Способ функционирования системы импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций при групповых действиях истребителей

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обеспечения энергетической скрытности работы на излучение импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций (БРЛС) истребителей при их групповых действиях и обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки (РТР).

Известен способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС, заключающийся в формировании высокочастотной последовательности зондирующих импульсов, их усилении по мощности, излучении в пространство, приеме, усилении, преобразовании отраженных сигналов на промежуточные частоты, их селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с последующем их спектральным анализом [1].

Недостатком данного способа является отсутствие возможности с его помощью обеспечить энергетическую скрытность работы на излучение импульсно-доплеровских БРЛС истребителей при их групповых действиях с заданной вероятностью при обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями РТР.

Известен способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС одиночного истребителя при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение, заключающийся в формировании высокочастотной последовательности зондирующих импульсов, их усилении по мощности, излучении в направлении воздушной цели - носителя станции РТР, приеме, усилении, преобразовании отраженных сигналов на промежуточные частоты, их селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с последующим их спектральным анализом, вычислении параметра рассогласования Δ_k ( - номер управляющего сигнала), в соответствии с которым формируются управляющие сигналы таким образом, чтобы требуемые и текущие значения средней мощности излучения Р_брлс передатчика и времена когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике и облучения Т_обл воздушной цели - носителя станции РТР совпадали, при этом, требуемые значения Р_брлс, Т_кн, Т_обл зависят от заданных значений вероятности обеспечения скрытности работы БРЛС на излучение, взаимного расположения истребителя и воздушной цели-носителя станции РТР, а также характеристик станции РТР [2].

Недостатком данного способа функционирования импульсно-доплеровской БРЛС является отсутствие возможности с его помощью обеспечить энергетическую скрытность работы на излучение всех БРЛС группы истребителей с заданной вероятностью при обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями РТР.

Цель изобретения - обеспечить энергетическую скрытность работы на излучение импульсно-доплеровских БРЛС всех истребителей группы с заданной вероятностью при обнаружении самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки.

Указанная цель достигается тем, что в способе функционирования системы импульсно-доплеровских БРЛС при групповых действиях истребителей, заключающимся в том, что в каждой i-й, где (N - общее количество истребителей в составе группы, оснащенные импульсно-доплеровскими радиолокационными станциями) импульсно-доплеровской радиолокационной станции i-го истребителя группы формируется высокочастотная последовательность зондирующих импульсов, осуществляется их усиление по мощности, излучение в направлении группы из М самолетов противника, каждый из которых оснащен станцией РТР, прием, усиление, преобразование отраженных от группы самолетов противника сигналов на промежуточные частоты, их селекция по дальности и доплеровской частоте, преобразование сигналов в цифровую форму с последующим их спектральным анализом, дополнительно все импульсно-доплеровские бортовые радиолокационные станции N истребителей группы объединены в единую радиолокационную систему с каналами взаимного обмена информацией, в каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС каждого i-го истребителя группы определяются максимальные и минимальные из измеренных дальностей межу i-м истребителем из состава группы и каждым самолетом противника из состава их группы, которые по каналу обмена информации между всеми истребителями группы передаются на один истребитель-лидер, для которого принимается i=1, принимаются равенства коэффициентов направленного действия антенн бортовых радиолокационных станций всех истребителей группы G₁,…,G_N=G_брлс, коэффициентов направленного действия антенн станций радиотехнической разведки G₁,…,G_M=G_ртр самолетов противника, длин волн всех импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций λ₁,…,λ_N=λ_брлс, спектральных плотностей мощностей внутренних шумов приемника импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций N₀₁,…,N_0N=N₀, спектральных плотностей мощностей внутренних шумов приемника станций радиотехнической разведки самолетов противника, эффективных площадей приемных антенн S_a1,…,S_aN=S_a всех импульсно-доплеровских БРЛС группы истребителей, эффективных площадей отражения каждого самолета противника из состава их группы σ_ртр1,…,σ_ртрМ=σ_ртр, коэффициентов потерь энергии сигнала при его обработке в приемнике в каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС α_п1,…,α_пN=α_п, требуемые отношения сигнал/шум на входе приемника каждой станции РТР каждого самолета противника, меньшими требуемого значения , в импульсно-доплеровской БРЛС истребителя-лидера формируются требуемые значения управляемых параметров функционирования каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС каждого i-го истребителя группы (где - номер требуемого управляемого параметра работы i-й импульсно-доплеровской БРЛС i-го истребителя группы; - требуемое значение средней излучаемой мощности передатчика i-й БРЛС; - требуемое время облучения группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки; - требуемое время когерентного накопления сигнала в приемнике i-й БРЛС i-го истребителя группы), как

где

- минимальное из измеренных дальностей между i-м истребителем группы и каждым самолетом противника из состава их группы;

- максимальное из измеренных дальностей между i-м истребителем группы и каждым самолетом противника из состава их группы;

T_ci - время обработки сигнала, излученного i-м истребителем группы, в каждой станции РТР каждого самолета противника;

k=(0,…,1) - коэффициент проигрыша в энергии сигнала при его обработке в станции РТР, по отношению к энергии сигнала, при его когерентной обработке в каждой i-й БРЛС;

h - величина порога, определяющая значение вероятности ложной тревоги при обнаружении станцией РТР каждого самолета противника излучения всех БРЛС истребителей группы, объединенных в их радиолокационную систему;

- вероятность правильного обнаружения станцией РТР каждого самолета противника излучения всех БРЛС истребителей группы, объединенных в их радиолокационную систему;

Z_i - поправочный коэффициент при переносе i-й БРЛС на позицию БРЛС истребителя-лидера;

R₀ - отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума, при котором обеспечивается обнаружение самолета противника с заданными вероятностными характеристиками;

Ф^-1(⋅) - функция обратная функции Лапласа,

которые передаются в каждую i-ю БРЛС каждого i-го истребителя группы, с учетом переданной информации о x_тij, формируется параметр рассогласования Δ_ij при управлении в каждой i-й БРЛС каждого i-го истребителя из состава группы средней мощностью излучения Р_брлс передатчика и временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике и облучения Т_обл группы самолетов противника, как

где

- текущие значения управляемых параметров в каждой i-й БРЛС каждого i-го истребителя группы;

Р_брлсi, T_облi, Т_кнi - текущие значения в каждой i-й БРЛС каждого i-го истребителя группы средней излучаемой мощности передатчика БРЛС, времени облучения группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки, и времени когерентного накопления сигнала в приемнике соответственно,

управление средней мощностью излучения Р_брлс передатчика, временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС каждого i-го истребителя группы и облучения Т_обл группы самолетов противника осуществляется до тех пор, пока параметр рассогласования в каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС каждого i-го истребителя группы, определяемый выражением (8), не будет равен нулю.

Выражения (1)-(7) обусловлены следующими факторами.

Вероятностные характеристики обнаружения и излучения системы БРЛС группы истребителей станциями РТР противника зависят от отношения сигнал/шум на входе соответствующего приемника станции РТР. С учетом этого, для обеспечения скрытности работы на излучение системы БРЛС истребителей с вероятностью не ниже заданной, величина которой (вероятности) равна вероятности необнаружения излучения системы БРЛС истребителей станциями РТР противника необходимо, чтобы на входе приемника соответствующей станции РТР значение отношения сигнал/шум было бы не более значения (выражения (5), (6) [3], зависящего от величин и . С учетом

где

- минимальное значение мощности сигнала на входе приемника станции РТР для обеспечения заданных вероятностных характеристик и, приняв в выражении

где

Р_ртр - чувствительность приемника станции РТР;

а также с учетом того, что система из N импульсно-доплеровских БРЛС работает на излучение (то есть излучаемая мощность каждой i-й БРЛС каждого i-го истребителя группы должна быть в N раз меньше в интересах обеспечения скрытности работы на излучение всех БРЛС их системы) и заменив ее (систему БРЛС) на эквивалентный источник излучения, располагаемый на позиции самолета-лидера (i=1), а также учитывая, что станция РТР обнаруживает наиболее доступный зондирующий сигнал БРЛС истребителя-лидера группы, находящийся на минимальном до нее расстоянии , то приравняв выражение (10) преобразуется к виду (1).

Наличие в выражении (2), характеризующего требуемое значение излучаемой мощности передатчика каждой i-й БРЛС из состава их системы каждого i-го истребителя группы для остальных истребителей группы (i≠1), поправочного коэффициента Z_i, вычисляемого в соответствии с выражением (3), обусловлено переносом данной i-й БРЛС с дальности на дальность эквивалентного источника излучения (позицию истребителя-лидера), заменяющего систему БРЛС.

Выражение (3) определяется исходя из принятых допущений, преобразующих выражение (10) в выражение (1), и решением системы вида

приравняв Р_брлсi=P_брлс1Z_i относительно Z_i.

Выражение (4) обусловлено необходимостью сохранения возможности по обнаружению каждой i-й БРЛС из состава их системы каждого i-го истребителя группы максимально удаленного самолета противника из состава их группы, находящегося на дальности относительно каждого i-го истребителя группы. Это достигается за счет увеличения времени когерентного накопления пропорционально дальности , с учетом требуемого значения мощности излучения передатчика, вычисляемого в соответствии с выражениями (1) и (2). Из формулы дальности обнаружения БРЛС

вычислив время когерентного накопления Т_кн, и приравняв , выражение (12) преобразуется в выражение (4).

Выражение (7) обусловлено отсутствием на каждом самолете противника-носителе станции РТР априорной информации о параметрах зондирующего сигнала каждой i-й БРЛС, что приводит к проигрышу в энергии сигнала при его обработке в станции РТР самолета противника относительно когерентной обработки в БРЛС истребителя.

Таким образом, для обеспечения скрытности работы системы импульсно-доплеровских БРЛС при групповых действиях истребителей на излучение с заданной вероятностью при фиксированной вероятности ложного обнаружения излучения системы БРЛС станциями РТР противника, во-первых, в соответствии с выражениями (5) и (6) определяется требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника станции РТР, во-вторых, в соответствии с формулами (1), (2) и (4) с учетом формул (3) и (7) на истребителе-лидере группы определяются требуемые значения , которые по каналу обмена информации передаются на каждый i-й истребитель и, в-третьих, в соответствии с выражением (8) в каждой i-й БРЛС каждого i-го истребителя группы вычисляется параметр рассогласования, который и определяет такое управление текущими значениями Р_брлс, Т_обл, Т_кн, при котором рассогласование сводится к нолю.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, является:

1. Объединение всех импульсно-доплеровских радиолокационных станций N истребителей группы в единую радиолокационную систему с каналами взаимного обмена информацией.

2. Определение в каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС каждого i-го истребителя группы максимальных и минимальных из измеренных дальностей межу i-м истребителем из состава группы и каждым самолетом противника из состава их группы, с передачей данной информации по каналам обмена информации на один истребитель-лидер.

3. Формирование требуемых значений управляемых сигналов в соответствии с выражениями (1)-(7) на истребителе-лидере и передачи данной информации по каналу обмена информации на остальные истребители группы и формирование текущих значений управляемых сигналов на каждом истребителе группы.

4. С учетом переданной информации о x_тij формирование параметра рассогласования Δ_ij в соответствии с выражением (8) при управлении в каждой i-й БРЛС каждого i-го истребителя из состава группы средней мощностью излучения Р_брлс передатчика и временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике и облучения Т_обл группы самолетов противника.

5. Управление средней мощностью излучения Р_брлс передатчика, временами когерентного накопления сигнала Т_кн в приемнике каждой i-й импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции каждого i-го истребителя группы и облучения Т_обл группы самолетов противника до тех пор, пока параметр рассогласования в каждой i-й импульсно-доплеровской БРЛС каждого i-го истребителя группы, определяемый выражением (8), не будет равен нолю.

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах не обнаружены.

Применение новых признаков, в совокупности с известными, позволит обеспечить энергетическую скрытность работы на излучение импульсно-доплеровских БРЛС всех истребителей группы с заданной вероятностью при обнаружении самолетов противника, оснащенных станциями РТР.

Способ функционирования системы импульсно-доплеровских бортовых радиолокационных станций при групповых действиях истребителей реализуется следующим образом.

Для определенности примем количество истребителей в равно двум (N=2), то есть система БРЛС также состоит из двух БРЛС (БРЛС1 и БРЛС2), количество самолетов противника также равно двум (М=2) и каждый самолет оснащен станцией РТР.

На рисунке 1 приведена тактическая ситуация, соответствующая обнаружению системой из двух БРЛС истребителей двух самолетов противника, каждый из которых оснащен станцией РТР, на рисунке 2 - система из двух БРЛС двух истребителей группы.

С помощью задающих генераторов (ЗГ) 1.1, 1.2 (рисунок 2), синхронизаторов (С) 2.1, 2.2 и модуляторов (М) 3.1, 3.2 каждой из двух БРЛС (БРЛС1 и БРЛС2) формируются высокочастотные последовательности зондирующих импульсов, которые усиливаются в усилителях мощностей высокой частоты (УМВЧ) 4.1, 4.2 с управляемыми коэффициентами усиления и через антенные переключатели (АП) 5.1, 5.2, антенны (А) 6.1, 6.2 излучаются в направлении двух самолетов противника, каждый из которых оснащен станцией РТР.

Отраженные от самолетов противника сигналы принимаются антеннами 6.1, 6.2 и через антенные переключатели 5.1, 5.2 поступают в приемники БРЛС1 и БРЛС2, в которых усиливаются в усилителях 7.1, 7.2 высокой частоты (УВЧ), преобразуются в трактах 8.1, 8.2 преобразования на промежуточные частоты (ТППЧ), селектируются по дальности в селекторах 9.1, 9.2 дальности (СД) с помощью селекторных импульсов, поступающих на их вход с выхода синхронизаторов 2.1, 2.2. В измерителях дальности (ИД) 13.1, 13.2 измеряются значения дальности до каждого самолета противника, которые поступают в анализаторы (А-р) 18.1, 18.2, где определяются максимальная и минимальная дальности до каждого самолета противника (рисунок 1). Истребителем-лидером назначается первый истребитель с его БРЛС1, в состав которой входит анализатор 18.1. С БРЛС2 второго истребителя, в состав которой входит анализатор 18.2, значения максимальной и минимальной дальностей от второго истребителя до каждого самолета противника (рисунок 1) через канал обмена информации поступают на вход вычислителя (ВЧ) 15.1, входящего в состав БРЛС1 первого истребителя-лидера. В преобразователях (Пр) 10.1 и 10.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2, на входы которых поступают значения углов ориентации диаграмм направленности антенн в вертикальной и горизонтальной плоскостях с выходов угломерных каналов (на схеме не показаны) и значения собственных скоростей носителей БРЛС с выходов навигационных комплексов (на схеме не показаны) осуществляется селекция сигналов по доплеровским частотам. В преобразователях (Пр) 11.1 и 11.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2 сигналы из аналоговой формы преобразуется в цифровую форму, которые поступают на входы блоков быстрого преобразования Фурье (БПФ) 12.1 и 12.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2, где осуществляется их спектральный анализ, и с их выходов - на индикаторы соответствующих БРЛС1 и БРЛС2.

Одновременно на вход вычислителя 15.1 БРЛС1 поступают:

с канала обмена информации с выхода БРЛС2 второго истребителя значения максимальной и минимальной дальностей от второго истребителя до каждого самолета противника;

с выхода анализатора 18.1 БРЛС1 значения максимальной и минимальной дальностей от первого истребителя-лидера до каждого самолета противника;

заданная вероятность обеспечения скрытности работы системы из двух БРЛС на излучение и вероятность ложного обнаружения излучения системы БРЛС станциями РТР.

В вычислителе 15.1 БРЛС1 в соответствии с выражениями (1)-(7) рассчитываются требуемые значения управляемых параметров . Причем значения x_тij поступают на вход вычислителя параметра рассогласования (ВЧПР) 16.1 БРЛС1 первого истребителя-лидера, а значения x_т2j поступают в канал обмена информации для его передачи на вход ВЧПР 16.2 БРЛС2 второго истребителя. На вторые входы ВЧПР 16.1 и 16.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2 поступают текущие значения управляемых параметров x_y1j и x_y2j в БРЛС1 и БРЛС2 соответственно. Значения управляемых параметров x_yij формируются в формирователях управляемых параметров (Ф) 14.1 и 14.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2 на основе текущих значений управляемых параметров Р_брлс1, Т_обл1 и Т_кн1 функционирования БРЛС1 и Р_брлс2, Т_обл2 и Т_кн2 функционирования БРЛС2, поступающих на их входы соответственно с выходов усилителей мощности высокой частоты 4.1 и 4.2, систем управления антенн 19.1 и 19.2 (СУА) и блоков БПФ 12.1 и 12.2, (в которых время когерентного накопления Т_кн обратно пропорционально эквивалентной полосе пропускания одного бина алгоритма БПФ) соответственно БРЛС1 и БРЛС2. Причем значения управляемых параметров x_yij формируются на выходах формирователей 14.1 и 14.2 управляемых сигналов только при наличии на их входах сигналов, поступающих с измерителей дальности 13.1 и 13.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2, что свидетельствует об обнаружении самолетов противника в БРЛС1 и БРЛС2, а следовательно - и о необходимости обеспечения энергетической скрытности работы на излучение обоих БРЛС1 и БРЛС2.

С выходов вычислителей параметров рассогласования 16.1 и 16.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2 значения Δ_ij поступают на входы формирователей сигналов управления (ФСУ) 17.1, 17.2 соответствующих БРЛС1 и БРЛС2, на выходах которых формируются сигналы управления U₁₁, U₁₂, U₁₃ в БРЛС1 и U₂₁, U₂₂, U₂₃ в БРЛС2, пропорциональные параметрам рассогласования Δ_1j и Δ_2j соответственно. Данные сигналы управления поступают соответственно на входы усилителей мощности высокой частоты 4.1 и 4.2, блоки БПФ 12.1 и 12.2 и систем управления антенной 19.1 и 19.2 соответствующих БРЛС1 и БРЛС2. Так, с помощью сигналов управления U₁₁ и U₂₁ в усилителях мощности высокой частоты 4.1 и 4.2 соответственно БРЛС1 и БРЛС2 осуществляется изменение их коэффициентов усиления для изменения соответствующих мощностей Р_брлс1 и Р_брлс2 передатчиков БРЛС1 и БРЛС2, с помощью сигналов управления U₁₂ и U₂₂ в блоках БПФ 2.1 и 2.2 осуществляется изменение эквивалентных полос пропускания одного бина алгоритма БПФ (времен Т_кн1 и Т_кн2 когерентного накопления сигнала в приемниках БРЛС1 и БРЛС2), а с помощью сигналов управления U₁₃ и U₂₃ в системах 19.1 и 19.2 управления антеннами осуществляется изменение времен Т_обл1 и Т_обл2 облучения самолетов противника соответственно БРЛС1 и БРЛС2. Управление значениями P_брлсi, Т_облi и Т_кнi (в рассматриваемом примере i=1,2) будет осуществляться до тех пор, пока параметр рассогласования Δ_ij не будет равен нолю, что и будет свидетельствовать об обеспечении энергетической скрытности с заданной вероятностью работы на излучение системы из БРЛС1 и БРЛС2 двух истребителей при обнаружении двух самолетов противника, оснащенных станциями РТР.

Таким образом, предлагаемый способ позволит обеспечить энергетическую скрытность с заданной вероятностью работы на излучение системы импульсно-доплеровских БРЛС при групповых действиях истребителей и при обнаружении самолетов противника, оснащенных станциями РТР.

Источники информации

1. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М: изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, страницы 630 (формула (12.89), 639-641, рисунок 12.39 (аналог).

2. Богданов А.В., Закомолдин Д.В., Голубенко В.А., Кочетов И.В., Кучин А.А., Акимов С.И. Способ функционирования импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции истребителя при обеспечении энергетической скрытности ее работы на излучение. Патент на изобретение №2694891 2019 г. (прототип).

3. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с формулы (2.2.6, 2.2.7).