвижного объекта частота равна нулю в точке х = Ах. Величина линейного сдвига Д* определяется из соотношения

Ах = А?, ^ п

то есть отметка на изображении сдвинута относительно коорди-наты объекта на величину Ах, пропорциональную радиальной ско-рости объекта. Из указанного выражения видно, что линейный сдвиг Ах пропорционален сдвигу по угловой координате

Например, при V r =10 км/ч, V„ = 1000 км/ч и /? = 50 км получаем смещение Д0 = О,6° и Д* = 500 м.

О с л а б л е н и е о т м е т о к . В тот момент, когда частота сиг-нала от подвижного объекта становится равной нулю, объект на-ходится в луче антенны под углом Д0 и, следовательно, ампли-туда сигнала уменьшается пропорционально уменьшению коэф-фициента усиления антенны под углом Д0. Соответственно ослаб-ляется интенсивность отметки движущегося объекта на изображе-нии (рис. 3.5,г).

Если радиальная скорость объекта достаточно велика, так что смещение отметки Д0 превышает половину ширины диаграм-мы направленности, то есть Д 0 > 0 о / 2 , амплитуда отметки резко уменьшается и изображение движущегося объекта пропадает. Ми-нимальная скорость Vr, при превышении которой отметка движу-щегося объекта исчезает, определяется выражением Vrmin =

45

± V n e 0 / 2 . Например, при Vn=1000 км/ч и в 0 = 2° получим У г mill = ± 17,5 км/ч.

С е л е к ц и я д в и ж у щ и х с я ц е л е й (СДЦ). Так как спек-тры доплеровских частот сигналов, отраженных от неподвижных и движущихся объектов (целей), разнесены по оси частот (рис. 3.6), то появляется возможность раздельной обработки этих сигналов (фильтрации) и получения отдельных изображений не-подвижных и подвижных объектов.

От неподвиж-ного объекта

Мощность отраженных

сигналов От движущегося

объекта

Обрабаты-ваемый учас-ток частот

Обрабатывае-мый участок частот

Доплеровская частота

Рис. 3.6. Спектры сигналов, отраженных от подвижного и неподвижного объектов

Если обрабатывать участок частот, соответствующий макси-муму сигнала неподвижных объектов, например, в районе нулевой частоты, то на изображении будут наблюдаться отметки только неподвижных объектов и объектов, движущихся со скоростью меньше Vr min.

Если же обрабатывать участок частот A/v, соответствующий максимуму сигнала объекта, движущегося со скоростью Vr, то отметки объектов, движущихся с другой радиальной скоростью, а также неподвижных объектов, будут ослабляться или полностью подавляться.

Для выделения объектов с возможно меньшими скоростями необходимо снижать скорость полета носителя РСА и уменьшать ширину диаграммы направленности реальной антенны РЛС.

При импульсном режиме работы Р Л С необходимо учитывать дополнительные особенности работы СДЦ, обусловленные появ-лением так называемого стробоскопического эффекта. Стробоско-пический эффект заключается в том, что частота огибающей ви-деоимпульсов на выходе фазового детектора Р Л С (частота бие-ний F6) изменяется в зависимости от доплеровской частоты сиг-нала Fa не линейно, а по пилообразному закону (рис. 3.7). Часто-та биений не может превышать половину частоты повторения им-пульсов Fп. Вследствие периодического характера зависимости частоты биений от доплеровской частоты и, следовательно, от ско-рости цели, при различных скоростях цели (Vru Vr2, Vr3) на вы-

46

ходе системы обработки может быть одна и та же частота бие-ний Ft 1.

Если в системе обработки для выделения движущихся целей обрабатываются частоты биений от 0 до FJ2, то такая система может выделять цели, движущиеся с любыми скоростями, кроме так называемых слепых скоростей. Так как часть диапазона частот биений от 0 до Fmax занимают сигналы от неподвижных целей, то выделение движущихся целей в этом диапазоне частот неэффек-тивно.

Рис. 3.7. Изменение частоты сигнала на выходе фазового детек-тора в зависимости от доплеровской частоты

Скорости целей, приводящие к таким частотам биений отра-женного сигнала, называются слепыми:

где п — любые целые числа (0, 1, 2, 3 и т. д.). Необходимо учитывать, что если доплеровская частота сиг-

нала (/>2, Frz) соответствует спадающему участку стробоскопиче-ской характеристики, то закон изменения частоты биений сигнала по траектории полета меняется на обратный по сравнению с из-менением доплеровской частоты, то есть вместо уменьшения час-тота будет увеличиваться. Это приводит к рассогласованию вход-ных сигналов с системой обработки и расфокусировке отметок движущихся целей.

§ 3.6. Функциональная схема

РСА с оптическим устройством обработки (рис. 3.8) состоит из бортовой и наземной части. На борту размещен импульсный пе-редатчик, отличающийся высокой стабильностью несущей частоты генерируемых сигналов, что необходимо для их когерентной об-

47

•фь

ОО

| П

ленк

а с

запи

сью

изо

браж

ения

r

j

Рис.

3.

8. Ф

ункц

иона

льна

я сх

ема

РСА

работки. Сигнал передатчика поступает в приемопередающую антенну (либо в две антенны, если происходит одновременное из-лучение в обе стороны от траектории полета). Принимаемые сиг-налы после усиления в приемнике поступают на фазовый детек-тор, куда подается и опорный сигнал. Если траектория полета самолета не является строго прямолинейной, фаза опорного сиг-нала корректируется от датчиков изменения траектории (траек-торных нестабильностей) так, что получаемая голограмма соот-ветствует прямолинейному полету.

Рис. 3.9. Радиоголограмма, полученная с помощью РСА

Сигнал с выхода фазового детектора модулирует по яркости луч ЭЛТ. Каждому периоду повторения зондирующего импульса соответствует одна строка развертки по дальности на экране ЭЛТ. Изображение такой строки проектируется объективом на движу-щуюся фотопленку. Скорость движения фотопленки синхронизи-рована со скоростью полета самолета. По мере движения пленки на ней формируется запись интерференционной картины взаимо-действия отраженных сигналов с опорным сигналом, то есть ра-диоголограмма.

Сигналу от точечной цели соответствует изображение в виде перемещающихся вдоль пленки светлых полос на соответствую-щем расстоянии от начала развертки по дальности. Таким обра-зом, на фотопленке регистрируется одномерная голограмма точеч-ной цели.

Совокупность сигналов от всех целей в зоне обзора образует на первичной пленке сложное амплитудное распределение, соот-ветствущее сумме голограмм точечных целей. Образец записи ра-диоголограммы РСА приведен на рис. 3.9 [16]. Хорошо видна го-лограмма одиночного точечного объекта.

После проявления, как правило, в наземных устройствах пер-вичная пленка с записью голограммы в оптическом корреляторе освещается лучом лазера (см. рис. 3.8). Ширина освещаемого участка ограничивается диафрагмой, размер которой пропорцио-нален длине синтезируемой для данной дальности апертуры ан-тенны. Н-а движущейся вторичной фотопленке формируется ра-

49

диолокационное изображение местности. На этом изображении все объекты, находящиеся на одной наклонной дальности, но от-личающиеся путевой дальностью, разрешаются за счет фокуси-ровки света голограммой в системе обработки. Каждая голограм-ма точечного объекта фокусирует свет в свою точку. На изобра-жении объекты видны отдельно, если расстояние между ними больше размера элемента разрешения.

Для разрешения объектов, находящихся на разных наклонных дальностях, используется, как и в РФА, импульсный метод работы. Начало разведки дальности поперек пленки соответствует вре-мени прихода сигнала от ближнего края зоны обзора, конец — от дальнего. При формировании изображения с голограммы исполь-зуется цилиндрическая линза, которая без искажений переносит изображение строки по дальности на выходную пленку. Эта линза не влияет на фокусирование изображения по путевой даль-ности.

§ 3.7. Тактико-технические характеристики

Длина синтезированной апертуры. Как было показано ранее, длина синтезированной апертуры X определяет разрешающую способность РСА по путевой дальности:

2Х •

Улучшение разрешения в два раза по сравнению с оптической голографией объясняется тем, что в РСА сигнал проходит рас-стояние от самолета до объекта дважды, туда и обратно, что при-водит к двойному фазовому набегу. Поэтому при смещении объ-екта по путевой дальности параметры отраженного сигнала (фаза) изменяются в два раза быстрее, чем при формировании оптиче-ской голограммы.

Максимальная возможная длина синтезируемой апертуры рав-на линейной ширине реальной диаграммы направленности на дан-ной дальности:

Х0 = RQq.

Поэтому чем больше дальность до цели, тем больше макси-мальный размер синтезируемой апертуры. В результате макси-мальная линейная разрешающая способность РСА по путевой дальности не зависит от дальности до объекта и равна половине длины реальной антенны:

Разрешающая способность, получаемая в реальных условиях работы РСА, обычно гораздо хуже максимально возможной. Так, в реальных условиях полета самолет совершает колебания отно-сительно прямолинейной траектории полета. Эти колебания при-

50

водят к случайным изменениям фазы принимаемого сигнала, что ограничивает длину синтезируемой апертуры.

К такому же эффекту приводят недостаточная стабильность частоты передатчика, скорости протяжки пленок, аберрации опти-ческих линз и т. II.

Для РСА с обработкой сигналов с помощью ЦВМ длина син-тезированной апертуры может ограничиваться также объемом па-мяти устройства обработки и его возможностями по быстродей-ствию.

Несмотря на эти ограничения, в РСА достигнута значительно более высокая разрешающая способность, чем в РФА. Так, напри-мер, в РСА типа AN/APQ-102A с оптическим устройством обра-ботки разрешение по путевой дальности составляет 13 м при максимальной дальности до объекта 56 км, что соответствует дли-не синтезируемой апертуры Х ^ 6 0 м и времени накопления сиг-нала, при скорости носителя Р Л С У„ = 500 км/ч 7 = 0,45 с. Длина реальной антенны этой РЛС равна 1,27 м [16].

Высокую разрешающую способность предполагается достиг-нуть и в РСА, устанавливаемых на искусственных спутниках Земли. Отсутствие в космосе такого дестабилизирующего факто-ра, как турбулентность атмосферы, позволяет синтезировать ан-тенны чрезвычайно большой длины. Так, например, в РСА SEASAT возможно синтезирование апертуры длиной до 15 км, что при высоте орбиты спутника 800 км позволяет обеспечить разрешение 8х = 25 м (длина реальной антенны d= 11 м, длина волны Х = 23,5 см) [10].

Параметры импульсного сигнала. Длительность зондирующего импульса в РСА, как и в РФА, определяет разрешающую способ-ность по дальности. Для РСА широко используется излучение ЛЧМ сигналов для увеличения дальности действия при сохранении высокого разрешения и относительно небольшой пиковой мощно-сти передатчика.

В РСА типа AN/APQ-102A длительность излучаемого импуль-са равна 1,2 мкс при пиковой мощности 50 кВт. Сжатие этого импульса в 15 раз позволяет обеспечить разрешение 13 м, а энер-гетический потенциал достаточен для максимальной дальности 56 км.

В спутниковой РСА SEASAT длительность зондирующего им-пульса составляет 33,4 мкс, коэффициент сжатия более 600, сред-няя мощность передатчика равна 44 Вт, что обеспечивает разре-шение порядка 25 м при высоте полета 800 км.

Выбор периода следования Тп зондирующих импульсов опре-деляется двумя факторами. Во первых, Тп должен быть таким, чтобы обеспечивалось однозначное измерение дальности до цели, то есть сигнал, отраженный от цели, находящейся на максималь-ной дальности, должен приходить до излучения очередного зон-дирующего импульса:

Т \ ^^гадх 1 п / ~г •

51

Для дальности 100 км период следования импульсов должен быть не менее 0,66 мс, что соответствует частоте повторения им-пульсов F„= 1/Гп= 1,5 кГц.

Во вторых, для того чтобы импульсный сигнал без искажений передавал огибающую записываемой голограммы, на минималь-ный период сигнала голограммы должно приходиться не менее двух импульсов. Это условие означает, что за время пролета само-лета участка траектории, равного длине реальной антенны РЛС, должно быть излучено не менее двух зондирующих импульсов, то есть

у т < Л v П 1 П 2 '

Таким образом, должно удовлетворяться неравенство

2i^max ^ ^ fL

Противоречие в выборе Тп, вызванное необходимостью обес-печения одновременно и большой дальности действия, и требова-ний по формированию радиоголограммы, особенно сильно сказы-вается при больших скоростях носителя РСА, что характерно, на-пример, для спутниковых систем. Это требует применения антен-ных систем большого размера.

Зона обзора РСА. Выбор зоны обзора РСА зависит как от решаемых задач, так и от технических возможностей аппаратуры.

Возможны, например, следующие варианты тактического при-менения РСА:

1. Производится обзор местности без СДЦ в двух полосах од-новременно, расположенных слева и справа параллельно линии пути. Каждая полоса удалена на одинаковое расстояние от РЛС. Мощность передатчика равномерно распределена между двумя бортами.

2. Тот же режим, но вместо обзора общего плана местности применяется режим СДЦ. При этом максимальная возможная скорость полета снижается. В некоторых РСА предусмотрена од-новременная запись и общего изображения, и режима С Д Ц по двум полосам (например, AN/APD-11).

3. Те же параметры полета и положение зоны, но просматри-вается только одна полоса, левая или правая, в режиме общего обзора и С Д Ц одновременно.

4. Общий обзор с излучением сигнала только в одну сторону, что позволяет просматривать зону на значительном расстоянии от линии пути и при больших высотах.

В РСА возможен также режим обзора с лучом реальной ан-тенны, вынесенном вперед по курсу самолета. Преимуществом та* кого режима является возможность обзора пространства в зоне перед самолетом (переднебоковой обзор).

52

§ 3.8. Комплекс воздушной разведки на основе РСА

Возможности и структуру комплекса воздушной разведки на основе РСА показывает пример комплекса AN/UPD-6, входящего в систему тактической воздушной разведки и устанавливаемого на самолете F-4E [И].

Комплекс состоит из бортовой РЛС AN/APD-11, радиолинии передачи радиолокационных сигналов на землю AN/GRQ-17 и на-земного коррелятора-процессора (системы обработки) ES-86A (рис. 3.10).

Бортподая аппаратура Наземная аппаратура

Рис. 3.10. Структурная схема комплекса воздушной разведки

РСА AN/APD-11 может использоваться как на больших, так и на малых высотах, для чего в ней предусмотрено наличие пары антенн правого и левого борта для малых высот, устанавливаемых внутри фюзеляжа, и пары антенн для больших высот, устанавли-ваемых в подвесном контейнере. В РЛС используются сжатие ЛЧМ импульсов и оптическая система регистрации информации. В AN/APD-11 предусмотрена селекция движущихся целей, для чего обработка информации идет в четырех каналах: два отведено на обработку сигналов правого и левого борта без СДЦ и два — с СДЦ. Соответственно на фотопленку записывается изображение четырех полос.

В РСА применяются стабилизация положения зоны обзора с помощью инерциальной навигационной системы самолета и ком-

53

пенсация траекторных нсстабилыюстей путем коррекции фазы опорного сигнала от датчиков-акселерометров.

Кроме записи радилокациоиных сигналов на боргу предусмот-рена их передача на землю по широкополосной линии связи AN/GRQ-17. По радиолинии дополнительно передаются информа-ция о режиме работы и положении антенны, а также данные о на-клонной дальности до наземной станции.

В наземной аппаратуре линии связи производится запись ра-диолокационных сигналов на фотопленку. Кроме того, наземная часть радиолинии осуществляет слежение за самолетом по направ-лению с помощью параболической антенны с узкой диаграммой направленности и измеряет дальность до него по системе актив-ного ответа. Это позволяет осуществлять привязку получаемого изображения к карте.

В аппаратуре обработки ES-86A производится проявление фо-топленки (получение голограммы) и восстановление с нее изобра-жения с помощью оптической системы. Полученное изображение местности записывается на вторичную пленку. Весь процесс обра-ботки, начиная от приема сигналов и кончая получением вторичной пленки с изображением, длится несколько минут.

Кроме того, в аппаратуру ES-86A входят устройства для де-шифрирования и сравнения полученных изображений. Эта аппара-тура включает в себя два канала, каждый из которых состоит из телевизионного монитора и проектора. По одному каналу пере-дается радиолокационная карта, а по другому — ранее известная информация, например географическая карта или аэрофотосни-мок того же участка.

При полете самолета-разведчика на малых высотах и при больших удалениях от аэродрома применение радиолинии связи невозможно, так как она работает в основном в пределах прямой видимости. В этом случае информация обрабатывается после по-садки самолета аппаратурой WS-430B, которая отличается от описанной выше только отсутствием радиолинии.

Г л а в а 4

БОРТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ РСА

§ 4.1. Структурная схема

В состав типового бортового оборудования РСА входят (рис. 4.1) синхронизатор, когерентный приемопередатчик, антен-ная система и фоторегистратор. С ним сопрягаются интегральная навигационная система (ИНС), радиовысотомер (РВ) и радио-линия передачи данных. С помощью бортового оборудования РСА производится получение и регистрация радиоголограммы разве-дываемой местности в процессе полета самолета.

Бортовое оборудование

Синхрони- ч Когерент-ный пере-датчик

РСА затор /

Когерент-ный пере-датчик \ (

Фоторе-гистра-

гпор

\/Л/

Антенная система

Когерент-ный при-емник

Система стабилиза-ции антенн

* .

Радиолиния передачи данных

ИНС РВ

Рис. 4.1. Структурная схема бортового оборудования РСА

Радиоголограмма и навигационные сигналы в целях опера-тивного получения разведывательной информации передаются по радиолинии передачи данных на наземную часть РСА, а также регистрируются на фотопленке в бортовом фоторегистраторе.

Данные IIHC и РВ используются для регулировки режимов работы РЛС, а также для навигационной привязки изображения местности.

55

Синхронизатор координирует работу всех функциональных устройств во времени. Импульсы запуска передатчика, поступаю-щие из синхронизатора на когерентный передатчик, определяют моменты излучения зондирующих импульсов. На выходе пере-датчика формируется когерентная последовательность радиоим-пульсов с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Частота повторения зондирующих импульсов изменяется про-порционально путевой скорости полета самолета по сигналам, по-ступающим от ИНС.

Мощные радиоимпульсы с выхода передатчика по волновод-ной линии передачи поступают в антенную систему и излучаются в пространство. Антенная система имеет две антенны, располо-женные слева и справа по бокам фюзеляжа самолета или в под-весном контейнере. Диаграммы левой и правой антенн одинако-вые: узкие (1—2°) в горизонтальной плоскости и широкие — в вер-тикальной. Их оси постоянно ориентированы с помощью системы стабилизации антенн перпендикулярно к линии пути самолета для обеспечения бокового обзора. Наличие двух антенн позволяет од-новременно вести обзор двух полос местности слева и справа от самолета или по выбору оператора одной из этих полос. Система стабилизации антенны работает по сигналам курса, крена и тан-гажа, поступающим от инерциальной навигационной системы. Угол наклона оси диаграммы направленности антенны в верти-кальной плоскости изменяется в зависимости от высоты полета по сигналам радиовысотомера.

Отраженные от цели радиоимпульсы принимаются антенной системой и поступают в когерентный приемник. Амплитуда при-нимаемых радиоимпульсов изменяется за время облучения цели в соответствии с диаграммой направленности реальной антенны по азимуту. Фаза радиоимпульсов изменяется в соответствии с доплеровским смещением их частоты, определяемым путевой ско-ростью самолета и текущим азимутом цели. Когерентный прием-ник осуществляет усиление этих радиоимпульсов, их сжатие с учетом ЛЧМ и последующее преобразование последовательности радиоимпульсов в последовательность двухполярных видеоим-пульсов. Для осуществления такого когерентного преобразования из передатчика в приемник на фазовый детектор подается опор-ный сигнал в виде гармонического колебания, частота и фаза ко-торого определяются частотой и фазой зондирующих импульсов.

Если самолет перемещается не по строго прямолинейной тра-ектории, частота опорного сигнала корректируется по сигналам инерциальной системы и системы стабилизации антенны. После-довательность видеоимпульсов с выхода когерентного приемника поступает на радиолинию совместно с навигационными и вспомо-гательными сигналами для передачи на наземную часть РСА. Одновременно эти видеоимпульсы поступают на фоторегистратор, где они преобразуются в яркостные отметки на экране ЭЛТ, ко-торые затем фиксируются на фотопленке, образуя изображение

56

Та

бл

иц

а 4 Л

Реж

имы

раб

оты

РС

А

типа

AN

/AP

Q-1

02A

и

пара

мет

ры

поле

та

Реж

имы

и п

арам

етры

№ р

ежим

а О

бзор

СД

Ц

Лев

ая

поло

са

Пра

вая

поло

са

Выно

с по

лосы

, км

Д

иапа

зон

высо

т, м

Д

иапа

зон

скор

осте

й по

лета

, км

/ч

Диа

пазо

н ск

орос

тей

СД

Ц,

км/ч

1 +

+ +

1,5

-1.7

15

0—20

00

800—

2700

—

2 —

+

+ +

1,5

-1,7

15

0—20

00

500—

1500

5—

40

3 +

4-+

—

1,5—

1,7

150—

2000

50

0—15

00

5—40

4 +

+ —

1,

5—1,

7 15

0—20

00

500—

1500

5—

40

5 +

—

+ +

9—10

15

0—10

000

800—

2700

—

6 +

—

+ —

18

—20

15

0—10

0(0

800—

2700

—

7 +

—

—

+ 1

8-2

0 15

0-15

000

800—

2700

—

8 +

+ 36

15

0—15

000

800—

2700

радиоголограммы. В целях навигационной привязки совместно с сигналами радиоголограммы на фотопленке фиксируются также навигационные и вспомогательные сигналы.

По окончании разведывательного полета эта фотопленка до-ставляется на наземную систему ее обработки.

Возможные режимы работы РСА типа AN/APQ-102A показа-ны в табл. 4.1 [16]. Из таблицы видно, что станция может рабо-тать в режимах обзора, селекции движущихся целей (СДЦ) или обзора и С Д Ц одновременно. Ширина полосы разведки по гори-зонтальной дальности равна 19—20 км. Вынос полосы разведки, то есть расстояние от линии пути до ближней границы полосы, фиксирован и составляет 1,5—1,7; 9—10; 18—20 и 36 км. В пре-делах полос обеспечивается выделение движущихся целей, скоро-сти которых лежат в диапазоне от 5 до 40 км/ч.

В режимах обзора или СДЦ в левой и правой полосах одновре-менно сигналы радиоголограмм записываются соответственно на левой и правой половинах фотопленки. При обзоре совместно с С Д Ц в одной полосе (левой или правой) радиоголограмма об-зора записывается на соответствующей половине фотопленки, а радиоголограмма С Д Ц на противоположной. Навигационные и вспомогательные сигналы записываются посредине фотопленки.

В режиме обзора запись выходных сигналов производится та-ким образом, чтобы после ее обработки в наземной системе по-лучалась радиолокационная карта местности с высоким разре-шением.

В режиме С Д Ц запись сигналов в фоторегистраторе произво-дится так, чтобы после ее обработки были подавлены изображе-ния неподвижных целей и фона местности и остались бы только изображения движущихся целей.

Далее подробно рассмотрены принципы построения и харак-теристики функциональных устройств: синхронизатора, передат-чика, антенной системы, приемника, фоторегистратора, радиоли-нии передачи данных, а также их взаимодействие с ИНС и РВ.

§ 4.2. Синхронизатор

Синхронизирующее устройство предназначено для формирова-ния запускающих, управляющих и бланкирующих видеоимпуль-сов, обеспечивающих координацию работы всех функциональных устройств РСА во времени.

Пример возможной функциональной схемы синхронизатора представлен на рис. 4.2.

В состав синхронизатора входят управляемый по частоте по-вторения генератор импульсов, стабилизированный генератор им-пульсов (кварцевый генератор и синхронизированный генератор импульсов) и схемы формирования запускающих, управляющих и бланкирующих импульсов.

Принцип работы синхронизатора состоит в следующем. Управ-ляемый напряжением генератор импульсов формирует последова-

58

тельность видеоимпульсов, ча-стота следования которых оп-ределяет частоту повторения импульсов РСА и зависит от режима работы РСА и скоро-сти полета самолета (сигнал Му). Импульсы с выхода ге-нератора подаются на схему совпадения. На второй вход схемы поступает последова-тельность видеоимпульсов от синхронизированного генерато-ра импульсов.

На выходе схемы совпаде-ния видеоимпульс появляется только тогда, когда видеоим-пульс с частотой повторения Fn совпадает с одним из видеоим-пульсов частотой Fc- Тем са-мым обеспечивается высокая стабильность частоты повторе-ния при различных режимах работы РСА, высотах и скоро-стях полета самолета. Однако при этом частота изменяется в зависимости от uv уже не непрерывно, а дискретно. Она равна FJriv, где пу целое чи-сло импульсов частотой FC9 умещающихся между сосед-ними импульсами частотой Fп при данном uv. Выходные ви-деоимпульсы схемы совпаде-ния поступают на схемы фор-мирования запускающих, уп-равляющих и бланкирующих импульсов.

С выхода схемы формиро-вания запускающих импуль-сов на соответствующие уст-ройства поступают:

— импульсы стробирования предварительного усилителя передатчика (ПУ);

— импульсы запуска им-пульсного модулятора пере-датчика (ИМ);

— импульсы запуска блока развертки фоторегистратора (Р) ;

— импульсы для формирования меток дальности в фотореги-страторе (D);

— импульсы запуска схемы временной автоматической регули-ровки усиления приемника (ВАРУ);

— импульсы синхронизации схемы компенсации траекторных искажений принимаемого сигнала (КТИ).

С выхода схемы формирования управляющих импульсов в со-ответствующие устройства подаются:

— сигнал управления фазовращателями в схемах смещения частоты генератора опорного сигнала в режимах обзора и С Д Ц (ФВ);

— сигнал управления скоростью протяжки фотопленки в фо-торегистраторе сигналов (СП);

— импульсы управления входным и выходным коммутаторами схемы растяжения—сжатия импульсов (К).

Импульсы с выхода схемы формирования бланкирующих им-пульсов поступают на соответствующее РЭО самолета и запирают его на время излучения зондирующих импульсов в целях умень-шения взаимных помех.

Изменение частоты повторения импульсов запуска передат-чика и блока развертки фоторегистратора, пропорциональное ско-рости полета самолета (как при обзоре, так и при СДЦ) , обес-печивает постоянство средней мощности излучения на единицу пути (числа импульсов облучения цели) и средней плотности за-писи сигналов на фотопленке независимо от скорости полета са-молета.

В режиме обзора частота F„ = k\Vn, в режиме С Д Ц Fn = k при этом £2=(1,5—2)&ь то есть в режиме СДЦ частота Fn увели-чивается в полтора-два раза, что позволяет расширить диапазон скоростей селектируемых движущихся целей.

§ 4.3. Когерентный передатчик Передающее устройство РСА предназначается для формирова-

ния когерентной последовательности СВЧ радиоимпульсов с внут-риимпульсной линейной частотной модуляцией.

Его возможная функциональная схема показана на рис. 4.3. Задающий генератор вырабатывает гармонический сигнал час-

тотой / з г , например, порядка 100 МГц. Этот сигнал поступает на умножитель частоты. Его выходной сигнал имеет частоту /о, близ-кую к излучаемой /Изл, например, 10 ГГц. Выходной сигнал умно-жителя поступает на вход преобразователя частоты. Задающий генератор и умножитель частоты образуют совместно так назы-ваемый когерентный гетеродин, выходной сигнал которого по-дается также на смеситель приемника.

На второй вход преобразователя частоты поступает импульс-ный сигнал промежуточной частоты. Этот сигнал формируется с помощью генератора опорного сигнала, импульсного модулятора сигнала промежуточной частоты (СПЧ) и генератора линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) импульсов.

60

Рис.

4.3

. Ф

ункц

иона

льна

я сх

ема

пере

даю

щег

о ус

трой

ства

Генератор опорного сигнала состоит из генератора гармониче-ского сигнала промежуточной частоты /пр = 50-1-70 МГц и двух схем смещения частоты этого сигнала на величины Fсм и FK.

[7 Смещение частоты /п р на величину Fcм=~4

п- необходимо для нормальной работы наземного оптического устройства, а смеще-ние частоты /Пр на величину Fк предназначено для компенсации частотных искажений в синтезированном сигнале, обусловлен-ных случайными отклонениями траектории фазового центра ан-тенны от прямолинейной. Гармонический сигнал частотой fnp + FCM подается на импульсный модулятор СПЧ, а сигнал частотой /пр + ^к используется в качестве опорного в фазовом детекторе приемника.

На импульсный модулятор СПЧ поступают также видеоим-пульсы из синхронизатора. Прямоугольный радиоимпульс часто-той /пр + ^см с выхода модулятора поступает на вход преобразо-вателя частоты. На выходе преобразователя образуется импульс-ный сигнал с частотой излучения /h™ = /o + AiP + ^cm. При использо-вании в Р Л С ЛЧМ импульсов на выходе генератора ЛЧМ им-пульсов формируется радиоимпульс заданной длительности часто-той /ПР + FcM + at, где а — крутизна линейной частотной модуляции. Этот Л Ч М радиоимпульс поступает на вход преобразователя частоты, на выходе которого образуется радиоимпульс с частотой излучения /изл=/о + /пр + /7см + а^.

Выходные радиоимпульсы преобразователя частоты усили-ваются в предварительном усилителе СВЧ до уровня, достаточ-ного для возбуждения выходного усилителя мощности.

Радиоимпульсы с выходного усилителя мощности по волно-водной линии передачи поступают в антенну. Их длительность определяется импульсным модулятором СВЧ, который запускается импульсами из синхронизатора.

Когерентный передатчик имеет следующие конструктивные особенности. Когерентность сигнала обеспечивается с помощью высокостабильных кварцевых задающего генератора и генератора опорной (промежуточной) частоты. Умножитель частоты обычно имеет коэффициент умножения порядка 100. Когерентный гетеро-дин и генератор опорного сигнала являются общими для передат-чика и приемника. В качестве генератора ЛЧМ импульсов приме-няется дисперсионный фильтр, который используется в приемнике для сжатия Л Ч М радиоимпульсов. Преобразователь частоты представляет собой однополосный модулятор. В качестве широко-полосного предварительного усилителя СВЧ, как правило, исполь-зуется ЛБВ, а в качестве выходного усилителя мощности — уси-лительные клистроны. Выходной усилитель с импульсным моду-лятором конструктивно входят в отдельный блок.

§ 4.4. Когерентный приемник Когерентный приемник предназначен для приема, усиления,

сжатия и преобразования отраженных от цели радиоимпульсов в сигналы радиоголограммы. Приемник (рис. 4.4) работает сле-

62

дующим образом. Приня-тые антенной системой от-раженные от цели ЛЧМ радиоимпульсы поступа-ют на вход смесителя сиг-налов.

В некоторых РСА для увеличения чувствитель-ности приемника эти сиг-налы сначала поступают на усилитель высокой ча-стоты (УВЧ), а затем на смеситель. Выходные сиг-налы антенны имеют ча-стоту fo + fnp + ci(t—tD) + + /7см + / 7

д + /7т, где tD — время запаздывания сиг-нала; F д — доплероЕСКий сдвиг частоты; Fт — тра-екторные искажения ча-стоты, то есть искаже-ния, обусловленные слу-чайными отклонениями траектории самолета от прямолинейной. На вто-рой вход смесителя по-дается непрерывный гар-монический сигнал часто-той /о с выхода когерент-ного гетеродина передат-чика.

На выходе смесителя образуется ЛЧМ радио-импульс с разностной ча-стотой, равной f Пр + + a(t—tD) +Fcm + Fa + Ft. После усиления в предва-рительном усилителе про-межуточной частоты ра-диоимпульсы с ЛЧМ по-ступают на вход схемы сжатия импульсов. Эта схема используется пооче-редно в передатчике и в приемнике. В режиме пе-редачи она используется в качестве генератора ЛЧМ радиоимпульсов промежу-точной частоты (схемы

ИIX щ

CJ а (0

<3 CQ

л CQ н о •s о сх н £

о К S о. с сз S

с* СЭ as л 4 а я о 5 и к >» е

i

90UVH2T10 Mqudoiio

'Ьюг UIQ' p rr

CQ >»

63

растяжения), а в режиме приема — в качестве схемы сжатия ЛЧМ радиоимпульсов. Основным элементом схемы является дис-персионный фильтр, который осуществляет сжатие во времени поступающих на него ЛЧМ радиоимпульсов. Предварительный и основной усилители промежуточной частоты (УПЧ) служат для компенсации затухания сигнала в дисперсионном фильтре.

Коэффициент усиления предварительного УГ1Ч регулируется с помощью схемы временной автоматической регулировки усиле-ния (ВАРУ). Эта схема устанавливает усиление в зависимости от дальности таким, чтобы интенсивность сигналов, отраженных от однотипной местности, была бы примерно одинаковой в начале и в конце полосы обзора.

Схема АРУ, работающая по шумовому напряжению УПЧ, устанавливает коэффициент усиления канала приемника таким, чтобы интенсивность шума на выходе основного УПЧ оставалась бы примерно постоянной во всех режимах работы РСА. Это обес-печивает постоянство интенсивности шумового фона на фотопленке при записи радиоголограммы.

Сжатые радиоимпульсы частотой fnp + FCM + FA-\-FT (уже без ЛЧМ) с выхода схемы сжатия через основной УПЧ поступают на фазовые детекторы (ФД) обзора, или ФД СДЦ, или на оба ФД сразу в зависимости от режима работы РСА. Опорные сигналы на ФД подаются непрерывно независимо от режима работы. Опор-ный сигнал ФД обзора представляет собой непрерывное гармони-ческое колебание частотой /пр + ^к, поступающее с выхода гене-ратора опорного сигнала через схему КТИ. Смещение частоты опорного сигнала [Пр на величину Fк предназначено для компен-сации составляющей Fr частоты принимаемого сигнала.

При точной компенсации (FK = FT) на выходе ФД обзора фор-мируются двухполярные видеоимпульсы, промодулированные по азимуту колебанием частотой Fcm + Z7*. Эти сигналы подаются на вход соответствующего канала видеоусилителя (ВУ) фотореги-стратора.

В качестве опорного сигнала ФД С Д Ц используется гармони-ческое колебание частотой /Пр—FCM + FKl поступающее с генератора опорного сигнала через схему КТИ. Дополнительное смещение частоты /цр + ^к выходного сигнала этого генератора на величину —Fсм необходимо для подавления сигналов неподвижных целей в оптической системе. На выходе ФД С Д Ц образуется последова-тельность двухполярных видеоимпульсов, промодулированных ко-лебанием частотой 2/7см + /7д.

Этот сигнал с помощью выходного коммутатора ФД подается в соответствующий канал видеоусилителя фоторегистратора.

§ 4.5. Антенная система Антенная система РСА предназначена для излучения зонди-

рующих радиоимпульсов и приема отраженных от местности и объектов сигналов в соответствии с формируемой ею диаграммой направленности.

64

В состав антенной системы входят (рис. 4.5): волноводная ли-ния передачи с антенными переключателями ПРИЕМ—ПЕРЕДА-ЧА и ЛЕВО—ПРАВО, две одинаковые волповодно-щелевые ан-тенны (левая и правая) и двухканальпая система стабилизации антенн, левый и правый каналы которой аналогичны и состоят из схем управления двигателями и блоков исполнительных дви-гателей.

К правому КТИ

Рис. 4.5. Функциональная схема антенной системы

С помощью антенного переключателя ПРИЕМ—ПЕРЕДАЧА одна (левая или правая) или обе антенны подключаются на время излучения зондирующего импульса к передатчику, а в остальное время — каждая к своему приемнику. При одновременной работе 'обеих антенн на передачу мощность сигналов передатчика делится пополам.

Волноводно-щелевая антенна, например, станции AN/APQ-102A имеет размер 1300x180 мм и представляет собой систему из при-мыкающих друг к другу узкими стенками волноводов с наклон-ными излучающими щелями вдоль широких стенок. Запитывание волноводов осуществляется через. центральный волновод. Распо-ложение и наклон щелей в волноводах позволяет получить тре-буемую диаграмму направленности антенны.

В горизонтальной плоскости диаграмма направленности узкая и ширина ее на уровне 0,5 максимума мощности составляет 1,4-1,5°.

В вертикальной плоскости ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 максимума мощности равна 60°. Направление мак-симума диаграммы смещается вниз примерно на 1,5°. Форма диа-

3—826 65

граммы направленности в секторе 45° вниз от направления Мак-симума соответствует функции G ( ( p ) = J / c o s <г cosec2 rf. Выбор ко-секансной формы диаграммы направленности обеспечивает в этом секторе равномерную по дальности интенсивность сигналов, отра-женных от однотипной местности.

Антенна с помощью четырехосевого шарнирного подвеса со-единяется с корпусом самолета. Три оси (азимута, крена, танга-жа) этого подвеса используются для стабилизации антенны в про-странстве, а четвертая ось (угла места )—для управления антен-ной по углу места при изменении режима работы РЛС и высоты полета самолета.

Введение в типовую трехосевую гиростабилизированную антен-ную платформу четвертой оси (угла места) обеспечивает разде-ление функций управления лучом антенны по углу места и его стабилизации в этом положении и позволяет избежать необходи-мости введения поправок при обработке азимута, крена и тангажа при больших углах наклона антенны.

Поворот антенны вокруг указанных осей осуществляется с по-мощью исполнительных двигателей. Сигналы управления этими дви-гателями формируются по данным инерциальной навигационной системы (ИНС), радиовысотомера (РВ), пульта управления Р Л С (ПУ). С ИНС поступают сигналы угла сноса, крена и тангажа, с РВ — сигналы истинной высоты полета, а с ПУ — сигналы ре-жима работы РЛС.

В результате положение диаграмм направленности антенн ста-билизировано в пространстве так, что горизонтальные проекции их осей остаются перпендикулярными заданной линии пути само-лета (средней линии пути) при любых его колебаниях.

В вертикальной плоскости луч антенны устанавливается в со-ответствии с выбранным режимом работы Р Л С и высотой полета самолета и стабилизируется в таком положении, которое обеспе-чивает равномерное облучение заданной полосы разведки.

Антенная система РСА имеет ряд конструктивных особенно-стей. В некоторых РСА имеется четыре антенны: две из них предназначаются для работы на малых высотах (от 150 до 2000 м), размещаются по бокам фюзеляжа в передней его части; две другие размещаются в подвесном контейнере и предназна-чаются для работы на больших высотах (от 2000 до 15000 м). Антенны малых высот короче антенн больших высот.

В качестве исполнительных двигателей используются гидрав-лические моторы, которые питаются от самолетной гидросистемы.

Общая масса антенной системы (без волноводной линии пере-дачи и антенных переключателей) около 80 кг.

§ 4.6. Фоторегистратор сигналов

Фоторегистратор сигналов предназначен для записи на фото-пленку радиоголограммы местности, навигационных и вспомога-тельных данных.

66

Возможная функциональная схема регистратора представлена на рис. 4.6. Выходные сигналы ФД приемника после усиления в соответствующем канале (А, или В, или в обоих сразу) двух-канального видеоусилителя подаются на яркостные однострочные индикаторы на электронно-лучевых трубках ЭЛТ А и ЭЛТ В. Развертка электронного луча этих трубок, пропорциональная го-ризонтальной дальности, осуществляется блоком развертки. Блок развертки запускается синхронизатором и генерирует в горизон-тально отклоняющих катушках ЭЛТ токи, обеспечивающие пере-мещение электронного луча по экрану.

Сигн.ФДч

MemmlК Двухканаль-ный видео-усилитель

Схема авт. фокусировки и рег.яркости

7 F —

Отсинхр.,

£ -о

ЭЛТ А

ЭЛТ в

блок развертки

— Л блок развертки

* 5 с; R ^ w с С сп С О

t блок

управления^ протяжной

Узбл записи высоты

От РВ

узел записи ^ От ИНС навигационных n

Узел записи режима

xs_0m /7У V ""

От синхр. и ИНС

Рис. 4.6. Функциональная схема фоторегистратора

Выбор развертки, пропорциональной горизонтальной дально-сти вместо наклонной, позволяет исключить искажения изображе-ния, возникающие при обзоре земной поверхности при больших углах визирования.

Наличие схемы автоматической фокусировки и регулировки яркости обеспечивает высокую разрешающую способность инди-катора по всему экрану. Изменение задержки развертки в соот-ветствии с выносом полосы обзора и изменение формы напряже-ния развертки осуществляются по сигналам режима работы Р Л С и высоты полета.

Проектирование изображения развертки на фотопленку произ-водится с помощью проекционного объектива. Построчное экспо-нирование фотопленки при ее движении перпендикулярно к строке, развертки дает непрерывную запись сигналов. Движение фото-пленки со скоростью, пропорциональной путевой скорости само-лета, осуществляется с помощью узла протяжки фотопленки. Синхронизация скорости протяжки пленки со скоростью самолета производится путем изменения частоты вращения ведущего син-хронного двигателя узла протяжки.

3* 67

Частота вращения задается частотой питающего переменного напряжения, поступающего с блока управления протяжкой. Это напряжение имеет частоту, пропорциональную скорости полета самолета. Синхронное изменение частоты повторения зондирую-щих импульсов, импульсов запуска развертки индикатора и ско-рости протяжки пленки обеспечивает постоянство плотности за-писи при изменении скорости полета. Синхронизация скорости движения пленки со скоростью самолета дает возможность полу-чить неизменный масштаб записи.

Рис. 4.7. Вид записи сигналов на фотопленке регистратора

Совместно с радиолокационными сигналами на фотопленку за-писываются сигналы режима работы РЛС, сигналы высоты по-лета и вспомогательные данные. Запись этих сигналов осущест-вляется с помощью специальных электронно-оптических узлов.

Пример записи сигналов на фотопленку представлен на рис. 4.7 [16]. В центре пленки записывается двоичный код вспомогатель-ных данных. Ими могут быть номер пленки, крен, тангаж, снос, курс и т. п.

Выше и ниже этих квадратов располагаются полосы с за-писью радиоголограмм, на которые наложены метки дальности в виде продольных линий. Ширина каждой полосы составляет примерно 50 мм.

Верхний край пленки занят кодированной записью высоты по-лета. Нижний край пленки занят сигналами режима работы РЛС в виде трехразрядного двоичного кода.

§ 4.7. Радиолиния передачи данных

Передача радиолокационных сигналов на наземную станцию, например в системе AN/UPD-11, осуществляется в реальном мас-штабе времени. Радиолиния передачи данных AN/GRQ 17 состоит из бортовой и наземной аппаратуры [11].

68

В состав бортовой аппаратуры входят преобразователь сиг-налов, передатчик и четыре рупорные (конусные) антенны: две из антенн расположены в передней части фюзеляжа самолета, две другие —в передней и задней частях контейнеров. Антенны излучают по сторонам, а также вперед и назад в секторах 90°. По радиолинии дополнительно передается информация о режиме ра-боты станции и положении антенны, а также сигнал наклонной дальности до наземной станции.

Наземная часть радиолинии передачи данных состоит из при-емопередающей аппаратуры и параболической антенны, связан-ной с несколькими генераторами и приемниками. Приемопередаю-щая часть станции служит для автоматического или ручного со-провождения самолета-разведчика по направлению. Информация о наклонной дальности до самолета получается по запросным сиг-налам с наземной станции. По наклонной дальности и постоянно регистрируемым азимуту и углу места антенного луча, направ-ленного на самолет, в вычислителе рассчитываются координаты самолета, которые непрерывно печатаются на фотопленке с за-писью радиолокационных сигналов.

О возможных отклонениях самолета от курса, которые могут привести к ограничению разведываемых полос местности, экипаж сообщает по радио, при этом вносятся соответствующие коррек-тивы.

При прерывании радиосвязи управление полетом самолета-разведчика осуществляется по кодированным приказам с земли, передаваемым по радиолинии управления и отображаемым на индикаторе летчика.

Г л а в а 5

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ РСА

§ 5.1. Характеристики системы В отличие от обычных РЛС в РСА для получения радиолока-

ционного изображения с высокой разрешающей способностью по путевой дальности используется специальная система обработки радиолокационных сигналов, принимаемых по траектории полета самолета. Рассмотрим алгоритм обработки сигналов в такой си-стеме.

При перемещении РЛС относительно цели изменяются многие параметры отраженного от цели сигнала, в первую очередь его фаза. Знание закономерностей изменения параметров сигнала по траектории полета используется при обработке для получения высокой разрешающей способности. При этом определяющим яв-ляется знание закономерностей изменения доплеровской частоты сигналов.

При движении РЛС БО по прямолинейной траектории фаза отраженного сигнала ф(лг) от одиночной цели изменяется по квад-ратичному закону, что соответствует линейному закону изменения частоты:

9 (х) = -у/Г + ^

где X — длина волны РЛС; R — наклонная дальность; фо — начальная фаза сигнала.

Так как закон изменения фазы ф(л;) зависит от дальности до цели, устройство обработки сигналов РСА должно быть много-канальным по дальности и обеспечивать когерентное накопление сигналов с квадратичным законом изменения фазы ф(*) в каж-дом элементе дальности. Время когерентного накопления и длина апертуры антенны определяются требуемым разрешением РСА. Например, длина апертуры антенны X для получения разрешаю-щей способности по путевой дальности бл; = 6 м на удалении /? = = 160 км при длине волны Х = 3 см, определяемая по формуле

70

При скорости полета самолета Vn = 300 м/с требуемое время когерентного накопления сигналов

Т = Х - « 1 3 с

Когерентное накопление сигналов по траектории полета про-исходит отдельно в каждом разрешаемом по наклонной дально-сти канале. Число каналов по дальности NR определяется такти-ческими требованиями, предъявляемыми к полосе обзора мест-ности ДR и разрешающей способности 6R. Так, в РСА типа AN/APQ-102A при Д/? = 1 8 км и Л/? = 1 3 м число каналов по даль-ности

Количество когерентно суммируемых сигналов в каждом ка-нале дальности зависит от времени накопления Т и частоты повто-рения импульсов Fn. При работе в одном из режимов РЛС AN/APQ-102A с Fn = 1 ООО Гц количество суммируемых импульсов

Nx = TFn = 1,3-103.

Для запоминания фазы и амплитуды отраженных сигналов динамический диапазон системы обработки Nm= 102.

Таким образом, требуемая емкость запоминающего устройства системы обработки достигает NRNxNm= 108—109 бит при большом числе каналов (103—104).

Для получения изображения на борту самолета по мере про-лета местности в реальном масштабе времени система обработки сигналов должна обладать высоким быстродействием. Требуемое быстродействие при обработке сигналов РСА приблизительно можно оценить величиной 103—10° операций в секунду.

Для увеличения скорости обзора необходимо производить од-новременную обработку сигналов от всех целей, разнесенных по путевой дальности, в пределах луча реальной антенны. Следова-тельно, это потребует многоканальной обработки и по путевой дальности, что приведет к еще большему увеличению требуемого объема памяти и быстродействия системы обработки сигналов.

Одной из важнейших характеристик системы обработки РСА является время задержки получения информации. В РСА суще-ствуют три принципиальные причины задержки получения радио-локационного изображения.

Первая причина связана с формированием синтезированного раскрыва антенны, для чего носителю РСА необходимо пролететь участок траектории Х= V„T. Время задержки Т может быть умень-шено при увеличении скорости полета самолета.

Вторая причина связана с необходимостью просмотра задан-ной полосы местности по путевой дальности L. Время Tl получе-

71

ния информации об участке местности длиной L определяется ско-ростью самолета:

Третья причина обусловлена конечным временем выполнения операций в системе обработки сигналов.

Обеспечение требуемых значений всех рассмотренных выше характеристик системы обработки РСА является весьма сложной задачей. Поэтому в современных РСА типа AN/APQ-102A, AN/APD-11 используются оптические методы обработки сигна-лов [11].

Обладая большими потенциальными возможностями, когерент-ные оптические устройства имеют ряд преимуществ перед элек-тронными системами обработки сигналов. Оптические методы позволяют достаточно просто решать задачу когерентной много-канальной обработки длительных радиолокационных сигналов. При использовании записи сигнала на фотопленку легко обеспе-чить большую емкость памяти системы обработки. Алгоритм обработки радиолокационных сигналов РСА реализуется доста-точно простой по конструкции и надежной оптической системой. Однако существенным недостатком такой системы является не-обходимость фотохимической обработки фотопленки с записью сигналов, что приводит к значительной задержке получения ин-формации.

§ 5.2. Формирование радиолокационного изображения

При обработке сигналов всегда используется переносчик ин-формации, в параметрах которого закодировано то или иное сооб-щение. Так, например, электрический ток с определенными пара-метрами, проходя через линейные и нелинейные цепи с заданны-ми переходными характеристиками, преобразуется в выходной электрический ток. В параметрах выходного тока закодирована обработанная информация.

Использование светового поля в качестве переносчика инфор-мации позволяет создать достаточно гибкую систему, способную обрабатывать большой объем информации в очень короткое время.

Обычный белый (например, солнечный) свет представляет со-бой сумму большого числа монохроматических волн со случай-ными амплитудами, частотами, фазами и поляризацией.

Его можно рассматривать как случайную шумовую несущую — белый шум. Использование такого света для переноса информа-ции ограничено из-за случайности ряда его параметров.

Большие возможности открывает применение когерентных мо-нохроматических световых волн (луч лазера) . Плоская монохро-матическая волна служит примером поля с пространственно-вре-

72

менной когерентностью. Фаза этой волны в сечении ее плоскостью, перпендикулярной направлению излучения, одинакова, а ампли-туда и частота постоянны во времени.

Очевидно, что когерентное световое поле как переносчик ин-формации обладает значительно большей информативностью, чем электрический ток, имеющий только три независимых параметра (амплитуда, частота, начальная фаза) . Электрический ток яв-ляется одномерным (изменение параметров только во времени), в то время как параметры светового поля изменяются и во вре-мени и в пространстве. Это позволяет одновременно обрабаты-вать сигналы при большом числе каналов.

Входное Выходное изображение изображение

Рис. 5.1. Оптическое устройство обработки сигналов

В оптическом устройстве обработки сигналов (рис. 5.1) в ка-честве источника когерентного света используются лазеры — опти-ческие квантовые генераторы, генерирующие монохроматические волны видимого оптического диапазона длиной 0,4—0,7 мкм. Мощность излучения лазеров, применяемых в системах оптиче-ской обработки, сравнительно мала и составляет десятки милли-ватт.

Когерентная световая волна с помощью расширителя пучка — линз Oj и Ог — освещает преобразователь сигналов. В нашем слу-чае это фотопленка с записью сигналов РСА в виде изменения ее прозрачности.

Оптическое решающее устройство в общем случае представ-ляет собой набор различных оптических элементов (линз, диа-фрагм и т. п.), расположенных определенным образом в простран-стве. Необходимый алгоритм обработки обеспечивается в резуль-тате прохождения света через линзы от входной до выходной плоскости.

В отличие от обычной Р Л С в РСА изображение, записанное на первичной пленке на борту самолета, совершенно не похоже на действительное изображение местности. И только в результате оптического преобразования первичной записи в специальной оптической системе на вторичной пленке получается радиолока-ционная карта местности,

73

На рис. одиночного вичную пленку.

5.2 схематически показан процесс записи сигнала от точечного объекта (уголкового отражателя) на пер-

Линия пути

Вид фотоп-ленки с за -писью сигна-ла от одиноч ного объекта

Модуляция интенсивности электронного луча напряжени ем с фазового де

те к тора Рис. 5.2. Образование радиоголо! рамmi>i одиночного точечного

обьекта

Пусть в зоне обзора РСЛ имеется точечный объект. При облу-чении его зондирующим сигналом он переизлучает сферические волны в направлении самолета. РЛС, установленная на самолете,

Плоская монохроматическая волна

Фотопленка с записью сигнала от одиночного

точечного объекта Рис. 5.3. Формирование изображения

объекта

Сфокусированное изображение

одиночного точечного

пролетающем по траектории, измеряет амплитуду Л и фазу ср этих волн. Для этого принимаемые по траектории сигналы по-даются на фазовый детектор, который образует сигнал, пропор-циональный величине Acoscp. Как видно из рис. 5.2, видеосигнал

74

на выходе фазового детектора соответствует изменению фазы принимаемого сигнала при пересечении прямолинейной траекто-рией РЛС фронта сферической волны, отраженной от точечного объекта.

Для запоминания сигнала напряжение видеосигнала с фазо-вого детектора модулирует интенсивность электронного луча ин-дикатора. Яркость свечения экрана индикатора изменяется про-порционально изменению сигнала Acos(p. Экран индикатора фо-тографируется на фотопленку, в результате сигнал от одиночного точечного объекта на пленке пред-ставляет собой полоску череду-ющихся темных и светлых линий различной длины вдоль пленки.

Если фотопленку с записью этого сигнала осветить плоской монохроматической световой вол-ной (рис. 5.3), то световая волна, пройдя через нее, будет промоду-лирована так, что распределение амплитуд и фаз светового поля за пленкой сформирует вогнутую цилиндрическую волну. Такая волна является одномерной мо-делью сферической радиоволны от точечного объекта, зарегистриро-ванного на пленке. Световая вол-на, распространяясь в пространстве за фотопленкой, фокусируется в некоторой точке, образуя световое изображение объекта.

Такую систему обработки можно рассматривать как оптиче-скую модель процесса формирования радиолокационного сигнала, то есть расстояния, которые проводят радиоволны между целью и РЛС, световые сигналы как бы проходят в обратном направ-лении и складываются в точке. Эта точка соответствует изобра-жению точечного объекта на местности.

Оптическое моделирование можно рассматривать так же, как голографию в радиодиапазоне волн (см. § 3.2). Запись сигнала от точечного объекта на фотопленке представляет собой амплн-тудно-фазовый «портрет» волны от объекта, называемый голо-граммой, а получение радиолокационного изображения на вто-ричной пленке аналогично процессу восстановления волнового фронта. Поэтому первичную пленку в РСА часто называют ра-диоголограммой.

Амплитудно-фазовая картина точечного объекта (голограм-ма) в плоскости представляет собой систему концентрических колец различной ширины. Это так называемая зонная решетка или линза Френеля. Получаемый в РСА «портрет» волны одиноч-ного объекта можно рассматривать как сечение линзы Френеля — одномерную радиоголограмму (рис. 5.4).

Двумерная голограмма одиночного-

объекта

Одномерная голограмма одиночного объекта

Рис. 5.4. Голограммы одиночных точечных объектов

75

Основным свойством линзы Френеля является способность фо-кусировать проходящую через нее световую волну в точку, то есть формировать изображение точечного объекта.

Г"

I

Приемник Фазовый детектор

Видео-усилитель

Л

1 с с )

генератор развертки по дальности

1 с с

генератор развертки по дальности

Генератор опорного сигнала

/ \ Индикатор

| Бортовая система I записи сигналов \ Изображение

Фотокамера с непрврыв -ной протяж кой пленки

f t

Q

> 5

Диапроектор

Q

о - А Л Л - О Оптическое решающее устройство

Л Л Л / 1

J

Фотохими-ческая обра-ботка пленки

Лазер

I I J Наземное^ устройство обработки, сигналов [

Рис. 5.5. Функциональная схема системы обработки сигналов РСА

Любой объект, цель или местность, можно рассматривать как набор элементарных точечных отражателей, а запись амплитуды и фазы отраженных от них сигналов на пленке по траектории полета как уменьшенные копии одномерных голограмм. Поэтому радиоголограмма сложного объекта или местности будет пред-ставлять собой наложение одномерных линз Френеля, соответ-ствующих разным точкам объекта. При восстановлении волнового фронта с такой голограммы в оптическом решающем устройстве каждая линза Френеля фокусирует свет в свою точку, создавая таким образом световую картину, эквивалентную радиолокацион-ному изображению объекта или местности.

В качестве примера рассмотрим один из возможных вариан-тов системы обработки сигналов РСА (рис. 5.5).

Видеоимпульсы отраженных сигналов с выхода фазового де-тектора Р Л С после усиления попадают на индикатор с одностроч-ной разверткой но дальности, экран которого фотографируется на непрерывно движущуюся пленку. После фотохимической обра-ботки пленки она поступает в фильмовой канал наземной оптиче-ской системы обработки, где освещается когерентным пучком света от лазера. Полученный световой сигнал (аналог радиолока-ционного) проходит оптическое решающее устройство, на выходе

76

которого формируется радиолокационное изображение пролетае-мого участка местности, которое записывается на вторичную фо-топленку.

Проявленную вторичную пленку можно детально рассматри-вать (дешифрировать) с помощью диапроектора.

§ 5.3. Преобразование радиолокационных сигналов в оптические когерентные сигналы

Радиолокационный сигнал преобразуется в когерентный опти-ческий сигнал на входе системы обработки путем записи на фо-топленку сигнала с выхода приемника РСА и освещения прояв-ленной фотопленки когерентным пучком света от лазера.

В РСА обычно используется импульсный высокочастотный сигнал 5(/)cos wot, где s(t)—огибающая импульса. Отражен-ный от цели сигнал имеет вид

as (t) cos to0 [ t —- ^ j Г

где a — коэффициент, определяющий отражающие свойства цели; R — расстояние от самолета до цели; с — скорость распространения радиоволны.

Расстояние от самолета до цели будет изменяться в зависи-мости от координат самолета х и цели л'0 и R0:

Н = \ Ф 0 + ( х - л:,,)'-']"2 « А>, + - L .

Отраженный сигнал в этом случае определится выражением

5 = as (/) cos [ v j _ _ f

где К — длина волны. Этот сигнал преобразуется в видеосигнал и поступает на од-

нострочный индикатор для фотографирования на фотопленку. За-регистрированный сигнал в виде изменения прозрачности пленки имеет вид:

с с , I 2ъ(хп-хоп)»/!* = о0 + a cos ср0 Щ о

где фо — начальная фаза; п х = — — масштабный коэффициент, связывающий расстояние

вдоль траектории полета с расстояниями на фотоплен-ке Хп•

Величина S0 определяется начальным уровнем яркости элек-тронно-лучевого индикатора, необходимым для записи на фото-пленку отрицательных значений сигнала.

77

На рис. 5.6 показаны сигналы на выходе фазового детектора, отраженные от одиночного точечного объекта и принимаемые вдоль траектории полета (а), яркость 5 свечения экрана индика-тора (б)у а также вид фотопленки с записью этих сигналов (в). Ось уи поперек пленки соответствует наклонной дальности до объекта а ось хп вдоль пленки соответствует путевой дально-сти х:

f n X — Пх Хп у " п

R= «уУп = Уп.

где пх и пу — масштабные коэффициенты; У„л — скорость протяжки пленки; Vr — скорость развертки на индикаторе.

So

О

ikJUt ? 1 Г 1 П № Ц

• • • • • • • • • • п\

Ул

• • • • • • • • • • а

Рис. 5.6. Сигналы от точечного объекта в системе об-работки РСА:

а — сигналы на выходе фазового детектора; б —яркость све* чения индикатора; в — вид фотопленки с записью сигналов

Отдельные видеоимпульсы вдоль оси хп сливаются на пленке, образуя непрерывный сигнал. Ширина участка записи одиночного сигнала поперек пленки буп определяется длительностью им-пульса.

После фотохимической обработки прозрачность пленки (коэф-фициент пропускания) изменяется пропорционально уровню за-

78

писанного сигнала. При наличии многих объектов в зоне обзора РСА в результате суммирования сигналов на первичной пленке образуется запись в виде сложного интерференционного узора.

Для обеспечения соответствия между принимаемыми сигнала-ми и записанными сигналами (изменением прозрачности пленки) частотные и амплитудные характеристики системы записи долж-ны удовлетворять определенным требованиям.

Вследствие конечной разрешающей способности экрана инди-катора и оптической системы (объектив—пленка) возможно ухуд-шение разрешающей способности по наклонной дальности. Чтобы этого не происходило, число разрешаемых элементов на экране и разрешение оптики /Vp должно соответствовать числу N разре-шенных элементов в полосе обзора РЛС ДR:

Чтобы обеспечить требуемое число N, индикатор, фотопленка и оптическая система должны иметь число разрешаемых элемен-тов N P > N .

Так, в станции AN/APQ-102A N=1400 элементов, = 40 ООО и при ширине участка пленки 50 мм система записи обеспечивает разрешение более 30 пер/мм.

При боковом обзоре, когда луч реальной антенны перпендику-лярен линии пути самолета, сигнал в центре записи имеет нуле-вую доплеровскую частоту (рис. 5.6). При освещении такой голо-граммы луч лазера фокусируется на оптической оси. Там же про-ходит прямой (несфокусированный) луч лазера, обусловленный наличием прозрачности пленки.

Для разделения прямого луча лазера и изображения местно-сти запись сигнала на оси хп производится на небольшой поднссу-щей частоте Fсм так, чтобы в центре записи сигнала отсутствовали нулевые частоты (рис. 5.7). Чем больше Fсм, тем больше сме-щается изображение относительно оптической оси. Повышение поднесущей частоты улучшает работу оптического устройства, однако при этом возрастают требования к стабильности и скоро-сти протяжки пленки. Поэтому обычно выбирают минимально не-обходимую величину поднесущей частоты.

Запись сигнала от • • • Е о 5 • • и \ одиночной цели при

Л боновом обзоре

1 Запись сигнала огл родиночной цели на

• • • • • • • • •/ поднесущей частоте

Рис. 5.7. Вид сигналов РСА при записи на фотопленку

79

Вследствие стробоскопического эффекта максимальная допле-ровская частота биений амплитуды видеоимпульсов на выходе фа-зового детектора не превышгет половины частоты повторения им-пульсов Fu/2. Поэтому поднесущую частоту обычно выбирают рав-ной половине максимальной частоты биений сигнала, то есть F„/4. Для уменьшения расхода пленки скорость протяжки Упл выби-рается минимальней из условия прописывания максимальных частот биений сигнала Fmax = Fn/2:

F г V = п»ах Гц

где Rx — разрешение системы регистрации вдоль оси хп (в перио-дах на 1 мм), которое определяется разрешением оптической си-стемы (объектив—пленка) и стабильностью механической системы протяжки пленки.

Например, в станции AN/APQ-102A /2̂ = 5555, Rx = 30 пер./мм и /7

п = 2 -10 3 Гц, тогда скорость протяжки пленки УПл = 33 мм/с при скорости самолета Кп = 700 км/ч. Одной зарядки пленки длиной 61 м достаточно для съемки участка местности протяженностью 338 км [16].

Масштабный коэффициент записи пх поддерживают постоян-ным, для чего скорость протяжки изменяют пропорционально ско-рости полета самолета.

Для обеспечения линейности тракта записи сигнала необходи-мо, чтобы амплитудное пропускание фотопленки с записанным сигналом было пропорционально амплитуде видеосигнала (напря-жению на выходе фазового детектора ИФД). Суммарная характе-ристика тракта складывается из характеристик элементов системы записи: фазового детектора, видеоусилителя, экрана ЭЛТ и фото-пленки.

Зависимость яркости свечения экрана ЭЛТ и почернения фо-топленки от напряжения сигнала фазового детектора существен-но нелинейна. Поэтому характеристика видеоусилителя, обеспе-чивающая линейность всего тракта, должна быть также нели-нейной:

Такой видеоусилитель называют гамма-корректором, и коэф-фициент уk определяет его нелинейные свойства. Подбором коэф-фициента у* обеспечивают линейность всего тракта записи.

§ 5.4. Наземное оптическое устройство получения радиолокационного изображения

Задача оптической обработки сигналов сводится к преобразо-ванию изображения сигналов на первичной пленке (голограмме) в радиолокационное изображение местности. Для этого лазер с помощью расширителя луча (объективы Oi п 0 2 ) освещает па-раллельным пучком когерентного света первичную пленку

80

(рис. 5.8). В результате прохождения света через пленку и опти-ческое устройство на выходной плоскости (вторичной фотоплен-ке) формируется радиолокационное изображение участка местно-сти, расположенного в пределах ширины луча реальной антенны.

окения

Рис. 5.8. Функциональная схсма оптической системы обра-ботки РСА

При протяжке первичной пленки выходное изображение также перемещается вдоль оси путевой дальности. Для получения радио-локационной карты большого участка местности вторичная плен-ка в выходной плоскости оптической системы движется со ско-ростью, равной скорости перемещения изображения.

Рис. 5.9. Ход лучей при формировании изобра-жения голограммой

Обработка сигналов в оптическом устройстве сводится к фо-кусированию записанного вдоль пленки сигнала (ось х„) и пере-даче без искажений изображения поперек пленки (ось уп).

Фокусирование сигнала по оси хи происходит в процессе рас-пространения света в свободном пространстве (рис. 5.9). Волны, проходящие через первичную пленку в светлых участках записи сигнала точечной цели (линзы Френеля), далее распространяются во все стороны. В некоторой точке 1 разность хода волны (Д ь Д2, Дз и т. д.) от светлых участков пленки оказывается кратной длине волны.

81

Первичная пленка пленка

Поэтому в этой точке волны от светлых участков склады-ваются сиифазно. Темные участки первичной фотопленки значи-тельно ослабляют волны, приходящие в точку / в противофазе. Поэтому в точке 1 образуется яркое пятио — изображение точеч-

ного объекта. Расфокусированное изображе-

В™°Ричная ние 2 образуется в результате прямого прохождения луча лазе-ра. Для того чтобы оно не на-кладывалось на изображение объ-екта, запись сигналов в РСА на первичной пленке осуществляется на поднесущей частоте Гсм. Чем выше поднесущая частота, тем под большим углом к оптической оси формируется изображение

объекта и тем больше расстояние точки 1 от расфокусированного пятна 2.

Расстояние /?ф, на котором фокусируется изображение объек-та, определяется наклонной дальностью до объекта и масштабом записи сигнала:

п _ > .Я

где Хс — длина волны света. Расстояние фокусирования оказывается пропорциональным

расстоянию до цели R. Поэтому радиолокационное изображение местности по путевой дальности формируется на плоскости, на-клоненной к оптической оси системы (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Формирование изображе ния на наклонной плоскости

о о

Первичная пленка

о

о Вторичная

пленка Рис. 5.11. Телескопическая система формирова-

ния изображения

Изображение по оси наклонной дальности формируется про-ектированием первичной пленки на наклоненную вторичную плен-ку с помощью специальной оптической системы с цилиндрической линзой.

Недостатком такой простой системы обработки является боль-шое расстояние фокусирования и, следовательно, большое измене-ние этого расстояния в пределах полосы обзора РСА (большой

82

угол наклона вторичной пленки). Так, например, при к = 3 см, /? = 36 км, /гЛ- = 5,5• 103, Хс = 5• 1С 7 м расстояние фокусирования будет порядка десятков метров.

Для устранения этого недостатка используется оптическое устройство, у которого между первичной и вторичной пленками помещается телескопическая система (рис. 5.11), состоящая из двух линз L\ и L2 С разными фокусными расстояниями. Расстоя-ние между линзами равно сумме их фокусных расстояний /1+/2. Такая система образует в плоскости Р уменьшенное изображение первичной пленки, что эквивалентно увеличению масштабного ко-эффициента записи сигналов пх. Коэффициент уменьшения мас-штаба изображения телескопической системой равен отношению фокусных расстояний линз [13].

В свободном пространстве между плоскостью Р и вторичной пленкой происходит фокусирование изображения на плоскость вторичной пленки. При этом новое расстояние фокусирования мо-жет быть всего порядка нескольких сантиметров:

Схема оптической обработки сигналов РСА с наклонными плоскостями изображена на рис. 5.12. Линзы L\ и L2 образуют телескопическую систему, формирующую вблизи фокальной плос-кости линзы L2 изображение по путевой дальности.

Для обеспечения фокусирования изображения во всей полосе обзора вторичную пленку располагают под небольшим углом к оптической оси (единицы градусов). При этом один край вторич-ной пленки находится ближе к линзе. Подбором угла наклона и перемещением вторичной пленки производится согласование рас-

Лазео

Рис. 5.12. Оптмческая система обработки сигналов РСА с наклонными плоскостями

83

стояния фокусирования для объектов, расположенных в ближней и дальней частях полосы обзора РЛС.

Для передачи без изменения изображения по оси ухх с первич-ной на вторичную пленку используют вторую телескопическую систему с одинаковыми фокусными расстояниями линз L3 и L4. При этом изображение с первичной пленки проектируется в мас-штабе 1 : 1 на вторичную пленку. Так как вторичная пленка на-клонена вдоль оси у1и то для передачи изображения без искаже-ния первичная пленка также наклонена, но в обратную сто-рону.

Линзы телескопических систем — цилиндрического типа, то есть L1 и Li действуют только по оси хп, а линзы L3 и действуют со-ответственно только по оси дальности уп.

Масштаб выходного изображения по оси хп

М = /г ivix — пх ^ #

Масштаб выходного изображения по оси уп равен масштабу записи на первичной пленке:

Му = п г

Участок первичной пленки, освещаемый лучом лазера, огра-ничен диафрагмой фильмового канала. Размер окна диафрагмы Хп по оси хп определяется требуемым размером синтезированной апертуры X с учетом масштаба пленки вдоль оси л'п:

По оси уп диафрагма обеспечивает освещение всей ширины записи на пленке.

Для устранения шумов, обусловленных случайным изменением толщины фотоэмульсии на пленке и колебаниями толщины под-ложки фотопленки, первичную пленку с записью сигналов РСА в фильмовом канале системы обработки погружают в жидкость (иммерсионный фильмовой канал). При этом выбирают такую жидкость (четыреххлористый углерод, спирт и т. д.), коэффициент преломления которой равен коэффициенту преломления фото-пленки.

В оптических системах обработки сигналов РСА другого типа используют конические линзы [16]. В таких системах наклонять первичную и вторичную пленки не требуется (рис. 5.13).

Коническая линза накладывается иа первичную пленку с за-писью сигнала. Эта линза имеет такую форму, что любой срез ее по оси соответствует цилиндрической линзе с фокусным рас-стоянием /ь равным расстоянию фокусирования сигнала, записан-ного на данной дальности. Такая линза, цилиндрическая по форме, на любой высоте (ось уи) имеет фокусное расстояние, линейно изменяющееся по высоте линзы. Линза фокусирует сигнал по

84

оси л*п на бесконечность. В этом случае наклонная фокальная плоскость выпрямляется. Дополнительная сферическая линза Ц формирует изображение на плоскости вторичной пленки.

По оси уп две линзы, цилиндрическая L2 и сферическая L3, формируют изображение также в плоскости вторичной пленки.

Для обеспечения равенства масштабов изображения фокус-ные расстояния линз L\ и L2 должны удовлетворять условию

В такой оптической системе вследствие переменного увеличе-ния двух линз Lj, Ц возникает искажение масштаба по путевой дальности.

На рис. 5.14 показан блок наземной оптической обработки сигналов PJ1C AN/APQ-102A. Блок состоит из нескольких отсе-ков [16].

Проявленная фотопленка с записанными на борту сигналами (первичная пленка) помещается в отсек /, вторичная фотопленка, на которую производится запись радиолокационного изображе-

изображения

Рис. 5.13. Оптическая система обработки сигналов РСА с конической линзой

Ll— JLl Л пу Л

85

ния, — в отсек 5. Радиолокационное изображение записывается на фотопленку шириной 127 мм — две полосы по 50 мм.

Устройство протяжки и синхронизации движения первичной и вторичной фотопленок размещено в отсеке 7.

I Z 4

Рис. 5.14. Блок наземной системы оптической обработки сигналов РСА:

/ — отсек с проявленной пленкой; 2 —отсек с орга-нами управления; 3 — отсек с блоком питания; 4 — от-сек калибровки оптической системы; 5 — отсек с за-писью' радиолокационного изображения; 6 — отсек оп-тического решающего устройства; 7 —отсек устройст-ва протяжки и синхронизации; 8 — отсек контроля экс-

позиции

В качестве когерентного источника света в блоке обработки используется гелий-неоновыб лазер с длиной волны 0,632 мкм, расположенный вместе с блоком питания в отсеке 3. Оптическое решающее устройство находится в отсеке 6. В блоке предусмотре-на калибровка оптической системы по тесту (4) и контроль экс-позиции (8) вторичной пленки. Органы управления располага-ются на панели отсека 2. Масса такого блока оптической обра-ботки сигналов РСА составляет 345 кг.

Г л а в а 6

БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ РСА

§ 6.1. Способы оперативной обработки сигналов РСА

Основным недостатком большинства современных РСА являет-ся большая временная задержка в получении разведывательной информации. Действительно, для того чтобы получить радиоло-кационное изображение объекта разведки, самолет — носитель РСА должен возвратиться на базовый аэродром. Затем первичная фотопленка с зарегистрированной на ней радиоголограммой дол-жна быть перенесена с самолета в специализированную лабора-торию, проявлена, подвергнута оптической обработке, и лишь после вторичного фотохимического процесса радиолокационное изображение еще на мокрой пленке может быть использовано опе-ратором-дешифровщиком. Обычно на все эти операции требуется несколько часов [5]. За это время часть разведывательной инфор-мации устаревает, а иногда сведения, полученные с помощью РСА, полностью теряют ценность.

Заметное сокращение временной задержки получения радио-локационного изображения достигается введением радиоканала передачи сигналов РСА с борта самолета на наземный приемный пункт. Примером такой разведывательной радиолокационной си-стемы может служить система AN/UPD-6 [11].

В такой системе запись первичного сигнала (формирование радиоголограммы) и все дальнейшие операции по его обработке производятся на земле, в то время как самолет — носитель РСА может находиться в районе разведки. Временная задержка полу-чения радиолокационного изображения в этом случае уменьшается на время полета самолета из района разведки до базового аэро-дрома. Тем не менее временная задержка остается заметной (не-сколько минут для AN/UPD-6), а при передаче информации на значительные расстояния возникают большие технические труд-ности. Кроме того, этот способ получения изображения не позво-ляет использовать радиолокационную информацию на борту са-молета— носителя РСА.

87

Для оперативного использования разведывательной информа-ции могут быть использованы РСА с бортовой системой обработ-ки (рис. 6.1). В такой РСА кроме антенны и приемопередающего устройства необходимо иметь систему оперативной памяти для записи радиоголограммы, систему обработки, работающую в ре-альном масштабе времени, а также системы отображения и ре-гистрации радиолокационного изображения местности.

Рис. 6.1. Структурная схема РСА с бортовой системой обработки сигна-лов

В принципе на борту самолета может быть использована опти-ческая система обработки. В этом случае, как и в наземной спе-циализированной лаборатории, оперативная память и система отображения могут быть выполнены на фотопленках. Однако ра-бота существующих оптических систем обработки сигналов РСА оказывается недостаточно устойчивой в бортовых условиях.

Более приспособленными к бортовым условиям оказались электронные системы обработки, к которым прежде всего надо отнести системы электронной обработки на ЭЛТ, цифровые си-стемы обработки и системы обработки на приборах с зарядовой связью (ПЗС) .

Э л е к т р о н н а я с и с т е м а о б р а б о т к и н а ЭЛТ является аналоговым устройством, то есть сигналы в системе непрерывны во времени и по амплитуде. В качестве системы оперативной па-мяти в таких устройствах используется специальная запоминаю-щая ЭЛТ, а обработка сигналов производится на дисперсионных линиях задержки, подобно тому как производится обработка сиг-налов с линейной частотной модуляцией по дальности. Упрощен-ная структура электронной системы обработки сигналов на ЭЛТ показана на рис. 6.2 [5].

Отраженные от земной поверхности сигналы после усиления преобразуются в видеоимпульсы с помощью фазового детектора (ФД). Усиленные в видеоусилителе (ВУ) сигналы поступают на запоминающую ЭЛТ. Запись развертки по дальности отраженного сигнала производится по вертикали период за периодом. Таким образом, за время, равное времени синтезирования, на ЭЛТ ока-зывается записанной радиоголограмма. Считывание сигналов с

88

ЭЛТ для дальнейшей обработки производится по горизонтали (по азимуту) для различных каналов дальности. Длина записанного по горизонтали сигнала соответствует длине интервала синтезиро-вания. В дальнейшем по мере полета информация по ЭЛТ сдви-гается и часть ее по мерс сдвига обновляется. Сигнал, считанный с ЭЛТ, усиливается в усилителе низкой частоты (УНЧ), смеши-вается в смесителе (СМ) с сигналом частоты /ф, на которую рас-считан сжимающий фильтр (СФ), обрабатывается фильтром, де-тектируется (АД) и полученный сигнал радиолокационного изо-бражения поступает в систему отображения.

Азимут

Рис. 6.2. Структурная схема системы обработки РСА с ис-пользованием запоминающей Э Л Т

Однако такие бортовые системы обработки дают радиолока-ционное изображение недостаточно высокого качества. Главными причинами этого являются потери при преобразовании сигнала и ограниченный динамический диапазон запоминающих ЭЛТ [7].

Наиболее перспективными считаются цифровые системы борто-вой обработки сигналов РСА [2, 7].

В ц и ф р о в ы х с и с т е м а х о б р а б о т к и (ЦСО) сигнал представляется в виде последовательности чисел. Аналоговый ра-диолокационный сигнал преобразуется при этом в дискретизиро-ванный по времени и амплитуде сигнал. Сама по себе ЦСО представляет специализированную цифровую вычислительную ма-шину, а процесс обработки сигналов сводится к выполнению ма-тематических операций над последовательностями чисел (цифро-вым сигналом). Упрощенная структурная схема ЦСО сигналов РСА показана на рис. 6.3.

Отраженный сигнал, как и в системе обработки на запоми-нающих ЭЛТ, после усиления преобразуется на фазовом детек-торе (ФД) в видеосигнал. Далее сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует анало-говый сигнал в цифровой. Цифровой сигнал записывается в оперативную цифровую память, причем запись в каждом периоде зондирования ведется по дальности. По мере полета информация

89

в памяти накапливается, затем сдвигается и частично обновляется. Считывание цифрового сигнала производится по азимуту. Строка цифровой памяти по азимуту определяет длину интервала син-тезирования. Считанный цифровой сигнал поступает в цифровой процессор (ЦП), в котором реализуются математические опера-ции синтезирования апертуры. С выхода ЦП цифровой сигнал радиолокационного изображения подается в систему отображе-ния.

Блок оперативной

памяти

У пч ФД АЦП [jtj н Счшы\ У пч ? ФД ? АЦП Ф вани{?\

1 I 8ггп->

Рис. 6.3. Структурная схема цифровой системы обработки сигна-лов РСА

Основными недостатками ЦСО сигналов РСА в настоящее время считаются их громоздкость и большая потребляемая мощ-ность. Однако считают, что быстрый прогресс в области техноло-гии производства цифровых интегральных микросхем позволяет надеяться на значительное улучшение массовых и энергетиче-ских характеристик ЦСО сигналов РСА в ближайшем буду-щем [7].

Рис. 6.4. Структурная схема системы обработки РСА с использованием ПЗС

Перспективными для бортовых систем обработки сигналов РСА считаются с и с т е м ы с и с п о л ь з о в а н и е м ПЗС (рис. 6.4). Аналоговый радиолокационный сигнал в системах обработки на ПЗС дискретен во времени, но непрерывен по амплитуде (после-довательность импульсов).

Все операции до дискретизирующего устройства (ДУ) произ-водятся аналогично описанным ранее для цифровой системы об-работки. С помощью ДУ отраженный сигнал преобразуется в последовательность видеоимпульсов, амплитуда которых в анало-говом виде запоминается в памяти на ПЗС. Запись в запоминаю-щее устройство осуществляется период за периодом по дальности, а считывание—по азимуту. Процесс обработки реализуется в ана-логовом виде в процессоре на ПЗС (ППЗС) . Далее сигнал, как обычно, подается в систему отображения.

Системы обработки сигналов на ПЗС имеют определенные преимущества перед ЦСО. Эти преимущества особенно велики

90

при сравнении массовых, габаритных и энергетических показате-лей ПЗС и дискретных элементов цифровой автоматики. Однако характеристики ПЗС пока не позволяют получать высокое каче-ство радиолокационного изображения.

§ 6.2. Структура РСА с цифровой системой обработки

РСА с цифровой обработкой сигналов (рис. 6.5) можно раз-делить на три части: высокочастотный радиолокационный тракт, цифровую систему обработки (ЦСО) и систему отображения (СО).

Высокочастотный радиолокационный тракт может быть выпол-нен так же, как и у РСА с оптической системой обработки (см. гл. 4). При ЦСО смещение сигнала на поднесущую частоту /7см = /7

п/4 не производится, а обработка ведется в двух каналах, что позволяет снизить требования к системе обработки по объему памяти и быстродействию.

ЦСО представляет собой согласованный с сигналом фильтр. Согласованный фильтр позволяет получить максимальное отно-шение сигнал/шум при форме выходного сигнала, обеспечивающей высокое разрешение.

Объекты и отражающую поверхность земли можно рассматри-вать в виде набора точечных отражателей. Такое рассмотрение позволяет представить весь сигнал как сумму сигналов, отражен-ных от точечных целей. Чтобы получить радиолокационное изобра-жение каждого отражающего элемента земной поверхности, ха-рактеристики фильтра согласуют с сигналом, отраженным от то-чечной цели.

Процесс согласованной фильтрации при цифровой обработке сигналов состоит из двух операций: умножения сигнала на опор-ную функцию и интегрирования (сложения) произведений. Опор-ная функция является характеристикой фильтра и представляет собой копию сигнала, с которым согласован фильтр. При цифро-вой обработке сигналов РСА опорная функция, то есть копия сигнала, отраженного от точечной цели, хранится в блоке памяти, а ее длина определяет интервал синтезирования. При реализации фильтра, согласованного с сигналом, сам сигнал u(t) и опорную функцию h(t) целесообразно представить в комплексной форме. Сигнал радиолокационного изображения при этом определяется модулем выходного сигнала согласованного фильтра.

Комплексные сигналы в ЦСО представляются в виде двух ре-альных сигналов, соответствующих действительной iia(t) и мни-мой uM(t) частям комплексного сигнала u(t) =--uA(t) +juM(t). Фор-мирование комплексного сигнала производится следующим обра-зом (рис. 6.6). Сигнал с выхода УПЧ мПр(0 поступает на два фазовых детектора (ФД)» опорное напряжение которых wo n(0 сдвинуто по фазе друг относительно друга па 90° с помощью фа-зовращателя (ФВ). Это позволяет на выходе фазовых детекторов

91

to

Рас.

0.

5, С

трук

турн

ая

схем

а РС

А

с ци

фро

вой

сист

емой

о&

рабо

ткн

получить видеосигналы» соответствующие действительной и мни-мой частям комплексного сигнала. Действительная и мнимая части сигнала поступают соответственно в синфазный н квадратурный каналы обработки.

Отраж. сигнал unpit)

УПЧ | uA(t)

UjmUJ

В синфазный капал

В квадратурный канал

Рис. 6.6. Схема формирования комплексного сигнала

В блоке памяти каналов хранятся соответственно действитель-ная hA(t) н мнимая h4(t) части опорной функции, составляющие комплексную опорную функцию Л (О =ЛД(/) +/ЛМ(/), которая в случае комплексной согласованной обработки комплексно сопря-жена с сигналом одиночного объекта.

Действительные н мнимые части сигнала одиночного объекта и опорной функции показаны на рис. 6.7 для нулевой начальной фазы»

UjM U(t)'UA(l)'JUM(tl hJ,№UA(t)-}UM(t)

Сигнал Опорная фуняццц

Рис. 6.7. Си г на л к согласованная олориап функция для одиночного точечного объекта

В состав цифровой системы (см. рис. 6.5) входят блок опера-тивкой памяти и арифметическое устройство, или цифровой про-цессор (ЦП). Устройства памяти и процессор обычно состоят из электронных элементов, которые обладают двумя устойчивыми состояниями, условно соответствующими цифровым значениям О и 1. Поэтому все числа в ЦСО набираются из двух цифр. Набор цифр, представляю^*.!* число, называется двоичным кодом числа. Системы счисления, в которых имеются всего две цифры, назы-ваются двоичными. Все математические операции и цифровом процессоре производятся в двоичной системе счисления. Для по-

93

лучения чисел в таких системах используется несколько разрядов, то есть несколько электронных элементов с двумя состояниями равновесия. Общее количество чисел, которое можно представить / разрядами:

Значение числа, которое представлено I разрядами в виде Хи . . хи вычисляется по формуле

п = х2- 2° + хъ-2] • + . . . + х г 2 ,

где Xi ( i = l , 2, . . . , I )—двоичная переменная, принимающая зна-чения 0 и 1.

Обычно первое значение переменной обозначает знак числа, причем 0 соответствует положительному, а 1—отрицательному числу. Значения двоичных переменных определяются уровнем на-пряжения на выходах электронных элементов, на которых реали-зована ЦСО. Так, положительное напряжение может соответство-вать 1, а отрицательное — 0.

Для того чтобы аналоговый сигнал на выходе фазовых детек-торов РСА представить в виде двоичных кодов, его необходимо дискретизировать по времени и проквантовать по амплитуде. Для этого используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

В результате дискретизации из аналогового сигнала получает-ся дискретный, то есть сигнал в виде последовательности корот-ких импульсов, амплитуда которых равна амплитуде аналогового сигнала. Интервал времени Гд, через который определяются зна-чения (отсчеты) дискретного сигнала, называется интервалом дис-кретизации.

Амплитуда импульсов дискретного сигнала квантуется. Для этого весь диапазон изменений сигнала разбивается на N уровней с шагом Aw и амплитуде сигнала присваивается тот двоичный код, который соответствует уровню квантования этого сигнала. После-довательность двоичных кодов на выходе АЦП называется циф-ровым сигналом.

Интервал дискретизации АЦП выбирается таким, чтобы было не менее одного отсчета сигнала на элемент разрешения по даль-ности. В этом случае сигналы любой разрешаемой по дальности цели не будут пропущены. Обычно число отсчетов отраженного сигнала на элемент разрешения выбирается с запасом, равным 1,5—2.

Число отсчетов сигнала в периоде зондирования NRt соответ-ствующее числу дискретных значений сигнала по дальности (здесь и далее — два отсчета на элемент разрешения), определяется фор-мулой

где ДR — ширина полосы обзора; 6R — размер элемента разрешения по дальности.

94

При боковом обзоре за время пролета интервала синтезирова-ния и накопления Л/п импульсов в большинстве случаев отражаю-щий объект не выходит за пределы одного элемента разрешения по дальности. Следовательно, один и тог же номер отсчета циф-рового сигнала по дальности в каждом периоде зондирования составит от периода к периоду последовательность чисел, соот-ветствующих сигналу, отраженному от одного и того же объекта.

системы обработки

Для пояснения этого положения на рис. 6.8 показано располо-жение последовательностей отсчетов сигнала, отраженного от одиночного объекта. Видно, что к одному объекту относятся две последовательности в соседних отсчетах по дальности и обе они вытянуты вдоль линии пути. Именно эти последовательности и представляют цифровой сигнал (цифровую радиоголограмму) то-чечного объекта.

Цифровой сигнал и(п) с выхода АЦП (см. рис. 6.5) подается в блок оперативной памяти ЦСО, причем каждый отсчет сигнала в периоде зондирования поступает в свой канал дальности. Так образуется Nr каналов дальности при обработке сигналов. Ин-формация поступает в память по двум каналам — синфазному и квадратурному (см. рис. 6.6) и располагается в памяти в таком же порядке, как показано на рисунке 6.8. Таким образом обра-зуется матрица комплексных чисел, реализуемая двумя матри-цами синфазной и квадратурной частей сигнала размером jV#XjV„. Число запоминаемых отсчетов сигнала вдоль линии пути, как и

95

число отсчетов опорной функции, определяется временем синтези-рования Тс п частотой повторения РЛС Г,,:

К = 7 с^и.

По мерс пролета отрезка пути, соответствующего периоду пов-торения, новая информация, состоящая из новых NK отсчетов сиг-нала, сдвигает ранее полученную на один шаг в матрице памяти. Информация, соответствующая самому раннему отсчету, при этом уничтожается.

Опорная h(n) функция / \

н

U(K) • — • — 1 2 5

Ф-

Ф -(х>

AIn

модуль UpflH(K)

к к^ К'Нп

Радиоголограмма и (к) в оперативной памяти ЦСО

Сигнал радиолокационного изображения 1 2 3 к

Црлц

ш V щк)•. — • — • • —• —• — • — — • — • — • — •—

' 2 J К Х-/ K*Nn' Сигнал радиоголограммы

Рис. 6.9. Схема процесса обработки сигналов РСА

Обработка сигналов для каждого отсчета по дальности произ-водится в своем канале. Число каналов обработки равно числу отсчетов сигнала по дальности Nr.

Процесс обработки в одном канале дальности можно описать выражением

N„

U РЛИ ( к ) = {к+ n)h(n) / 2 - I

где и рли— сигнал радиолокационного изображения; к — номер отсчета сигнала изображения вдоль линии пути;

п — номер отсчета опорной функции; и — цифровой комплексный сигнал: и = иА(к) + /и м (к ) ;

h { n ) — ц и ф р о в а я комплексная опорная функция: /г(п) = = Лд(п) +/ftM/i.

96

Смысл этого выражения поясняется с помощью рис. 6.9. Для получения ас-го отсчета выходного сигнала вдоль линии пути тре-буется отсчеты опорной функции с 1-го по Мгй перемножить с отсчетами входного сигнала (цифровой радиоголограммы) с ( z c - f l ) - r o до (K+N„)-ro, сложить произведения и для получен-ного комплексного числа найти модуль. Так как сигнал и опорная функция в комплексном виде соответственно равны и{к) =ил(к) + + /«М ( а с ) и h(n) =ha(n) +/АМ, то в каждом канале дальности РСА используется согласованный цифровой фильтр, показанный на рис. 6.10.

иМ " ц

" р л и М

Цифровой согласованный фильтр для одного канала по дальности

Рис. 6.10. Функциональная схема цифрового процессора РСА

Отраженный сигнал с выхода УПЧ поступает на два фазовых детектора и после преобразования с помощью АЦП в цифровую форму поступает на четыре умножителя, в которых реализуется операция комплексного умножения и(к + п)к(п). Затем произво-дится раздельное суммирование действительных и мнимых частей с учетом знака. В сумматорах цифровой сигнал накапливается на интервале синтезирования и далее поступает на устройства вы-числения модуля. Таким образом реализуется процесс согласован-ной фильтрации для комплексного сигнала отдельно в каждом канале дальности.

По существу, процесс обработки сигналов в цифровой системе РСА сводится к тому, чтобы сложить все отсчеты сигнала, отно-сящегося к одному отражающему объекту, в фазе. Ход превра-щения отсчетов входного сигнала в однополярные импульсы (вы-равнивания фазы) можно проследить по рис. 6.11, на котором по-казан процесс получения одного из отсчетов выходного сигнала Для случая, когда начальная фаза входного сигнала равна 30°.

V i 4 - 8 2 6 97

«о

00

•О 1

5 CL

5

со

to

CD a a.

* §

a S

a:

ci.*

с:

«

в

Ид»

) 1

. .

1 1

II

1 .

. 1

'fl

1|А

1 1Т

1 1 1

\ /

\ /

1М?

1 I1'

'Ч 1

MV

11

11

1 /

А© •

', I'

1 ^

т *

'Г

*Г

»мСп)

/ \

1111

1111

111

,12

3 N

n,

~Y

F 7T

\

i_L

Пос

ледо

ват

ельн

ые

отсч

еты

си

гнал

а ра

диол

окац

ионн

ого

изоб

раж

ения

т

о-че

чной

це

ла w

e 1

Z 3

4 SB

7

5 91

0111

2 13

•г и

'-LL

J

Рис.

6,

11.

Схе

ма

обра

ботк

и ко

мпл

ексн

ого

сигн

ала

В результате перемножения действительных и мнимых частей сигнала и опорной функции и последующего попарного сложения (вычитания) получаются две последовательности импульсов оди-наковой полярности. Суммы этих импульсов возводятся в квад-рат и складываются для получения модуля сигнала.

иРлиМ Строка радиолокационного изобра-жения по азимуту (вдоль линии пути)

" Г SxlZ

щк) « « « « «

УпЪ7

Сигнал радиоголог-раммы в оператив-ной памяти ЦСО

Рис. 6.12. Схема формирования строки изображения по азимуту

Таким образом, после обработки сигналов в одном канале дальности получается один отсчет выходного сигнала или одно значение цифрового сигнала радиолокационного изображения. Для получения одной строки изображения по дальности во всей полосе обзора необходимо обработать сигналы во всех каналах дальности. Для этого в процессор поступает сигнал радиоголо-граммы вдоль линии пути последовательно для всех отсчетов по дальности. После обработки сигнала в согласованном фильтре образуется последовательность выходных сигналов, составляю-щих строку радиолокационного изображения по дальности.

При движении самолета по линии пути отсчеты сигналов каж-дой строки изображения по дальности должны вычисляться через интервал, равный половине элемента разрешения по ази-муту.

В то же время строка по дальности отраженного сигнала за-писывается в память ЦСО в каждый период зондирования. По-скольку обычно элемент разрешения 6л- вдоль линии пути гораздо больше пути VnTn, который проходит самолет за период зондиро-вания, интервал между отсчетами сигнала изображения включает несколько периодов зондирования. Эта особенность получения ра-диолокационного изображения показана на рис. 6.12, поясняю-щем процесс формирования строки изображения вдоль линии пути самолета.

Общая картина получения радиолокационного изображения полосы местности поясняется с помощью рис. 6.13. Радиолокаци-онное изображение формируется строка за строкой по дальности. Расстояние между точками изображения соответствует половине разрешения вдоль линии пути 6х/2 в горизонтальном направле-нии и по дальности ft/?/2 в вертикальном направлении. Цифровой сигнал, соответствующий изображению, подается в систему ото-бражения.

уа4* 99

Система отображения включает блок памяти и индикатор. Обычно используется индикатор телевизионного типа с цифровой памятью и цифровым управлением лучом. Такая система отобра-жения позволяет вести наблюдение радиолокационного изображе-ния местности практически в реальном масштабе времени. Сигнал изображения поступает в блок памяти. Специальный цифровой автомат управляет генератором развертки и порядком поступле-ния сигналов на ЭЛТ. Частота кадров и количество строк обычно близко к телевизионным стандартам. Перед подачей на ЭЛТ цифровой сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) представляется в аналоговой форме.

Строка изображения по азимуту [вдоль линии

' пути)

ss Iе

&х/2 №

Радиолокацион-\ ное изображение

полосы местности

Сигнал радио--

голограм-мы й(к)

оюения по даль-ности

Сигнал радиоголограммы

в памяти ЦСО

Рис. 6.13. Схема формирования изображения полосы местности

Индикатор системы отображения РСА может работать в не-скольких режимах. Наиболее часто используется режим «движу-щегося окна», когда информация на экране обновляется в темпе полета самолета. По желанию оператора изображение может быть остановлено, его масштаб может быть изменен и т. д. Из-менение режимов работы индикатора обеспечивается автоматом управления.

В случае, когда задержка в несколько минут является прием-лемой, в системе отображения используется фоторегистратор. Цифровой сигнал радиолокационного изображения преобразуется в оптический и записывается на фотопленку. После задержки в устройстве фотохимической обработки пленка с изображением местности может быть просмотрена на борту самолета.

100

§ 6.3. Характеристики цифровой системы обработки

Главными характеристиками ЦСО являются быстродействие АЦП и процессора и объем памяти запоминающего устройства. Под объемом (емкостью) памяти понимается максимальное число двоичных знаков, которое одновременно может храниться в опера-тивном запоминающем устройстве (блоке памяти) ЦСО. Изме-ряется объем памяти М в двоичных единицах (битах). Быстродей-ствие процессора характеризует пропускную способность ЦСО, то есть общую скорость обработки информации. В данном случае быстродействие процессора удобно оценивать числом операций умножения и сложения двух комплексных чисел и измерять кр-личеством таких операций в секунду (S, 1/с). Каждая такая опе-рация состоит из четырех операций умножения и сложения дво-ичных чисел. Быстродействие АЦП измеряется частотой дискре-тизации аналогового сигнала ( ^ л ц п , Гц).

Как объем памяти, так и быстродействие процессора жестко связаны с числом разрядов в цифровом представлении сигналов. То же можно сказать и об АЦП: чем меньше разрядов в двоич-ном коде числа на выходе АЦП, тем выше быстродействие он может обеспечить. Число разрядов / часто называют длиной слова ЦСО. Длина слова / бит является дополнительной харак-теристикой ЦСО.

Требования к АЦП по быстродействию диктуются разрешаю-щей способностью РСА по дальности 6/?. Для обеспечения двух отсчетов сигнала на элемент разрешения по дальности частота дискретизации сигналов в АЦП / ^ ^ д о л ж н а удовлетворять усло-вию

F = — ГА1ХП bR 9

где с —скорость света. При разрешении 6/? = 30 м частота дискретизации сигнала рав-

на 10 МГц. Число разрядов (длина слова) цифрового сигнала после АЦП

/АЦП определяется требуемым динамическим диапазоном сигнала радиолокационного изображения. Динамический диапазон инди-каторов обычно равен: 1 0 0 0 : 1 — д л я диапозитивов, 1 0 0 : 1 — д л я негативов, 1 0 : 1 — д л я электронно-лучевых трубок. Для динами-ческого диапазона сигнала изображения 100: 1 длина слова в 4 бита на выходе АЦП считается достаточной [12]. Следователь-но, для обеспечения хорошего динамического диапазона радиоло-кационного изображения при разрешении 30 м по дальности тре-буется два четырехразрядных АЦП (в синфазном и квадратурном каналах) с частотой дискретизации 10 МГц.

Объем оперативной памяти ЦСО определяется числом отсче-тов сигнала радиоголограммы на интервале синтезирования. Опор-ная функция хранится в долговременной памяти, что позволяет

5—826 101

Не учитывать ее при расчете объема оперативной памяти. С учё-том памяти по всем каналам дальности объем оперативной па-мяти М вычисляется по формуле

M = 2 A W A u n .

Здесь и далее коэффициентом «2» учитывается наличие двух ка-налов обработки. Число накапливаемых импульсов на интервале синтезирования определяется разрешающей способностью РСА вдоль линии пути 6х и дальностью до цели R0:

дт р Т ^ F F "п — гпмс— упгп— 2ЪхУп

Гп'

С учетом значения NR (см. § 6.2) объем памяти ЦСО опреде-ляется соотношением

ла / — * b x b R V n Ацп-

Расчет показывает, что при полосе обзора \ R = 9 км, разре-шении &/? = 6лг=30 м (Л^ = 600), частоте зондирования РСА Fn = «= 1000 Гц и времени синтезирования антенны 7\; = 0,5 с (N„ = 500) требуемый объем памяти составляет 2,4 миллиона бит (2,4Мбит).

Быстродействие процессора определяется исходя из необходи-мости обработки сигналов на интервале синтезирования за время полета между соседними отсчетами сигнала радиолокационного изображения вдоль линии пути. Поскольку операция вычисления сигнала изображения включает NnXNR комплексных операций умножения и сложения для всей полосы обзора и должна выпол-няться за время пролета отрезка пути 6х/2 со скоростью то требуемое быстродействие оценивается по формуле

* — * Ьх V n '

При скорости полета V n =150 м/с для рассматриваемого при-мера S = 1,2 • 106 1/с, то есть более миллиона операций, состоящих из четырех умножений и четырех сложений четырехразрядных чисел. Таким образом, для реализации ЦСО РСА с разрешением 30 м при полосе обзора 9 км по способу, описанному выше, тре-буются АЦП с быстродействием 10 МГц, объем памяти 2,4 Мбит и скорость обработки информации 1,2 -106 1/с.

Основным шагом на пути снижения требований к ЦСО РСА стало использование двухэтапной системы обработки. Требова-ния по быстродействию процессора и объему оперативной памяти снижены в такой системе благодаря введению предварительного фильтра (ПФ), который позволяет уменьшить частоту отсчетов входного сигнала (радиоголограммы) до частоты отсчетов вы-ходного сигнала (радиолокационного изображения).

Идея снижения частоты отсчетов входного сигнала опирается на тот факт, что строка изображения формируется один раз на отрезке пути 6х/2 (см. рис. 6.12), а интервал между отсчетами

102

Сигнал на выходе АЦП

Входного сигнала равен отрезку пути V„T„, который самолет про-летает за период зондирования. Действительно, в каждый канал дальности новый отсчет входного сигнала поступает через период зондирования ТПу в то время как новый отсчет выходного сигнала поступает в систему отображения через отрезок времени Ьх/2 Vn. Следовательно, частоты отсчета сигналов на входе и выходе ЦСО можно вы-ровнять. Эту операцию и выполняет ПФ, накапли-вая отраженный сигнал на интервале Ьх/2.

В простейшем случае обработка сигнала в ПФ может сводиться к про-стому суммированию от-счетов на отрезке пути, равном половине элемен-та разрешения. Если при этом отрезки пути, на ко-торых происходит накоп-ление сигнала, не пере-крываются, ПФ называ-ется одноканальным. Для повышения качества изо-бражения может использоваться двухканальный ПФ. В таком ПФ реализуются, по существу, два одноканальных фильтра со сдви-гом по интервалам накопления сигнала на четверть элемента раз-решения. Иногда в целях улучшения изображения накопление сигнала в ПФ сопровождается умножением каждого импульса на специальную весовую функцию.

Работа одноканального ПФ показана на рис. 6.14 для одного разрешаемого элемента дальности. Цифровой сигнал u(k) посту-пает в ПФ с частотой Fn. В ПФ реализуется операция

yv,

Рис.

Сигнал на выходе

ПФ

6.14. Схема формирования сигналов с предварительной фильтрацией

где Ui(k\) — цифровой сигнал на выходе ПФ; N\ — число накапливаемых при предварительной фильтра-

ции отсчетов. Из рисунка видно, что частота отсчета сигнала на выходе

фильтра снижается в Nx раз. Надо иметь в виду, что накопление сигнала должно производиться одновременно в синфазном и квад-ратурном каналах. Дальнейшая обработка производится в цифро-вом процессоре (ЦП) , как было описано ранее, однако число за-поминаемых на интервале синтезирования и обрабатываемых от-счетов сигнала уменьшается в N\ раз.

6* 103

о vo vo о

x >> cc

U IX

>> Q, H U

о s Ош

104

Таким образом, процесс обра-ботки сигналов оказывается раз-деленным на два этапа. Па пер-вом этапе в ПФ производится на-копление сигналов, сопровождаю-щееся уменьшением их частоты следования. Задачей второго эта-па является выполнение корреля-ционной обработки сигналов, при-чем количество отсчетов сигна-лов и опорной функции в кор-реляторе снижено до величины А̂2 = ^п/Лгь а требуемое быстро-действие уменьшено в .Vi раз.

Часто оказывается возможным снизить скорость обработки сиг-налов и на первом этапе. Обычно ширина зоны обзора по дально-сти оказывается значительно меньше максимально возможной по условию однозначности отсче-та дальности. Это означает, что период зондирования значитель-но больше времени приема сиг-нала, отраженного от заданной зоны обзора. Запись сигналов в систему памяти в каждом периоде производится только в течение времени приема с частотой ^ А Ц П , а считывание и обработка могут производиться в течение всего периода. При этом частота счи-тывания и темп обработки сни-жаются во столько раз, во сколь-ко период зондирования больше времени приема сигнала, отра-женного от зоны обзора. Однако это требует введения дополнитель-ной быстродействующей буфер-ной памяти между АЦП и ПФ.

Структура РСА с двухэтап-ной системой обработки показана на рис. 6.15. Сигнал цифровой радиоголограммы u(k) в каждый период зондирования запомина-ется в устройстве буферной памя-ти до прихода нового сигнала в следующем периоде зондирова-ния. В ПФ накапливается Nx от-

счетов сигнала радиоголограммы в каждом канале дальности. В состав ПФ входят сумматор и блок памяти П1, в котором на-капливается и хранится сигнал. Устройство буферной памяти, сумматор и блок памяти П1 реализуют первый этап обработки. Выходной сигнал ПФ щ(к\) на отрезке пути X (на интервале синтезирования) запоминается в блоке памяти П2 для обработки на втором этапе. Число отсчетов сигнала, хранящегося в блоке памяти П2, равно Л/2. Далее, в ЦП производится вычисление сиг-нала радиолокационного изображения и Р Ш (п). С выхода ЦП сигнал поступает в систему отображения. Блок памяти П2 и ЦП реализуют операции второго этапа обработки.

Буферная память и блок памяти П1 первого этапа обработки составляют незначительную часть общей оперативной памяти двухэтапной ЦСО. Объем памяти второго этапа обычно рассмат-ривается как требуемая память ЦСО в целом. Однако при оценке объема памяти второго этапа обработки М2 надо учитывать уве-личение требуемого числа разрядов после накопления с / А Ц П до 1\\

м _ о )ARRqFп Л _ Л М?/?о , — ^ Ълг ЪР v.. ЛЛ ЙР м-bxbRVn N1 Ьх 4R

Число разрядов /i = 8 - M 2 считается вполне достаточным для по-лучения высококачественного радиолокационного изображения местности. Для рассматриваемого примера объем памяти умень-шается в 10—15 раз и составляет 200—250 кбит.

Требования по быстродействию к ЦСО также заметно умень-шаются. Быстродействие первого этапа можно оценить ско-ростью

V V ^ V n — 4 Ьх

при одноканальном ПФ, а второго этапа скоростью

^ — 4 Ni Ьх '

При этом быстродействие второго этапа может быть уменьшено в Y N x Р а з - Для рассматриваемого примера уменьшение состав-ляет 4—5 раз и, следовательно, требуемое быстродействие равно 0,25-106 1/с.

Таким образом, введение двухэтапной обработки позволяет значительно снизить требования к ЦСО РСА для обеспечения ра-боты в реальном масштабе времени при высокой разрешающей способности и широкой полосе обзора.

Г л а в а 7

КОРРЕКЦИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

§ 7.1. Искажения радиолокационных изображений местности

Обладая хорошими потенциальными характеристиками, Р Л С не всегда может обеспечить достаточно высокое качество радио-локационного изображения. Ухудшение радиолокационного изо-бражения выражается в уменьшении его контрастности, ухудше-нии четкости, возникновении масштабных искажений и смещении отметок объектов.

При картографировании с помощью Р Л С с вдольфюзеляжной антенной возникают главным образом масштабные искажения. Их причиной являются нестабильности движения самолета. При по-лете самолета в результате воздействия турбулентности атмо-сферы (перепадов давления и плотности воздуха, воздействия по-рывов ветра и т. п.), а также ошибок управления (неточностей пилотирования со стороны летчика, изменений тяги двигателей, шумов автопилота и т. д.) появляются отклонения самолета от за-данной прямолинейной траектории, сопровождающиеся угловыми колебаниями и изменениями его скорости. Все эти случайные из-менения параметров движения самолета принято называть траек-торными нестабильностями.

Масштабные искажения могут возникнуть также, если не учи-тывать разницу между наклонной и горизонтальной дальностью до отражающих объектов. Эти искажения становятся особенно заметными при больших высотах полета и сравнительно неболь-ших дальностях до зоны обзора.

Искажения радиолокационных изображений в радиолокаторах с синтезированной апертурой более глубоки и разносторонни, и так или иначе они связаны с разрушением фазовой структуры сигналов. Основной причиной понижения качества изображений являются различного рода нестабильности аппаратуры РСА, дви-жения самолета, среды распространения волн и характеристик на-блюдаемых объектов,

106

Искажения радиолокационных сигналов могут быть амплитуд-ными и фазовыми (рис. 7.1). Амплитудные искажения сигналов приводят главным образом к уменьшению динамического диапа-зона выходного сигнала и, следовательно, к ухудшению контраста радиолокационного изображения. Влияние фазовых искажений всестороннее. Фазовые искажения, как и амплитудные, умень-шают динамический диапазон выходного сигнала, ухудшают раз-решающую способность, вызывают масштабные искажения и сме-щения отметок объектов относительно их действительного поло-жения.

Рис. 7.1. Воздействие искажений сигнала на характеристики РСА

Уменьшение динамического диапазона изображения и ухуд-шение разрешающей способности РСА приводит к снижению ве-роятности обнаружения целей на фоне земной поверхности. Мас-штабные искажения и смещения отметок целей вызывают появ-ление ошибок при определении их положения относительно самолета и относительно карты местности. И наконец, все послед-ствия амплитудных и фазовых искажений сигналов затрудняют распознавание целей.

Источники искажений сигналов РСА можно разделить на два вида. К 1-му виду обычно относят источники, которые связаны с аппаратурой РСА п ее носителем. Это нестабильности задаю-щих генераторов, приемопередающего тракта, системы записи и обработки сигналов, системы отображения, а также траекторные нестабильности самолета, упругие колебания его конструкции и вибрации отдельных его частей.

Источники искажении сигналов, которые не связаны с аппа-ратурой РСА и ее носителем, относятся к 2-му виду. Основными из них являются изменения характеристик среды распространения

107

Та

бл

иц

а 7.

1

Вли

яние

фаз

овы

х не

стаб

илън

осте

й си

гнал

а н

а ха

ракт

ерис

тики

РС

А

Ист

очни

ки и

скаж

ений

О

шиб

ка

поло

жен

ия

Общ

ий

сдви

г из

о-бр

ажен

ия

Уху

дшен

ие

разр

еше-

ния

вдол

ь ЛП

Уху

дшен

ие

разр

еше-

ния

попе

-ре

к Л

П

| Сме

щен

ие |

Сме

щен

ие

по д

альн

о-по

азн

муту

| с

тн

Пот

еря

ярко

сти

изоб

раж

е-ни

я

Уве

личе

-ни

е бо

ко-

вых

ле-

пест

ков

Нес

таби

льно

сти

апп

арат

уры

+

+ +

Траекторные

нестабильности

вдол

ь Л

П

Пол

ожен

ие

Ско

рост

ь У

скор

ени

е

+ + +

+ + +

+ +

Траекторные

нестабильности

по

высо

те

Пол

ожен

ие

Ско

рост

ь У

скор

ение

+

+ +

+ +

+

Траекторные

нестабильности

попе

рек

ЛП

П

олож

ени

е С

коро

сть

Уск

орсн

ие

+ +

+ +

+ +

Тро

посф

ерны

е не

стаб

ильн

ости

+

+

Движение цели

вдол

ь Л

П

Пол

ожен

ие

Ско

рост

ь У

скор

ение

+

+ +

+ + + +

Движение цели

попе

рек

ЛП

П

олож

ени

е С

коро

сть

Уск

орен

ие

+ +

+ +

+ +

+

электромагнитных волн, нестабильности характеристик отражения наблюдаемых объектов, а также движение объектов.

Принципиальное различие между искажениями 1-го и 2-го ви-дов заключается в том, что искажения 1-го вида можно умень-шать путем повышения качества составных элементов РСА и ха-рактеристик носителя. Источники же искажений 2-го вида обычно нельзя устранить, даже если РСА построить из идеальных эле-ментов и обеспечить прямолинейное и равномерное движение са-молета.

Поскольку РСА является когерентной системой, естественно, что фазовые нестабильности производят разнообразное и глубо-кое воздействие на процесс формирования синтезированной апер-туры антенны. Табл. 7.1 иллюстрирует общую картину влияния фазовых нестабильностей на характеристики РСА [8]. Таблица не претендует на полноту охвата источников нестабильностей, но дает представление о разнообразии их воздействия.

Искажения сигналов, возникающие в аппаратуре РСА, опре-деляются нестабильностями частоты задающих генераторов, изме-нением характеристик приемопередающего тракта, колебаниями скорости протяжки первичной фотопленки, дефектами фотоплен-ки. Обычно эти нестабильности низкочастотные, то есть изменение параметра, влияющего на синтезирование, происходит случайным образом, но довольно медленно. Объясняется такой характер из-менения тем, что причинами его являются достаточно медленные процессы старения элементов аппаратуры, нагрева, изменения ско-рости инерционного двигателя протяжки пленки, неравномерно-сти толщины эмульсии фотопленки и т. д. При высоком качестве производства элементов РСА искажения сигналов из-за неста-бильностей аппаратуры РСА незначительны.

Наибольшие искажения сигналов возникают вследствие траек-торных нестабильностей самолета. Влияние траекторных неста-бильностей самолета на характеристики РСА всестороннее (см. табл. 7.1). Хотя изменение параметров движения самолета про-исходит сравнительно медленно, однако величина этих изменений может быть достаточно большой. Характер и мера влияния траек-торных нестабильностей на параметры радиолокационного изобра-жения подробно рассматриваются в § 7.2.

Тропосферные искажения сигналов связаны со случайными из-менениями коэффициента преломления атмосферы на пути распро* странения электромагнитных волн до зоны обзора и обратно. При-чиной изменения коэффициента преломления является изменение состояния атмосферы. Тропосферные нестабильности вызывают главным образом искажения фазовой структуры отраженных сиг-налов, причем их влияние возрастает при увеличении дальности до цели и длины интервала синтезирования. Однако считается, что при длине интервала синтезирования до 100—500 м влиянием тропосферных нестабильностей радиолокационных сигналов мож-но пренебречь, даже при больших дальностях распространения радиоволн,

109

Движение щели вызывает как фазовые, так и амплитудные ис-кажения сигналов. Амплитудные искажения объясняются измене-нием отражающих свойств цеди при изменении направления об-лучения ее радиоволнами. Фазовые искажения появляются вслед* ствие доплеровсхого сдвига частоты отраженных от цели сигналов. В результате этих искажений происходит ухудшение качества рз-диолокационого изображения (см. табл. 7.1). Вместе с тем обна-ружение самого факта движения дели является важной информа-

цией. Поэтому обычно регулярное дви-жение пели рассматривается не как источник искажения сигналов, а как источник полезной информации. Од-нако случайные движения цели мо-гут вызвать значительные искажения сигналов, борьба с которыми затруд-нительна.

В ряде случаев искажения сигна-лов можно устранить, В частности, в современных разведывательных РЛС предусматривается коррекция искаже* яий сигналов, вызываемых траектор-иымн нестабнльиостями самолетов,

§ 7.2. Компенсация траекторных искажений сигналов РСА

Обычно под траекторнымн неста-бильности ми самолета понимают слу-чайные изменения следующих шести параметров его движения; высоты, го-ризонтального положения, углов кре* на, тангажа и курса, а также путевой скорости. Изменения высоты дости-гают ± 2 0 м при полетах самолета до высоты 6000 м. Колебания самоле* та в горизонтальной плоскости можно

разделить на две составляющие: медленные отклонения (снос) и быстрые отклонення. Снос вызывается средним значением ветра н характеризуется углом сноса. Быстрые отклонения связаны с колебаниями ветра относительно среднего значения и выража-ются в сравнительно быстром изменении направления полета са-молета. Из угловых нестабильностей наиболее интенсивны коле-бания по креиу. Их амплитуда может достигать 4° [16].

Возникающие вследствие траекторных нестабнльностей ампли-тудные искажения сигналов могут быть вызваны как угловыми колебаниями самолета, так и отклонениями его от линии задан-ного пути {ЛЗП). Отраженный сигнал, с которым согласована система обработки, может быть обработан без искажений лишь в определенном интервале углов прихода относительно вектора

ПО

Диаграмма «а1долеци0~

cpmiptQAtttOil анттиш

ЛЗП

Рис* 7-2. Диаграмма направ-ленности приема сигналов РСА при изменении траекто-

рии полета самолета; а — пряно л вне Ане* дышс-иис; 6. д —дмпкенне со споеон

путевой скорости. Этот интервал всегда меньше ширины диаграм-мы направленности реальной антенны и формируется около поло-жения, соответствующего максимуму диаграммы направленности. При боковом обзоре это направление соответствует приблизи-тельно 90® относительно вектора путевой скорости.

Амплитуда сигнала

изображений

Б отсутствие фаговых

искажений Ухудшение рйэреше-^

Пошшение уровня боковых рспестмш!

При фазаеых искажениях

ас

Смещение отметки цели

Рис. 7.3. Деформация выходного сигнала РСА при искажениях вход-ного сигнала

Если реальная антенна закреплена неподвижно относительно фюзеляжа, то при равномерном в прямолинейном полете само-лета (рис. 7.2, а) направленно приема полезного сигнала совпа-дает с серединой диаграммы направленности реальной антенны. В случае изменения направления полета вследствие появлении сноса (рис. 7.2,6) или угловых колебаний самолета направление приема полезного сигнала может приходиться на краб диаграммы направленности реальной антенны. Амплитуда отраженного сиг-нала в этом случае уменьшается, а при большом изменении угла сноса полезный сигнал может полностью исчезнуть (рис, 7.2,в). На радиолокационном изображении местности появляется темная полоса по всей зоне обзора по дальности.

Неравномерность интенсивности изображения местности воз-никает также вследствие изменения модуля путевой скорости. При постоянной частоте повторения зондирующих импульсов и фикси-рованном времени синтезирования число накапливаемых на ин-тервале синтезирования импульсов обратно пропорционально ско-рости полета. Следовательно, участки местности с одинаковыми характеристиками отражения радиоволн в этом случае дают раз-личную интенсивность изображения, если не приняты меры по компенсации скорости самолета.

Фазовые искажения сигналов, появляющиеся в результате тра-екторных нестабнльностей. вызывают смещение отметок цели л изменение их формы (рис. 7.3). Главной причиной смещения от-

111

меток являются линейные отклонения самолета на интервале син-тезирования. Нелинейные отклонения приводят к ухудшению раз-решающей способности и снижению динамического диапазона выходного изображения. Изменения фазы отраженного сигнала на интервале синтезирования более 90° приводит к сильным иска-жениям синтезированной диаграммы направленности. Это озна-чает, что с учетом времени распространения радиоволны до цели и обратно отклонение самолета от прямой линии более чем на К/8 на интервале синтезирования недопустимо. Поскольку система управления самолетом не позволяет достичь такой высокой ста-бильности полета в любых метеоусловиях, то для устранения влияния траекторных нестабильностей обычно вводят специальные системы компенсации.

Антенна Схема сравне

ния фаз JF

Сигналы коррекции /

В систему обработка

Вычисли- 1± инери.наоид. тель к система

Рис. 7.4. Функциональная схема системы компенсации траекторных нестабильностей

Так, американская серийная РСА AN/APQ-102 и РСА AN/APD-10, входящая в состав системы AN/UPD-4, оснащены си-стемой компенсации влияния траекторных нестабильностей.

Процесс компенсации траекторных искажений сигналов вклю-чает стабилизацию антенны в пространстве, изменение частоты повторения и коррекцию фазы сигналов.

Поскольку траекторные искажения сигналов появляются вслед-ствие случайных перемещений носителя РСА, информацию для их компенсации можно получить от датчиков движения самолета. Такими датчиками могут быть инерциальная навигационная си-стема, ДИСС и другие измерители. Часто к штатным измерите-лям добавляют специальные датчики параметров траекторных нестабильностей. В качестве дополнительных источников информа-ции в ряде РСА используются измерители вертикального и боко-вого ускорений (акселерометры), установленные на антенне.

112

Кроме того, измерение медленных траекторных нестабильно-стей самолета производят путем анализа изменения средней доп-леровской частоты отраженного сигнала в самой РСА. Пример системы компенсации траекторных нестабильностей самолета по-казан на рис. 7.4.

Антенна РСА установлена на гиростабилизированной плат-форме (ГСП), с помощью которой луч реальной антенны ориен-тируется под углом 90° к линии заданного пути. На антенне уста-новлены два акселерометра (Акс.), измеряющие ускорения при быстрых перемещениях самолета в вертикальной и горизонталь-ной плоскостях. Информация о сносе самолета поступает со спе-циальной электронной схемы сравнения фаз отраженного и зон-дирующего сигналов. Информация о боковом и вертикальном движениях самолета из вычислителя поступает в приемное устрой-ство (ПРМ), где и производится коррекция фазы сигналов. Зна-чение модуля путевой скорости, измеренное в ДИСС, служит для управления частотой повторения зондирующих импульсов в пере-дающем устройстве ( П Р Д ) .

В качестве источника информации о траектории самолета мо-жет быть использована также инерциальная навигационная си-стема, а скорость сноса может быть получена от ДИСС. Ошибки измерений датчиков траекторных нестабильностей можно значи-тельно уменьшить комплексированием нескольких измерителей.

Компенсация траекторных искажений сигналов позволяет по-лучать устойчивое радиолокационное изображение с высоким раз-решением на больших дальностях.

§ 7.3. Коррекция радиолокационных изображений в РЛС бокового обзора

В радиолокационном изображении земной поверхности обычно соблюдается равенство масштабов вдоль и поперек линии пути. Неравенство соответствующих масштабов вызывает искажения конфигурации площадных и протяженных объектов, а также ошибки при определении расстояния между объектами. Главными причинами возникновения масштабных искажений на изображе-ниях местности как в Р Л С с вдольфюзеляжной антенной, так и в РСА являютя траекторные нестабильности самолета и отсут-ствие учета разницы между наклонной и горизонтальной даль-ностью до цели.

Из траекторных нестабильностей наиболее сильное влияние оказывают изменение модуля путёвой скорости, угловые колеба-ния носителя РЛС, а также смещения самолета в горизонтальной плоскости. Поскольку модуль путевой скорости изменяется около среднего значения достаточно медленно, на изображении появля-ются искажения типа «гармошки» (рис. 7.5). Условно изображен-ные на местности окружности превращаются на экране или фото-пленке в овалы, причем их форма зависит от того, уменьшилась скорость самолета относительно средней на данном участке или

113

увеличилась. Искажения масштаба вдоль линии пути могут быть устранены управлением скоростью записи изображения в соот-ветствии с изменением модуля путевой скорости.

Местность,

1® (!) Vn>Vncp j Vn'Vncp

Изображение

:жил Рис. 7.5. Искажения радиолокационного изобра-

жения при изменешш скорости полета

Горизонтальные отклонения самолета вызывают искажения типа «волнистость». Прямолинейный протяженный объект, рас-положенный вдоль линии пути, на изображении будет выглядеть в виде волнообразной линии (рис. 7.6). Такие искажения могут быть уменьшены изменением задержки начала развертки по даль-ности на величину смещения самолета относительно ЛЗП.

Местность Дорога Репа Мост ИэоАопжр.нпгу

пути Рис. 7.6. Искажения радиолокационного изобра-жения при непрямолинейной линии пути само-

лета

Угловые колебания самолета по курсу при жестко закреплен-ной антенне приводят к наклону строк изображения по дально-сти (рис. 7.7). Эти искажения устраняются стабилизацией антен-ны в пространстве относительно линии заданного пути.

Другой способ компенсации влияния угловых колебаний само-лета— электрическое управление лучом антенны. При этом ис-пользуется комбинированный способ компенсации: при небольших угловых колебаниях (до 1,5°) работает механическая система, при дальнейшем увеличении углового отклонения включается си-стема электрического смещения луча антенны [16].

Возможен третий способ компенсации, когда коррекция про-изводится не антенной, а перемещением развертки индикатора. В этом случае строки изображения по дальности оказываются под

114

тем же углом к пленке нлй экрану индикатора, что и диаграмма направленности антенны по отношению к ЛЗП. Однако при не-прерывном изменении углового положения самолета время на-хождения электронного луча в каждой точке экрана оказывается переменным, что приводит к неравномерной интенсивности изо-бражения. На рис. 7.8 условно, частотой строк по дальности, по-казано изменение плотности изображения в этом случае.

Местность

• Изображение

Рис. 7.7. Искажения радиолокационного изобра-жения при угловых колебаниях самолета

Описанные выше искажения возникают как в Р Л С с вдольфю-зеляжной антенной, так и в РСА. Принципиальная разница во влиянии заключается в том, что в РЛС с вдольфюзеляжной ан-тенной эти искажения появляются на изображении местности, а в РСА — на радиоголограмме. И если медленные изменения на-

Рис. 7.8. Искажения радиолокационного изображения при изменении наклона раз-

вертки индикатора

правления полета в РСА создают такие же масштабные искаже-ния, как и в РЛС с вдольфюзеляжной антенной, то искажения радиоголограммы типа «гармошка» и «волнистость» вызывают кроме такого же вида искажений радиолокационного изображе-ния еще и снижение динамического диапазона выходного сигнала и разрешающей способности. Кроме того, угловые колебания са-молета и антенны уменьшают амплитуду сигнала радиоголограм-мы и, следовательно, контраст радиолокационного изображения.

115

В случае если в РЛС не учитывается разница между наклон-ной и горизонтальной дальностью, на радиолокационном изобра-жении появляются геометрические искажения (рис. 7.9, а). Иска-жения масштаба поперек линии пути увеличиваются с уменьше-нием дальности. На рис. 7.9,6 показано, как искажаются конту-

Гориэонталь-ная дальность

Изображение

\ / < * >

S Рис. 7.9. Искажения масштаба радиолока-

ционного изображения по дальности: а — пространственная картина; б — пример ис-

кажения изображения

ры объектов в виде окружности и прямой линии. Такие искаже-ния могут быть устранены, если развертка по дальности будет нелинейной, то есть соответствовать изменению горизонтальной дальности. Надо иметь в виду, что такого рода искажения с ра-диоголограммы РСА полностью переходят на изображение мест-ности.

Коррекция радиолокационных изображений Р Л С обзора земли — необходимое условие получения высококачественных ра-диолокационных и особенно топографических карт местности.

а Местность

Г л а в а 8

РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ИХ ДЕШИФРИРОВАНИЕ

§ 8.1. Особенности радиолокационных изображений местности и объектов

Самолетные радиолокационные станции с вдольфюзеляжной антенной и синтезированной апертурой обеспечивают получение радиолокационных (РЛ) изображений, сравнимых по деталь-ности с мелкомасштабными аэрофотоснимками. Поэтому РЛС такого типа широко применяются для решения задач воздушной разведки, картографирования местности в геологических и гидро-логических исследованиях, в лесном и сельском хозяйстве.

При решении задач радиолокационного наблюдения все назем-ные объекты принято подразделять на простые и сложные. Под простыми объектами понимаются отдельные объекты техники (автомашина, танк, самолет), искусственные сооружения (мост, здание), а также элементы ландшафта (дерево, куст).

Сложные объекты представляют собой совокупность простых объектов, находящихся в определенной взаимосвязи и объединен-ных определенным функциональным назначением (колонна тех-ники, аэродром, железнодорожная станция, завод). К сложным относятся также топографические объекты, занимающие сравни-тельно однородные участки местности и обладающие определен-ными свойствами (луг, болото, лес, река, озеро).

С точки зрения радиолокационного наблюдения объекты де-лятся также на точечные, протяженные, площадные и групповые.

К точечным относятся объекты, размеры которых меньше или равны элементу разрешения РЛС. На Р Л изображении такие объекты воспроизводятся в виде точечных отметок, не передаю-щих форму объекта.

Протяженные объекты имеют один из габаритных размеров, а площадные — оба габаритных размера, существенно превосхо-дящие линейное разрешение РЛС. На Р Л изображении эти объ-екты отображаются в виде вытянутых или площадных отметок, повторяющих конфигурацию объекта.

117

ч р А \

\

Групповые объекты состоят из набора точечных, протяженных и площадных объектов, занимающих значительную площадь.

Р Л С формирует радиолокационное изображение, как правило, зафиксированное на фотопленку, внешне подобное черно-белому аэрофотоизображению, полученному щелевым аэрофотоаппаратом.

Более темные тона участков Р Л изображений на фотопленке со-ответствуют сигналам, отражен-ным от объектов и местности с большим коэффициентом отраже-ния. При получении фотоотпечат-ков (позитивов) с этой пленки за-висимость тонов обратная. Даль-нейшее описание особенностей РЛ изображений и дешифровочных признаков объектов дается в пред-положении, что анализируется позитивное РЛ изображение.

Несмотря на внешнее сходство с аэрофотоснимками, РЛ изобра-жения значительно отличаются от них по своему содержанию. Эти отличия обусловлены: раз-ным характером отражения сиг-налов от местности и объектов в радиолокационном и оптичес-ком диапазонах, монохроматич-ностью радиолокационных сигна-лов, более низкой разрешающей способностью Р Л С по сравнению

с аэрофотоаппаратами и различными способами формирования изображений.

Основные характеристики отражения объектов и фонов мест-ности приведены в гл. 1. При заданных параметрах Р Л С и объ-ектов характеристики отражения местности имеют определяющее значение для обнаружения объектов и распознавания типа мест-ности. Поэтому рассмотрим эти характеристики подробнее.

Характер отражения радиоволн от земной поверхности зави-сит в первую очередь от электрических свойств и степени неров-ности (шероховатости) этой поверхности, а также от длины вол-ны, поляризации и угла падения облучающих электромагнитных колебаний.

При облучении земной поверхности энергия электромагнитного поля частично поглощается почвой или растительным покровом, а частично отражается. Чем выше электрическая проводимость поверхности, тем большая часть энергии отражается. Проводи-мость почвы и растительности определяется ее влажностью, по-этому увлажненные участки земной поверхности отражают элек-тромагнитные волны более интенсивно, чем сухие.

в

Рис. 8.1. Диаграммы переотражения местности в зависимости от харак-

тера шероховатости: а — гладкая поверхность; б — среднешеро-ховатая поверхность; в—шероховатая

поверхность

118

Количественно отражающая способность местности характе-ризуется коэффициентом отражения \'(Р)> гДе Р — угол, под кото-рым облучается местность.

От гладкой поверхности, размеры которой значительно превос-ходят длину волны X радиолокатора, радиоволны отражаются зеркально (рис. 8.1,а). Отражение от шероховатых поверхностей носит диффузный характер. При этом падающая электромагнит-ная волна рассеивается во всех направлениях и часть ее возвра-щается к радиолокатору (рис. 8.1, в) . Поверхность промежуточ-ной (средней) шероховатости рассеивает незначительную часть энергии во всех направлениях и большую часть отражает зеркаль-но (рис. 8.1,6).

Рис. 8.2. Определение разности хода лучей при отра-жении от местности

Зеркальный или диффузный характер отражения определяется величиной неровностей облучаемой поверхности, длиной волны X и углом облучения р. Считается, что поверхность отражает зер-кально, если разность фаз Дф сигналов, отраженных от верхушек и от основания неровностей, не превышает я/2. Как видно из рис. 8.2, разность хода между лучами а и 6, отразившимися от точек А и В:

Дг = AD + АВ — СВ = 2Л 2h <>0 п , . Q = - г - . 1—5 cos- 3 = 2h sin В. sin р Sin Р r

Разность фаз отраженных сигналов Дф:

Принимая Д ф ^ л / 2 , получим А ^ 8 sin Э *

Поверхность считается зеркальной, если отношение средне-квадратического значения высоты неровностей h к длине волны X меньше 7в> и шероховатой — если это отношение больше 2.

119

В сантиметровом диапазоне зеркальное отражение наблюдается лишь для достаточно гладких поверхностей, таких, как спокойная водная поверхность, бетонированные взлетные полосы и рулеж-ные дорожки аэродромов и т. д. Большая часть поверхности суши из-за наличия растительности отражает диффузно.

Рис. 8.3. Зависимости глубины проникновения радиоволн в почву от длины волны Р Л С

Электромагнитная энергия от зеркально отражающих участ-ков местности не попадает на антенну РЛС, и на Р Л изображе-нии эти участки имеют темный тон, а диффузно отражающие — более светлый.

Поверхность, шероховатая для сантиметрового диапазона волн, может быть зеркальной для метрового. Поэтому тон одного и того же участка местности на Р Л изображении может оказаться светлым или темным в зависимости от длины волны РЛС.

Характер отражения электромагнитных волн от земной по-верхности определяется не только проводимостью верхнего слоя почвы или растительности, но и свойствами более глубоких слоев, в которые проникает электромагнитная энергия. Глубина проник-новения электромагнитной энергии определяется диэлектрической проницаемостью материала поверхности и длиной волны РЛС. Диэлектрическая проницаемость почвы и растительного покрова, а следовательно, и глубина проникновения в них электромагнит-ных волн зависят в первую очередь от влажности (рис. 8.3) [16].

Глубиной проникновения обычно считают такую глубину, на которой амплитуда электромагнитной волны снижена до 37% ее значения на поверхности. Из графика видно, что для очень сухих,

120

например пустынных, почв глубина проникновения может дости-гать десятков метров. На большей части земной поверхности влажность почв такова, что сигналы радиолокационного диапа-зона проникают на глубину не более 1 м.

Зависимости глубины проникновения радиоволн от частоты для морской и пресной воды при различных температурах, а так-же для льда из морской и пресной воды показаны на рис. 8.4.

Глубина проникновения в морскую воду, имеющую высокую проводимость, не превышает нескольких сантиметров. Проникно-вение в пресную воду может достигать нескольких метров.

Значительной может быть глубина проникновения электромаг-нитных волн в лед. Поэтому сравнительно длинные волны исполь-зуют для измерения толщины льда.

Глубина проникновения в снег больше, чем в лед, так как плотность снега меньше плотности льда.

Влияние длины волны и поляризации сигналов Р Л С , а также угла облучения местности на характер отражения различно для разных поверхностей. Отражение от поверхностей с большими не-ровностями, таких, как участки леса или городские постройки, мало зависит от длины волны облучения. В то же время коэффи-циент отражения травяного покрова в диапазоне длин волн от

Лед из пресной воды

/ И ? Р 703 ^ T P R ^ F . M

зю3 з ^ Р гчо з я . м м

Рис. 8.4. Зависимости глубины проникновения радиоволн в воду от длины волн PJ IC

6-826 121

4 до 32 мм изменяется обратно пропорционально длине волны. Сложный характер имеет зависимость коэффициента отражения от поляризации волны.

Для поверхностей, высоты неровностей которых меньше длины волны облучения, сигнал, отраженный в сторону РЛС в преде-лах углов облучения от 20 до 70°, практически не зависит от угла облучения при вертикальной поляризации и сильно зависит при

горизонтальной. В общем слу-Г. дБ 20

10

0

40

-20

-30 -40

— В щ

ж

й 1 1? :

ш

И А;V • 'hj V >> г-

gb — V \ • ш iZ

Ш § _

чае, если плоскость поляриза-ции падающей волны парал-лельна удлиненным элементам отражающей поверхности, бо-лее мощным будет отраженный сигнал с той же поляризацией и минимальным с ортогональ-ной. Большое количество слу-чайно ориентированных линей-ных элементов дает одинако-вый отраженный сигнал при

• различных поляризациях. Коэффициент отражения

водной поверхности, как пра-вило, меньше, чем земной. Для углов облучения от 2 до 50° коэффициент отражения почти не зависит от угла падения и определяется состоянием вод-ной поверхности, поляризацией и длиной волны облучения. При вертикальной поляриза-ции коэффициент отражения

больше, чем при горизонтальной. При вертикальной поляризации коэффициент отражения мало зависит от длины волны, а при го-ризонтальной—обратно пропорционален длине волны.

Различные сооружения, строения, объекты техники, как пра-вило, имеют высокую электропроводность. Поэтому они имеют большой коэффициент отражения.

На рис. 8.5 представлены зависимости [16] коэффициента от-ражения у от угла падения радиоволн р в трехсантиметровом диа-пазоне для различных типов поверхностей.

Р Л изображения однородных поверхностей в отличие от аэро-фотоснимков имеют зернистую структуру. Это обусловлено моно-хроматичностью излучения РЛС, в то время как освещение мест-ности при аэрофотосъемке создается солнцем или искусственными источниками, имеющими широкий спектр излучения. Уменьшение зернистости и, следовательно, улучшение дешифрируемости Р Л изображений достигаются увеличением числа независимых отсче-тов сигнала, усредняемых в элементе разрешения выходного изоб* ражения. В Р Л С с вдольфюзеляжной антенной число независи-

Рис. 8.5. Зависимости коэффициента отражения от угла падения радио-волн в трехсантиметровом диапа-

зоне: 1 — морская поверхность (а — ветер со скоростью 28 км/ч: Ь — ветер со скоро-стью 0—18 км/ч); 2— песчаная пустыня; 3 — пересеченная пустынная местность; 4 — обильный растительный покров; 5 — жилые городские районы; 6 — торговые городские районы; 7 — промышленные

районы

122

мых отсчетов обычно велико (10—15). В РСА вследствие техни-ческих трудностей обычно используется меньшее число независи-мых отсчетов (2—4). Поэтому РЛ изображения, получаемые Р Л С с вдольфюзеляжной антенной, имеют меньшую зернистость и луч-шую дешифрируемосгь при равных с РСА разрешающих способ-ностях.

РЛ изображение объектов сложной формы (автомобиль, само-лет, корабль, строение и т. п.) формируется совокупностью от-дельных ярких пятен, соответствующих так называемым «блестя-щим точкам» объектов, создающим сильный отраженный сигнал в направлении на РЛС. «Блестящие точки» образуются поверх-ностями объектов, расположенными перпендикулярно направле-нию облучения, а также элементами конструкции, образующими уголковые отражатели. Конкретный вид Р Л изображения объекта сложной формы зависит от его ориентации относительно направ-ления облучения, так как при изменении ориентации меняется количество и взаимное расположение «блестящих точек». Объекты или конструкции, расположенные над зеркально отражающей по-верхностью, например мост над водой, могут создавать много-кратное отражение.

Детальность РЛ изображения, определяемая разрешением РЛС на местности, уступает детальности аэрофотоснимков. При этом у Р Л С с длинной вдольфюзеляжной антенной разрешение по пу-тевой дальности 6* ухудшается с увеличением расстояния от РЛС. Разрешение по путевой дальности РЛС с синтезированной апертурой, как правило, постоянно в пределах всей полосы обзора.

Разрешение Р Л С по горизонтальной дальности, определяемое длительностью импульса ти и углом облучения местности р, ухуд-шается с уменьшением дальности. Выбирая вынос зоны обзора так, чтобы угол облучения не превышал 45°, можно обеспечить малую зависимость разрешения от дальности.

Таким образом, в Р Л С с синтезированной апертурой может быть обеспечена практически постоянная детальность Р Л изобра-жения в пределах всей зоны обзора, а в Р Л С с вдольфюзеляжной антенной детальность, как правило, ухудшается с увеличением дальности.

Эти закономерности учитывают при ведении воздушной раз-ведки, выбирая соответствующим образом направление пролета и дальность до наиболее важных участков картографируемой мест-ности.

Важной особенностью РЛ изображения является наличие ра-диолокационных теней, которые образуются высокими объектами, а также возвышенными участками местности, такими, как горы, холмы, обрывистые берега рек, границы леса (области Тх и Т2 на рис. 8.6). Так как участки местности в области радиолокаци-онной тени не создают отраженного сигнала, области тени на Р Л изображении имеют темный тон. Тени располагаются на стороне возвышенности, противоположной облучаемой. Объекты, располо-

6* 123

женные в области радиолокационной тени, на Р Л изображении не видны.

По длине радиолокационной тени можно измерить высоту объ-екта, используя геометрические соотношения (рис. 8.7):

где h — высота объекта; Н — высота полета носителя РЛС;

RT — длина радиолокационной тени от объекта; Rk — дальность до конца тени.

Отметки движущихся объектов на Р Л изображении, получен-ном с помощью РСА, смещены по путевой дальности относительно своего истинного положения на величину, пропорциональную ра-диальной составляющей скорости объекта. Например, отметка ав-

томобиля может быть смещена относительно Р Л изображения дороги, по которой он движется. Увеличение скорости объекта приводит к ослаблению его отметки на Р Л изображении, а при некоторой скорости — и к ее пропаданию. В режиме селекции движущихся целей ослабляется Р Л изображение местности и не-подвижных объектов и выделяются отмегкп движущихся целей.

Рис. 8.6. Образование радиолокационной тени

Рис. 8.7. Определение высоты объекта по радиолока-ционной тени

124

Яркость и направление естественного освещения объектов, на-личие камуфлирующей окраски, укрытие маскировочными сетями от оптических средств наблюдения и т. п. не сказываются на РЛ изображении объектов.

Особенности РЛ изображения позволяют получать при их де-шифрировании качественно новую информацию об объектах и местности по сравнению с другими средствами воздушной раз-ведки.

§ 8.2. Дешифровочные признаки радиолокационных изображений местности и объектов

Дешифровочные признаки местности и объектов делятся на прямые и косвенные. К прямым признакам относятся тон, форма, размер и структура изображения, наличие и форма радиолокаци-онной тени. К косвенным — местоположение, состояние объекта (движущийся, неподвижный), взаимная связь элементов, следы деятельности объекта и т. п.

Рассмотрим характер Р Л изображений местности и объек-тов.

Рельеф. Основными характеристиками изображений рельефа местности являются средний тон (степень почернения) площади отображаемых участков местности, тон элементарных участков и структура изображения.

Неровные поверхности, складки местности, обрывы, крутые бе-рега дают большую неравномерность в интенсивности отражения и заметно выделяются на Р Л изображениях. Р Л изображения оврагов имеют характерную разветвленную структуру. Горные районы отличаются наличием теней, подчеркивающих объемность отображаемой местности контрастными переходами от темных то-нов к светлым. Структура изображения воспроизводит отдельные горы, горные хребты, ущелья, долины.

На рис. 8.8 показано РЛ изображение прибрежного горного района. Радиолокационные тени черного тона, создаваемые воз-вышенностями и ущельями, подчеркивают сильно пересеченный рельеф местности.

Наиболее четко на РЛ изображении выделяются части рель-ефа, ориентированные параллельно траектории полета носителя РЛС, то есть перпендикулярно направлению облучения. Склоны, ориентированные вдоль линии полета, интенсивно отражают ра-диолокационные сигналы, поэтому обнаружение объектов, распо-ложенных на этих склонах, затруднено. Объекты, находящиеся в области радиолокационной тени, не обнаруживаются. Для про-смотра затененных областей необходимо делать дополнительные пролеты.

Эффективное выявление рельефа может быть достигнуто при использовании стереоскопической обработки РЛ изображения. Для оптимального проявления стереоэффекта необходимо, чтобы высота полета была в пять раз меньше горизонтальной дально-

125

сти до объекта. В этом случае точность определения превышения высоты составляет 3—5% [I]. Стереопары РЛ изображений могут быть получены при последовательной съемке местности на парал-лельных курсах или с помощью антенн с разнесенными диаграм-мами направленности, установленных на одном носителе и обес-печивающих получение стереопары РЛ изображений при одном пролете.

Рис. в.А. Ралпилпкпшиншос изображение горкой местности

Гидрография. Спокойная шлная поверхность дает зеркальное отражение электромагнитной энергии, направленное в сторону от РЛС. Поэтому основными признаками гидрографических элемен-тов на РЛ изображениях являются темный тон изображения вод-ных поверхностен, а также характерная для рек и озер кривизна береговой линии.

С увеличением волнення зеркальность отражения от водной поверхности нарушается, интенсивность принимаемых РЛС енгна* лов возрастает и тон изображения светлеет, оставаясь в то же время более темным, чем тон изображения ровной земной поверх-ности. На водной поверхности выделяются острова, плотины, мосты, пристани, суда. На рис. 8.9 показало РЛ изображение реки на фоне холмистой местности. Изображение получено в ходе геологических исследовании и охватывает площадь примерно 18x27 км |15). Река выделяется черним тоном. Город обнаружи-

вается как скопление ярких отметок. Вдоль холмов на берегу реки видно шоссе. Выделяется граница холмистого района и за-ливных прибрежных лугов. Реку пересекают два четко выделяю-щихся моста.

Выявление деталей гидрографической сети зависит от направ-ления облучении. Если линия полета перпендикулярна руслу реки, то на РЛ изображении ширина русла передается без искажении, при полете вдоль русла радиолокационные тени от высоких бере-гов не позиилиют измерить истинную ширину реки.

126

Длинные тени являются признаком высоких обрывистых бере-гов; короткие тени или их отсутствие свойственны пологим бе-регам.

Направление течения рек определяется по косвенным при-знакам, таким, как острый угол впадения притоков, тупая форма контуров берегов» направленных против течения, н др.

Рнс. S.9. Радиолокационное изображение учлетка местности с рекой

Снежный покров дает слабое отраженно и выделяется на РЛ изображении темным тоном. На снежном фоне хорошо выделяют-ся искусственные сооружения и объекты.

Различные структуры льда отличаются отражающими свой-ствами. Хорошо различаются трещины и разводья во льду. Это позволяет широко использовать РЛС для ледовой разведки, для определения характера ледового покрова.

Растительность. Участки местности с травяным покровом соз-дают Диффузное отражение электромагнитной энергии умеренной интенсивности. По тону участков на РЛ изображении можно су-дить о характере и состояния растительности. Увлажненные участ-ки отражают сильнее и на изображении выглядят более светлыми. Лесные массивы, кустарники воспроизводятся в виде площадей светлого тона с характерной зернистой структурой, вызываемой промежутками между деревьями и кустами, а также тенями от них. Гранины леса и кустарника четко очерчиваются п подчерки-ваются наличием РЛ теней. Вырубки леса отображаются в виде участков с более светлым тоном. Просеки имеют вид прямых свет-лых волос.

127

Рис.

8.

10.

Ради

олок

ацио

нное

из

обра

жен

ие

мес

тнос

ти

в ра

йоне

го

рода

с

жел

езно

й до

рого

й

PJ1 изображение местности в районе города показано на рис. 8.10 [15]. Хорошо различаются лесистые и безлесные участки, различный характер растительности, дороги. Интенсивное отра-жение дает высокий берег водоема в левой верхней части изобра-жения.

Искусственные насаждения, парки, сады распознаются по светлому тону изображения и характерной прямолинейной форме границ просек и аллей.

Искусственные сооружения и объекты. Искусственные соору-жения и объекты дают интенсивное отражение радиоволн и, как правило, хорошо выделяются на Р Л изображениях. Населенные пункты опознаются на РЛ изображениях по светлому тону изображения построек, по характерной структуре изображения, создаваемой рисунком улиц, площадей, кварталов.

Населенные пункты сельского типа отличаются от городских меньшими площадями, небольшим числом улиц, сравнительно малыми размерами домов, характерной планировкой хозяйствен-ных построек и приусадебных участков.

Дороги на Р Л изображениях выделяются в виде линий или полос значительной протяженности, отличающихся тоном от окружающего фона. Тон изображения зависит от характера по-крытия и шероховатости поверхности и может меняться от светло-серого до темно-серого. Основным дешифровочиым признаком до-рог является их линейность и протяженность. Высокие насыпи создают радиолокационные тени. Придорожные кюветы дают изображения светлого тона. Характерный вид имеют пересечения с другими транспортными путями по виадукам и развязки типа «клеверный лист».

Железные дороги отображаются в виде светлых полос с плав-ными закруглениями. Облегчают их распознавание косвенные признаки, такие, как разъезды, запасные пути, отметки от опор контактной сети на электрифицированных дорогах. Железнодо-рожный узел обнаруживается по наличию разветвлений железно-дорожных путей.

Высокую интенсивность отражения электромагнитных волн дают мосты и переправы. На Р Л изображениях они видны в виде коротких прямолинейных светлых отрезков, пересекающих тем-ный тон водной поверхности.

Мачты высоковольтных линий электропередачи также хорошо заметны в виде светлых точек и распознаются по прямолинейному расположению отметок.

Взлетно-посадочные полосы аэродромов, рулежные дорожки, места стоянок самолетов с искусственным покрытием дают сла-бое отражение в направлении на РЛС и выделяются темным то-ном и характерной формой (рнс. 8.11) [15]. Грунтовые взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки и места стоянок слабо выделяются на окружающем фоне.

129

Рис.

8.1

1. Р

адио

лока

цион

ное

изоб

раж

ение

аэ

ропо

рта

Аэродромные постройки дают изображение более светлого тона и распознаются по форме, размерам и расположению относительно взлетных полос. При достаточно высоком разре-шении РЛС возможно распознавание самолетов по форме и размерам.

Рис. 8.12. Радиолокационное изображение морского порта

Легко распознаются на РЛ изображениях морские порты и базы (рис. 8.12) [9]. Четко выделяются берега бухт, причалы, склады и другие сооружения. Корабли и другие плавсредства видны как в открытом море, так и у причалов. По размерам от-метки можно определить класс судна.

Промышленные объекты дают интенсивное отражение и вы-деляются на РЛ изображениях светлым тоном, характерной формой, взаимным расположением отдельных строений, наличием подъездных путей.

Обобщенные результаты анализа характера радиолокацион-ных изображений местности и объектов и их дешифровочных при-знаков приведены в табл. 8.1 и 8.2 [3, 4, 9].

131

Т а б л и ц а 8.1

Характер отражения и тон Р Л изображения для различных поверхностей

Вид отражающей поверхности Характер отражения Гон РЛ изображения

Гладкая водная Травяной покров

Отдельные группы де-ревьев

Естественные уголко-вые отражатели (скаль-ные выступы, рвы)

Сельскохозяйствен-ные угодья

Зеркальный Диффузный умеренной

интенсивности с понижени-ем интенсивности при уменьшении влажности

Диффузный высокой ин-тенсивности

Интенсивный

Диффузный различной ин-тенсивности (от высокой до низкой)

Темный Умеренно темный

(темный при малой влажности)

Светлый с зернистой структурой

Очень светлый

От умеренно-темного до светлого (характер-ная прямоугольная фор-ма)

Интенсивность отражения и характер PJI изображения для различных объектов

Т а б л и ц а 8.2

Объекты Интенсивность отражения Характер РЛ изображения

Шоссейные дороги

Железные дороги

Мосты, переправы

Промышленные объек-ты

Силовые линии элект-ропередачи

Аэродромы, ВПП, аэ-родромные постройки

Самолеты, танки другая техника

Корабли

Низкая

Высокая

Высокая

Высокая

Высокая (от ме-таллических опор)

От поверхности аэ-родрома и В П П — низкая, от постро-ек — умеренная

Высокая

Высокая

Линия с характерными из-гибами. По тону слабо отли-чается от окружающей местно-сти

Линия с характерными изги-бами

Короткий светлый отрезок прямой, расположенный попе-рек рек, проливов

П л о щ а д ь светлого тона с резкими границами

Линейное расположение свет-лых точек; в лесистых мест-ностях дополняется наличием вырубленной просеки

Площадь аэродрома умерен-но темная, полностью воспро-изводится конфигурация В П П темного тона, постройки свет-лые

Отдельные светлые точки, расположенные на местности в определенном порядке

Отдельные светлые точки или вытянутые полоски на темном фоне водной поверх-ности

132

§ 8.3. Дешифрирование радиолокационных изображений

Получение PJI изображения является лишь одним из этапов получения информации о местности и объектах. Не менее важ-ным и ответственным является дешифрирование полученных изоб-ражений.

Под дешифрированием понимается процесс обнаружения, рас-познавания и определения местоположения различных объектов, а также определение характера местности и ее элементов по их Р Л изображениям.

Обнаружение — установление факта наличия объекта. Распо-знавание— определение существа обнаруженного объекта с тре-буемой детальностью. Местоположение объекта характеризуется его координатами.

Обнаружение и распознавание объектов основано на анализе тона, формы и размера Р Л изображения объекта, формы его тени и других прямых и косвенных признаков.

Определение координат объектов по Р Л изображениям может выполняться двумя способами.

Первый способ предусматривает определение координат объ-ектов по известным координатам носителя РЛС, фиксируемым в процессе полета, и измерение координат объекта относительно носителя по известному масштабу Р Л изображения и нанесенным масштабным меткам.

Второй способ, называемый способом привязки к топографи-ческой карте, основывается на измерении координат объектов относительно опознанных на Р Л изображении элементов мест-ности, координаты которых определяются по топографической карте.

Способ привязки к топографической карте дает более высокую точность, так как при первом способе в ошибку измерения коор-динат объектов входит ошибка навигационной системы самоле-та — носителя Р Л С .

Данные, полученные при дешифрировании, должны удовлет-ворять требованиям по уровню детальности, полноте, достоверно-сти и срокам получения.

Дешифрирование Р Л изображений и аэрофотоснимков имеет много общего, что позволяет при дешифрировании Р Л изображе-ний использовать хорошо разработанные методы и аппаратуру дешифрирования аэрофотоснимков, учитывая при этом особенно-сти изображений.

Дешифрирование может быть визуальным и автоматическим. При визуальном дешифрировании обнаружение, распознавание и измерение координат объектов выполняются дешифровщи-ками.

Визуальное дешифрирование РЛ изображений — сложный ло-гический процесс. Он требует от Дешифровщика знания объектов, принципов получения Р Л изображений и параметров РЛС, харак-тера отражения радиолокационных сигналов различными объек-

133

тами и дешифровочных признаков их РЛ изображений, специаль-ных приемов работы и оборудования.

Дешифрирование начинается с этапа общего ознакомления с дешифровочной обстановкой. Изучается задание, район картогра-фирования по топографической карте, полученные ранее данные. Просматривается Р Л изображение исследуемого района, обна-руживаются и распознаются элементы местности и крупные сложные объекты. Формируется общее представление о районе, и отбираются участки для детального дешифрирования.

Затем проводится детальный анализ РЛ изображения, в ходе которого обнаруживаются и распознаются простые объекты по их прямым и косвенным признакам с использованием информации, полученной при анализе ландшафта и сложных объектов. Изме-ряются координаты объектов.

Анализ РЛ изображения по одной из методик [9], используе-мой при исследовании местности, проводится в следующем по-рядке.

1. Ориентируют Р Л изображение таким образом, чтобы свет-лые части изображения были направлены от дешифровщика, а тени — к дешифровщику.

2. Выделяют (очерчивают штриховой линией) площади изоб-ражений одинакового вида (однородной структуры).

3. Проводят анализ выделенной площади, выявляя при этом элементы светлого и темного тонов и их геометрическую кон-фигурацию; наличие, размеры, форму и направление РЛ теней; структуру изображения (гладкая, зернистая, пятнистая и т. п.).

4. Оценивают характер местных водостоков. 5. Проводят оценку топографии местности: выделяют характер

рельефа по размеру и форме РЛ теней. 6. Оценивают вид растительности, характер искусственных объ-

ектов (городские застройки, транспортные артерии, линии элек-тропередач, промышленные объекты и т. п.), определяют место-положение искусственных объектов.

7. Выполняют общую итоговую оценку исследуемой площади по виду и взаимному расположению опознанных объектов.

8. Делают выводы о генетической и морфологической струк-туре местности, о типах грунтов и их параметрах.

При визуальном дешифрировании широко используют простые инструменты и приборы — оптические лупы различного увеличе-ния, линейки, измерители и т. п. Пленку с дешифрируемым РЛ изображением располагают, как правило, на специальных про-смотровых столах с подсветом. Для анализа высоты рельефа и объектов используют стереоскопы.

Для повышения эффективности работы дешифровщиков часть операций, связанных с количественными оценками, таких, как из-мерение координат объектов, а также трансформирование и мас-штабирование РЛ изображения, выполняют с помощью специаль-ных цифровых и аналоговых устройств. Такие устройства, как правило, содержат телевизионно-оптические блоки считывания

134

изображений, блоки считывания координат, многоканальное устройство отображения и вычислительный блок. В одном из устройств [1] дешифрируемое РЛ изображение помещается на просмотровый стол. На другой стол помещается РЛ изображение предыдущего полета, или аэрофотоснимок, или топографическая карта дешифрируемого района. Телевизионные камеры могут пе-ремещаться, чтобы обеспечить просмотр различных участков Р Л изображения. Отображение на телевизионных экранах одних и тех же участков местности с различных изображений обеспечи-вается соответствующим перемещением передающих телевизион-ных камер. Управляет этим перемещением ЦВМ. Телевизионные экраны, на которых отображаются кадры, формируемые переда-ющими камерами, расположены рядом. Для более точного срав-нения оба изображения могут отображаться поочередно на одном экране. При этом обеспечивается точное соответствие их мас-штабов.

При автоматическом дешифрировании все операции должны выполняться специальными приборами автоматически. Основной проблемой автоматического дешифрирования является автомати-зация процесса распознавания объектов. Эта проблема еще не решена полностью, и пути ее решения включают изучение методов распознавания образов человеком, определение наиболее инфор-мативных признаков обьектов, разработку критериев и алгорит-мов распознавания, создание машин, реализующих эти алго-ритмы [1].

Некоторые операции дешифрирования уже в настоящее время автоматизируют. Например, из большого числа Р Л изображений однородной местности с малым числом искусственных объектов автоматически выделяют кадры, содержащие объекты заданной формы. Предварительный отбор позволяет сократить время деши-фрирования всего РЛ изображения. В одной из таких систем участки аэрофильма, содержащие большие изменения плотности или отметки от движущихся объектов, отбираются автоматически и отображаются на телевизионном экране дисплея.

Диспетчер, просматривающий отобранные изображения, рас-пределяет их между дешифровщиками для детального анализа. Соответствующие кадры записываются в буферную память и ото-бражаются на экранах дисплеев дешифровщиков, имеющих более высокое разрешение, чем дисплей диспетчера. Дешифровщик ана-лизирует представленное ему изображение и составляет донесе-ние. Регистрация необходимых РЛ изображений на фотопленку производится лазерным записывающим устройством. Работой всей системы управляет ЦВМ.

Г л а в а 9

ЗАРУБЕЖНЫЕ РЛС ВОЗДУШНОЙ РАЗВЕДКИ

§ 9.1. Классификация РЛС

В данной главе в качестве иллюстрации возможностей Р Л С воздушной разведки приводятся краткие характеристики и кон-структивные особенности некоторых зарубежных образцов Р Л С (табл. 9.1). Так как в опубликованных зарубежных материалах имеются различные цифровые данные, относящиеся к одним и тем же образцам РЛС, то здесь приведены наиболее часто встре-чающиеся.

Т а б л и ц а 9.1

Некоторые типы зарубежных РЛС воздушной разведки

РЛС Фирма-изготовитель Заказчик Самолет-носитель

РФА A N / A P D - 7 Wes t iughouse ВМС С Ш А RA-5C РФА AN/APD-8 » ВВС С Ш А RF-111A РФА AN/APQ-5G > ВВС С Ш А RB-57 РФА AN/APQ-69 G o o d y e a r BBC CUIA RF-4C РФА AN/APS-94I) Moto ro la Армия С Ш А O V - 1 D РФА AN'/APQ-97 Wes t inghouse ВВС С Ш А DC-6B РФА AN/APQ-133 Motoro la ВВС С Ш А АС-119 РСА AN/APD-10 G o o d y e a r ВВС С Ш А , RF-4C, RF-4E G o o d y e a r

ВМС С Ш А (ВВС ФРГ)

РСА AN/APD-11 » ВВС С Ш А RF-4E, РСА AN/APD-11 (ВВС Ф Р Г ) RF-4C

РСА AN/APQ-102A > ВВС С Ш А RF-4B, РСА AN/APQ-102A (ВВС ФРГ,

ВВС Японии) RF-4C

РСА AN /APQ-152 » ВВС С Ш А RC-130A РСА RAFAEL T-CSF ВВС Франции Mirage- IV

Электронная аппаратура, применяемая вооруженными силами США, в том числе и разведывательные Р Л С БО, обозначается пятью буквами и цифрой, иапримс-р AN/APQ-102A. Первые две буквы обозначают принадлежность к армии и флоту (Army,

К)6

Navy). Цифра обозначает номер модели (разработки), а стоящая иногда после цифр буква — модификацию. Три буквы, стоящие после косой линии, соответственно обозначают: 1-я — место уста-новки (Л — бортовая, самолетная, D — беспилотная, U — комплек-сы) ; 2-я — вид (тин) аппаратуры (например, Р — радиолокаци-онная) ; 3-я — назначение (D — радиопеленгация или разведка, Q — специального назначения или многоцелевые, S — измерение дальности и направления).

Буквенные обозначения частотных диапазонов работы РЛС, принятые в США, приведены в табл. 9.2.

Т а б л и ц а 9.2

Буквенные обозначения частотных диапазонов РЛС, принятые в США

Новое обозначение Старое обозначение

Индекс Диапазоны частот, длины волн

Индекс Диапазоны частот, ллины волн

Индекс ГГц Индекс ГГц Индекс ГГц см Индекс ГГц см

А 0 ,250 120 I 0 , 1 — 0 , 1 5 300—200 В 0 , 2 5 0 - 0 , 5 0 1 2 0 - 6 0 G 0 , 1 5 — 0 , 2 2 5 200—117,5 С 0 , 5 - 1 , 0 60—30 Р 0 ,225—0,39 117—77 D 1 ,0—2,0 20—15 L 0 , 3 9 — 1 , 5 5 77—19,3 Е 2 , 0 — а , 0 15—10 S 1 ,55—5,2 19 ,3—5,8 F 3 , 0 — 4 , 0 10—7,5 С 3 , 9 — 6 , 2 7 , 7 - 4 , 8 5 G 4 , 0 - 6 , 0 7 , 5 — 5 , 0 X

к 6 , 2 — 1 0 , 9 5 , 8 — 2 , 7 5

Н 6 , 0 — 8 , 0 5 , 0 — 3 , 7 5 X к 10 ,9—36,0 2 ,75—0,835

I 8 , 0 — 1 0 , 0 3 , 7 5 — 3 , 0 Q 3 6 , 0 — 4 6 , 0 0 ,835—0,65 J 10 ,0—20,0 3 , 0 — 1 , 5 V 4 6 , 0 — 5 6 , 0 0 ,65—0,535

К 20 ,0—40,0 1 ,5—0,75 L 4 0 , 0 - 00 ,0 0 , 7 5 — 0 , 5

§ 9.2. Станция AN/APS-94D

Радиолокационная станция с вдольфюзеляжной антенной AN/APS-94D разработана фирмой Motorola и предназначена для разведки поля боя и картографирования местности.

Станция обеспечивает дальности действия 25, 50 и 100 км с полосами обзора 25, 50 и 100 км соответственно.

Разрешающая способность по дальности составляет 30 м, а по азимуту 7,7 R (км), м.

Станция работает на волне 2,5 см с горизонтальной поляри-зацией при длительности импульса 0,2 мкс и частоте повторения 750 Гц. Импульсная мощность излучения составляет 45 кВт. Имеется режим СДЦ. Масштабы выходного изображения 1 :250000 и 1 : 5 0 0 000. Масса станции равна 346 кг, объем — 0,41 м3, длина вдольфюзеляжной антенны — 4,88 м, а мощность источника питания — 1940 Вт.

Основным носителем станции является самолет армейской авиации OV-1D, на котором Р Л С размещают в специальном под-весном сигарообразном контейнере (см. рис. 2.1).

137

Состав станции AN/APS-94D показан на рис. 9.1. Контроль за качеством съемки в полете осуществляется по

изображению на экране ЭЛТ бортового индикатора или на фото-пленке после быстрого проявления па борту (в течение 10—90 с).

Рис. 9.1. Блоки Р Л С AN/APS-94D: / — антенна; 2— генератор развертки; 3 — индикатор радиолокационных це« лей; 4 — пульт управления РЛС; 5 — устройство обработки и формирова-ния радиолокационного изображения; 6 — стойка электронных блоков; 7 — устройство обработки радиолокационных сигналов; # —приемопередатчик

РЛС; 9 — соединительная коробка

Антенна представляет собой две волноводно-щелевые решетки, смонтированные основаниями друг к другу на гиростабилизиро-ванной платформе, которая подвешена в центре масс самолета.

138

Антенна размещается в контейнере длиной 5,48 м и формирует диаграмму направленности шириной менее 1°. В полете антенна стабилизируется (механически) по рысканию в пределах ± 4 ° от-носительно продольной оси самолета. Антенные решетки могут работать как одновременно (съемка ведется с обеих сторон само-лета), так и по отдельности (съемка производится только с одной из сторон).

В устройство обработки сигналов входят селектор движущихся целей.

В определенных пределах летчик может во время полета из-менять несущую частоту.

Р Л С выполнена на твердотельных элементах и мощных элек-тровакуумных высокочастотных приборах.

РЛС AN/APS-94D, установленная на самолете OV-1D, исполь-зуется в системе передачи разведывательной информации AIDATS (система сбора информации от самолетов-разведчиков и передачи ее на наземное оконечное устройство непосредственно или путем ретрансляции через другие самолеты).

В состав AIDATS фирмы Northrop входят бортовая передаю-щая аппаратура (массой 90 кг), устройство преобразования сиг-нала, наземное приемное устройство со следящими антеннами и оконечное устройство преобразования и записи сигналов на фото-пленку.

Данные Р Л С AN/APS-94D преобразуются на борту самолета в цифровой код и передаются с помощью всенаправленной ан-тенны по широкополосной линии связи на подвижные наземные станции. Передача ведется на одном из G4 каналов в диапазоне 13,35—17,25 ГГц. Средняя мощность передатчика радиолинии на Л Б В 150 Вт, дальность ее действия 370 км. Прием выполняется на параболическую антенну диаметром 2,1 м с шириной Д Н 0,7°.

Привязка радиолокационного изображения к местности осу-ществляется специальной аппаратурой на основании данных от навигационных датчиков.

В модернизированной Р Л С вместо используемой в настоящее время антенны с фиксированным лучом используется антенна с электронным сканированием. Это обеспечивает возможность об-зора в реальном масштабе времени в пределах ±45° от бокового направления и выдачу данных о скорости и направлении движе-ния цели.

§ 9.3- Станция AN/APQ-97

РЛС БО AN/APQ-97, разработанная фирмой Westinghouse, предназначена для картографирования местности и наблюдения объектов с высокой разрешающей способностью. Р Л С устанавли-вается на самолетах DC-6B.

Антенна Р Л С монтируется сбоку или под фюзеляжем самоле-та и выставляется вдоль продольной оси самолета таким образом, чтобы ее луч был направлен под углом 90° к линии полета.

139

Станция обеспечивает дальность действия 21 км. Разрешаю-щая способность по дальности составляет 8 м, а по азимуту 1,7 R (км). Станция работает на волне 8,6 мм с горизонтальной поляризацией на излучение и горизонтальной и вертикальной по-ляризациями на прием. Масштабы изображения 1 : 9 8 000 и 1 : 140 000.

Рис. 9.2. Блоки Р Л С AN/APQ-97: / — гиростабнлизпроваинаи антенна; 2 —бортовая система для фотохимиче-ской обработки пленки; 3 — устройство записи сигналов; 4 — световое табло

для контроля фотозаписи; 5 — пульт управлении; 6 — приемопередатчик

Масса станции равна 300 кг, объем —0,25 м3, длина вдоль-фюзеляжной антенны — 5,48 м, мощность источника питания — 3700 Вт. Типовая наклонная дальность составляет 10—16 км. Ши-рина полосы обзора изменяется в зависимости от высоты полета в пределах от 2,2 до 6 км. Разрешающая способность по азимуту ухудшается с увеличением дальности и высоты полета. Состав Р Л С AN/APQ-97 показан на рис. 9.2.

На самолете имеется оборудование для технического обслу-живания радиолокатора во время предполетной подготовки.

Усиленные в приемнике эхо-сигналы от местности используются для яркостной модуляции ЭЛТ. На фотопленке шириной 241 мм, протягиваемой перед ЭЛТ со скоростью, пропорциональной путе-вой скорости самолета, записывается изображение. После прояв-ления пленки хранимое на ней изображение становится видимым и пригодным для дешифрирования.

140

Для расширения возможностей дешифрирования различных признаков местности и целей в РЛС используется двухполяриза-циопная антенна, позволяющая принимать сигналы с различными видами поляризации (ИН и HV). Один облучатель антенны ис-пользуется для передачи и приема сигналов, имеющих одинаковую поляризацию. Другой облучатель используется для приема сиг-налов с поляризацией, ортогональной поляризации зондирующего сигнала. Каждый из двух приемников обеспечивает запись сиг-налов изображения полосы местности, полученных с различной поляризацией.

В состав комплекса входит также система передачи изобра-жения на землю.

§ 9.4. Станция AN/APQ-102A

Р Л С AN/APQ-102A является радиолокатором с синтезирован-ной апертурой антенны, разработанным фирмой Goodyear.

Станция AN/APQ-102A установлена на самолетах RF-4B, RF-4C.

Рис. 9.3. Самолет RF-4C с РСА AN/APQ-102A

Модификация этой станции GEMS, предназначенная для ис-следования земных ресурсов, устанавливается на транспортном самолете Caravella.

На рис. 9.3 показан основной носитель РЛС AN/APQ-102A — самолет RF-4C, а на рис. 9.4 —блоки стаиции GEMS и ее антенна, размещаемые на самолете Caravella.

Стаицня AN/APQ-102A обеспечивает дальность действия 36 км при полосе обзора 18 км. Разрешающая способность по дальности и азимуту составляет 15 м. Имеется режим СДЦ.

Станция имеет на несущей частоте 9,6 ГГц (3,1 см) ширину спектра зондирующего сигнала 15 МГц. Длительность импульса равна 1,2 мкс, импульсная мощность излучения — 50 кВт. Для обеспечения необходимого энергетического потенциала в системе

141

применяется сжатие сигналов с коэффициентом 15. Поляризация излучения — горизонтальная.

Масса станции равна 232 кг, объем — 0,28 м3, мощность источ-ника питания — около 3 кВт.

Рис. 9.4. Блоки (а) и антенна (б) РСА GEMS

Р Л С имеет две гиростабилизированные антенны (длиной по 1,2 м), представляющие собой волноводно-щелевые решетки. Ан-тенны расположены по обеим сторонам фюзеляжа. Каждая ан-тенна снабжена собственной системой управления, которая обес-печивает ее стабилизацию в пространстве по сигналам инерциаль-ной системы.

Сигналы с выхода приемника Р Л С (радиоголограмма) запи-сываются с экрана индикатора на фотопленку. Длина фотоплен-ки— 61 м, максимальная длина полосы местности, сигналы кото-рой могут быть записаны на эту пленку, равна 338 км. Ширина фотопленки —127 мм, при этом на пленку записываются одно-временно две радиоголограммы, например сигналы левой и пра-вой полос местности, каждая шириной 50 мм. Масштаб записи

142

радиоголограммы по дальности 1 : 4 0 0 000, а вдоль линии пути 1:5555. Масса фоторегистратора — 52 кг, а потребляемая мощ-ность — 246 Вт.

Проявление фотопленки и формирование радиолокационной карты местности осуществляются на земле с помощью специаль-ного оптического устройства. После проявления входная фото-пленка освещается лучом гелий-неонового лазера непрерывного излучения с длиной волны 632,8 мкм. На выходе оптической си-стемы формируется радиолокационное изображение местности, которое записывается на выходную пленку шириной 127 мм. Изображение состоит из двух полос шириной 50 мм; линия раз-дела между ними совпадает с линией пути самолета. Масштаб выходного изображения 1 : 400 000.

Процесс обработки результатов съемки до получения готовых отпечатков карт местности может занимать несколько часов.

Масса наземного устройства обработки — 345 кг. Потребляе-мая мощность— 1,5 кВт.

§ 9.5. Станция AN/APD-10

РСА AN/APD-10, разработанная фирмой Goodyear, представ-ляет собой дальнейшее развитие РСА AN/APQ-102A. Станция размещается на самолетах RF-4C, RF-4E ВВС США и ВВС ФРГ, а также на разведывательных самолетах Японии — JDA, RF-4EJ. На рис. 9.5 показаны размещение и состав блоков РСА AN/APD-10 на самолете RF-4C. С небольшими модификациями она может быть установлена внутри или частично в контейнере других типов самолетов.

РСА AN/APD-10 входит в состав всепогодной системы тактиче-ской радиолокационной разведки AN/UPD-4, которая кроме РСА включает в себя наземную систему обработки ES-83A и контроль-но-поверочную аппаратуру AN/APM-321. РСА AN/APD-10 имеет дальность действия 55 км и полосу обзора 18,5 км. Разрешающая способность по дальности и азимуту составляет 3—10 м. Имеется режим СДЦ.

Система AN/UPD-4 обеспечивает: — получение с высоким разрешением по азимуту и дальности

изображения земной поверхности, а также подвижных и стацио-нарных объектов с больших и малых высот в широком диапазоне путевых скоростей с любой стороны самолета без непосредствен-ного полета над районами разведки;

— получение изображения в режиме индикации движущихся целей, что позволяет в пределах разведываемого участка обнару-живать и отдельно индицировать движущиеся цели;

— получение изображения морской поверхности для обнару-жения движущихся судов с разрешением, достаточным для опре-деления размеров и типов кораблей;

— встроенный контроль для проверки аппаратуры во время полета и отключения отказавших блоков,

143

Радиолокационные сигналы и связанные с ними закодирован-ные навигациониые данные могут быть переданы по линии пере-дачи «воздух—земля» на наземный регистратор, входящий в си-стему обработки ES-83A. Полученный таким образом дубликат бортовой фотопленки без задержки поступает в проявочную ма-

/—регистратор; 2 — устройство управления антенной (правого борта); 3 — правая антенна; 4 — пульт управления РЛС; 5 — вычислитель; 5 — распределительная ко-робка; 7 — преобразователь частоты и передатчик; 8 — усилитель-модулятор; 9 — блок обнаружения неисправностей; 10 — волноводный тракг; / / — антенна (левая); 12— блок управления антеннами левого и правого борта; 13 — устройство управ-

ления антенной (левого борта)

шину и коррелятор, что позволяет получать изображение участка местности в масштабе времени, близком к реальному. Проявлен-ная фотопленка с изображением местности просматривается на монтажном столе, после чего места, вызвавшие наибольший инте-рес, можно исследовать подробнее.

Радиолокационная система AN/UPD-4 является частью комп-лекса AIDATS, в котором предусматриваются сбор информации от самолетов-разведчиков и передача ее на наземные оконечные устройства непосредственно или ретрансляцией через другие са-молеты.

Левая и правая антенны РЛС, представляющие собой много-элементные волноводио-щелевые решетки, имеют широкую верти-кальную диаграмму направленности и узкую азимутальную диа-грамму. Поляризация излучения и приема радиоволн — горизон-тальная. Антенны стабилизированы в пространстве по всем осям. Сигналы, выдаваемые вычислителем, задают определенный угол места антенны в зависимости от высоты полета. С помощью элек-тронной системы управления, которая получает сигналы измене-ния угла места, азимута и тангажа от инерцнальной навигацион-ной системы, угловое положение антенны поддерживается посто-янным независимо от колебаний самолета.

Преобразователь частоты содержит схемы генерирования ста-бильных по частоте колебаний в трехсаптнметровом диапазоне

144

волн. В этот блок входят также элементы передатчика, антенного переключателя и приемник. Усилитель-модулятор передатчика яв-ляется мощным высокочастотным импульсным усилителем. После усиления ВЧ импульсы подаются на левую или правую антенну для излучения.

Синхронизатор-вычислитель получает сигналы о скорости са-молета и режиме работы РЛС и использует их для установки определенной частоты повторения импульсов РЛС.

Генератор выдает основные синхроимпульсы, необходимые для работы системы, и демодулнрует приходящие сигналы промежу-точной частоты для получения видеосигналов.

Синхронизатор содержит также схемы компенсации искаже-ний сигнала, обусловленных нестабильностью движения самолета.

Для обеспечения компенсации траекторных нестабильностей в Р Л С введены специальные устройства, которые производят элек-тронную коррекцию доплеровской частоты сигнала перед ее за-писью. Используются два вида таких устройств. Линейные аксе-лерометры, смонтированные на кардановом подвесе антенной системы, определяют отклонения самолета в вертикальном и го-ризонтальном направлениях. Выходные сигналы акселерометра подаются на вертикальный вычислитель, который рассчитывает из-менение наклонной дальности (радиальной скорости). Вторая схема сравнивает фазу доплеровской частоты каждого последую-щего отраженного от местности эхо-сигнала с фазой предыдущего. Разница в фазе соответствует изменению наклонной дальности (радиальной скорости).

Для получения высококачественного изображения и его при-вязки к топографической карте Р Л С получает данные от само-летной инерциальной навигационной системы и радиолокационного высотомера. При работе на больших высотах или при неблаго-приятных метеорологических условиях используются и другие на-вигационные средства, такие, как Р Л С переднего обзора в соче-тании с системой тактической воздушной навигации (TACAN). Если выполнение поставленной задачи позволяет осуществлять прямолинейный полет, то включается автопилот.

Инерциальная навигационная система (ИНС) выдает на си-стему управления антенной сигналы ошибок азимута, тангажа и крена в целях стабилизации антенной решетки параллельно тра-ектории полета. Кроме того, ИНС выдает сигналы путевой ско-рости, синхронизирующие скорость протяжки фотопленки со ско-ростью полета самолета.

Пульт управления служит для включения и выключения бор-товой части РСА и выбора требуемого режима работы. Кроме того, он содержит специальный индикатор, позволяющий опера-тору проверить работу радиолокационных блоков и других само-летных систем, связанных с РЛС.

С пульта управления подается синхроимпульс, обеспечиваю-щий формирование меток дальности, которые записываются на первичную фотопленку через каждые 0,8 км пути. Этот импульс

145

используется также для запуска устройства записи вспомогатель-ных данных ADAS, информация которого записывается на пер-вичную пленку. В процессе обработки радиоголограммы метки дальности и данные устройства ADAS переносятся на вторичную фотопленку радиолокационного изображения.

На вторичной пленке метки дальности представлены в виде серии отметок с шагом 0,8 км. Эти отметки используются во время дешифрирования для привязки деталей изображения к карте местности и измерения расстояний. Матрица данных, которая впе-чатывается на краю вторичной фотопленки, содержит информацию о направлении полета и стороне обзора (влево или вправо). Она содержит также дополнительную информацию о режиме работы РЛС, районе и времени полета, высоте полета и курсовом угле.

Фоторегистратор содержит оптические электронные и электро-механические узлы, необходимые для записи радиолокационного изображения вспомогательных данных на фотопленку шириной 241 мм. Эти сигналы отображаются на двух ЭЛТ в виде четырех модулированных по яркости строк, образующих четыре рабочих канала. В центре пленки записывается информация о режиме ра-боты станции. Через каждые 8 км полета вместо режима работы Р Л С записываются данные, которые содержат закодированную информацию о полете (номер самолета, дата, координаты, вы-сота).

Наземное устройство обработки радиоголограммы — корреля-тор в системе ЕС-83А автоматически производит фотохимическую обработку пленки, оптическую корреляцию голограммы и запись изображения местности на вторичную пленку, а также обработку и сушку вторичной пленки с радиолокационным изображением. Имеются три основных эксплуатационных варианта этого устрой-ства.

Вариант «RCP» используется в том случае, когда фотореги-стратор наземной системы обработки принимает радиолокацион-ные сигналы с самолета по линии передачи данных. Экспониро-ванная первичная пленка поступает в блок фотохимической обра-ботки со скоростью, пропорциональной скорости полета самолета, обрабатывается, сушится и поступает в оптический коррелятор, в котором имеются лазерный источник света и соответствующая оптическая система для формирования радиолокационного изоб-ражения местности на вторичную пленку. Вторичная пленка с ра-диолокационным изображением также автоматически обрабаты-вается, сушится и используется для дешифрирования.

Вариант «СР» соответствует случаю, когда кассета из борто-вого фоторегистратора с экспонированной, но необработанной пер-вичной пленкой снимается с самолета и вставляется в блок фо-тохимической обработки. Обработка первичной пленки и получе-ние вторичной происходят так же, как и в первом варианте.

Вариант «ТВР» используется в том случае, когда операции проявки и сушки первичной пленки производятся в отдельном устройстве. Предварительно проявленная пленка подается в сек-

146

цию оптического коррелирования для получения вторичной пленки.

Выходное изображение регистрируется на пленку шириной 241 мм в четырех каналах с масштабом записи 1 : 100 000 для всех режимов работы.

§ 9.6. Система тактической разведки AN/UPD-6

Всепогодная система тактической радиолокационной развед-ки AN/UPD-6 разработана фирмой Goodyear. В состав системы входят РСА AN/APD-11, радиолиния передачи сигналов на зем-лю AN/GRQ-17 и наземный комплекс обработки WS-430B с опти-ческим коррелятором ES-86A.

5

Рис. 9.6. Размещение РСА AN/APD-11 на самолете RF-4E: У — антенная система передачи данных; 2 — антенны, установленные в подвесном контейнере (правая и левая); 3 — приемопередатчик; 4 — антенны

на борту (правая и левая); 5 — регистратор

РСА AN/APD-11 является модификацией станции AN/APQ-102A и устанавливается на борту самолета-разведчика RF-4C и RF-4E (рис. 9.6).

РСА AN/APD-11 позволяет на малой высоте вести обзор мест-ности одновременно в двух полосах — справа и слева от линии пути; на больших высотах ведется односторонний обзор местности (рис. 9.7).

Р Л С снабжена двумя парами антенн. Две антенны (правого и левого борта), размещенные в носовой части фюзеляжа само-лета, используются в основном в режиме малых высот, две дру-гие, большего размера, размещены в специальном подвесном кон-тейнере и используются на больших высотах. В Р Л С обеспечена стабилизация положения антенны в пространстве при эволюциях самолета.

Высокое разрешение объектов по линии пути в РСА достига-ется обработкой сигналов на интервале синтезирования,а по даль-ности— за счет применения зондирующих импульсов с ЛЧМ. На-ряду с разведкой неподвижных объектов РЛС позволяет обнару-живать движущиеся цели.

Для этого в радиолокационной системе предусмотрены четыре канала приема и обработки сигналов: два канала (правого и

147

левого борта) предназначены для приема, регистрации и обра-ботки сигналов от неподвижных объектов, два других —от по-движных.

Для фазовой коррекции эхо-сигналов в целях компенсации траекторных флюктуаций самолета используются сигналы от специальных гироскопов и от ннерциальной системы.

Рве. Cxeui применения комплекса AN/UPD-6: I - c m w t t •• большой высоте-. 1-юнвлнс обработка WS*430; S — самолет н-а имоВ аысот*; ^ - ш е к н и стицн

Р«днм1нва о«ршчи дяшыж

Наряду с возможностью регистрации радиолокационных сиг-налов на борту самолета в системе AN/UPD-6 на больших высо-тах предусмотрена передача их в реальном масштабе времени по широкополосной линии связи на наземную станцию. С этой целью в состав бортового оборудования системы дополнительно вклю-чены модулятор-демодулятор, передатчик радиолинии и рупорные антенны, обеспечивающие излучение в передней и задней полу-сферах в секторе 90*. Кроме радиолокационных сигналов по ра-диолинии передается информация о режиме работы РСА, поло-жении антенны и наклонной дальности до наземной станции.

На наземной станции (рнс. 9.8) осуществляются автоматиче-ское или полуавтоматическое сопровождение самолста разведчика по направлению, прием, фоторегнетрация и обработка сигналов с помощью оптического устройства обработки и корреляции.

Радиолокационное изображение регистрируется на вторичную фотопленку, на которую также записываются координаты само-лета- Координаты рассчитываются па наземной станции но углу места, азимуту следящей за самолетом антенны и по наклонной

149

дальности, измеряемой по величине задержки ответных импуль-сов, которые приходят с самолета на запрос с наземной станции. Процесс обработки фотопленки продолжается всего несколько минут, поэтому можно считать, что получение радиолокационного изображения на наземной станции идет почти в реальном мас-штабе времени.

Рис. 9Я. Наземная стакинл радиолинии передачи данных комплекса AN/UP DC: / - Фургон аля ороьсдення работ по тскобелужнмнакк J — фур г ом пункт* уарилешя

3 — фурь'он ycrpolciia обработки данных; 4 - ш р а б о л т м к » игевиа; 6 — фургон устройства дсшкфроынкых ДДЦИУ*

В состав наземной части системы AN/UPD-6 входит также ап-паратура анализа и дешифрирования радиолокационных изобра-жений. В ней имеются два какала, позволяющие отображать на телевизионных экранах одновременно радиолокационное изобра-жение, полученное с оптического процессора (со вторичной плен-ки), н карту данного участка местности или полученное ранее радиолокационное изображение этой местности. С помощью опти-ческого переключателя на изображении одновременно отобра-жаются движущиеся цели, что обеспечивает привязку их к мест-ности.

При полете па малых высотах» где передача радиолокацион-ной информации затруднена, обработка первичной пленки произ-водится по иозпращенпн самолето на аэродром. Для этих целей используется паншппя аппаратура WS-430B, являющаяся моди-фикацией аппаратуры комплекса WS-43Q,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные разведывательные РЛС, использующие новей-шие достижения радиоэлектроники, обладают высокой разрешаю-щей способностью и позволяют получать детальные радиолока-ционные изображения местности н объектов, сравнимые по каче-ству с аэрофотоснимками. Радиолокационные станции могут вести разведку местности и объектов в любых метеоусловиях, днем к ночью, на большом удалении от зоны обзора.

Для целей военной разведки такие станции широко применя-ются вооруженными силами стран—участников агрессивного блока НАТО.

В настоящее время указанные РЛС находят применение так-же при ведения ледовой разведки, исследовании природных ре-сурсов, составлении карт растительности и снежного покрова, картографировании н при ведении различных научных исследо-ваний.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аковешсий В. И. НсфотогрдАнчсская аэросъемка: Итоги науки н тек* НИКИ. (Геодезия и аэродинамика!. А , ЮТ. т. 12.

2. Богаче» А. С., Толсто» Е. Ф. Цифровое синтезирование искусственной апертуры антенны при маневре. —Зарубежная радиоэлектроника, 1975, М б . е. 64—79.

3. Дрожжнм А. N. Примеры ведения воздушной разведки. — Зарубежное военное обозрение. 1977. К 2, с. 57—G3.

4. Клочжо А, Ю. Радиолокационные гганини бокового обзора и возможности их применения, — Зарубежное военное обозрение, 1978. Sk 12. с. 62—69.

5. Реутов А* Л. и др. Радиолокационные станхшн бокового об гора. М.: Сов, ралио. 1970. 360 с.

6. Самолетные навигационные системы/Пер. с англ. под ред, В. Ю. По-ляка. М: Военпалат, 1973. 4G2 с.

7. Толстов Е. Ф<+ Саблин В. Н. Особенности цифровых РЛС г скнтозипо-ванной апертурой антенн. —Зарубежная радиоэлектроника, 1976, M L с. 25— 42.

8 . Томиясу К. РЛС с синтезированием апертуры и ни применение для отображения поверхности океана. ТИИЭР. 1976. т. Л* 5, с. 1070—1083.

9. Avery Т. Е. Interpretation of arlal photographs, Burgess Publishing Com-pany, 1968.

10. Вага I F. Z. Future оГ Synthetic aperture radar. EASCON78 Record. Arlington 1978. pp. 546—551.

11. Giebelmamt H. ALAR — Aufklarong-syslem, Truppenpraxta, 1974, N 12, 936—941.

12. Kirk I. С Digital Synthetic aperture radar technology. IEEE Internet radar conf.. Arlington, 1975,

13. Kozma A.. Leith L , Massey N. Tilted plane optical processor. Applied Optics. 1972. v. VII. N 8.

14* Roberts I. B, Synthetic aperture processing for side-looking airborne ra-dar using CCD a»d SAW components. Electronics Letter?, 197fi, v. 12. N 18.

15. Gensen H., Gracham L С.. Рог cello L. Т.. Seth E. N. Side-looking air-borne radar. Scientific America. 1977. v. 237, N 4.

16. Side-looking radar system* and their potential applications to earth-resaurccs surveys, European spasc rcscrvh organisation ESRO, FfblKC. 1973.

loU

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

Введение * . . 3

Главе 1, РЛС ofoopa земной поверхности и и.ч основные характери-стики 5 § 1.1. Радиолокационные станции обзор» зомноЛ поверхности. . . . — | 1.2. Разрешающая способность РЛС ВО 13 § 1.3. Дальность действия РЛС ВО и характеристики обнаружения

оОкктоп . * • • ^ I I . t , * , « , 18 9 1.4. Точность измерения ксорднидт 23 | 1.6. Характеристики полосы обюра 27

Г л а » а 2. РЛС бокопого обзора с вдольфюэслнжиой онтсрмгоП * . . . 28

$ 2.1. Принцип действия * , — § 2.2. Функциональная схсма 33

Г л два 3. РЛС с синтезированной апертурой антенпи 37 § ЭЛ. Принцип действия . * * • , — i 3.2. Принцип Оптической голографии ЗД | 3.3. Методы синтезирования апертуры 40 I 3.4. Аналмз доллеровскнх частот ciinia.ni» РСА 42 § 3.S. Влияние движения объекта на его р.-мшиихшикншос изобра-

жение , . ь « 4 . . 43 4 3.6. Функциональная схема , . . 47 1 3.7. Тактико-технические характеристика 50 1 3.8, Комплекс воздушно Л разведки на оенши.» РСА . 53

Г л а в а 4. Бортовое оборудование РСА 55 ! I 4 J . Структурная схема „ • —

г 4 1 . Синхронизатор 58 • 4.3. Когерентный передатчик , 60 > 4,4. Когерентный приемник . 62 • 4.5. Антенная система * - , 04 I 4.6. Фоторегистратор сигналов * „ , . 66 • 4.7. Радиолиния передачи данных , , . 68

Глава 5. Оптическая система обработки сигналов РСА 70 | 5.1. Характеристики системы * • — I б»2. Формирование радиолокационного изображении 72 ) 5 А Преобразование радиолокационных сигналов о оптические ко-

герентные сигналы * 77 § 5.4. Наземное оптическое устройство получения радиолокационного

изображения . 80

Г л а в а^ 6^ Бортовые системы получения радиолокационного изображен ^

С 6,1. Способы оперативной обработки сигналов РСА — I 6,2. Структура РСА с цифровой системой обработки 91 § 6.3. Характеристики цифровой системы обработки < » * Ю1

Глава 7. Коррекция радиолокационных изображении. 106 ) 7 Х Искажения радиолокационных изображений местности. . • . — | 7 А Компенсация траекторных искажений сигналов РСА • ПО 5 7,3. Коррекция радиолокационных изображений о РЛС бокового ^ ^

151

с

Г л а в а 8. Радиолокационные изображения и их дешифрирование. . . \

§ 8.1. Особенности радиолокационных изображений местности и объ-ектов

§ 8.2. Дешифровочные признаки радиолокационных изображений местности и объектов 1

§ 8.3. Дешифрирование радиолокационных изображений 1

Г л а в а 9. Зарубежные РЛС воздушной разведки \ § 9.1. Классификация РЛС § 9.2. Станция AN/APS-94D 1, § 9.3. Станция AN/APQ-97 1; § 9.4. Станция AN/APQ-102A j< § 9.5. Станция AN/APD-10 Ь § 9.6. Система тактической разведки AN/UPD-6 \i

Заключение ]'

Список использованной литературы

Анатолий Андреевич Комаров Геннадий Степанович Кондратенков

Николай Николаевич Курилов Алексей Алексеевич Лавров

Вячеслав Николаевич Саблин Евгений Федорович Толстое

Владимир Степанович Федосеев

РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ ВОЗДУШНОЙ РАЗВЕДКИ

Редактор М. Н. Пруссов Художник Е. Л. Семберг

Редактор (литературный) Т. А. Королева Художественный редактор Н. Б. Попова

Технический редактор Е. Н. Слепцова Корректор Г. К. Деньщикова

ИБ № 1328

Сдано в набор 9.07.81. Подписано в печать 29.06.82. Г-52846 Формат 60х90/|в* Бумага тип. № 1. Гарн. литературная. Печать высокая.

Печ. л. 97а. Усл. печ. л. 9.5. Усл. кр.-отт. 9,76. Уч.-изд. л. 9,71. Тираж 18 000 экз. Изд. J* 7/5360 Зак. 826 Цена 45 к.

Воениздат 103160. Москва. К-160

2-я типография Воеииздата 191065, Ленинград, Д-65, Дворцовая пл.. 10