Первичные РЛС обзора воздушного пространства (ПРЛС)

ПРЛС служат основным источником информации о динамической воздушной обстановке в определенной области пространства. Они предназначены для обнаружения ВС и определения азимутальных углов и дальностей до ВС. ПРЛС производят облучение всех объектов, попадающих в пределы их зоны обзора, и осуществляют прием сигналов, отраженных этим объектами. Анализ принятых сигналов позволяет получать всю необходимую информацию о движении ВС. Принцип функционирования ПРЛС аналогичен принципу функционирования обычной импульсной радиолокационной станции, хотя и имеет некоторые специфические особенности, обусловленные предъявляемыми требованиями, свойствами отражающих объектов и условиями применения.

Основные эксплуатационно-технические характеристики (ЭТХ)

К основным ЭТХ ПРЛС относятся зона обзора, разрешающая способность, точность, надежность, массово-габаритные характеристики.

Зона обзора (зона видимости) -- область пространства, в пределах которой ПРЛС обеспечивает обнаружение ВС и определение их координат с требуемой

точностью и надежностью при заданной вероятности правильного обнаружения и допустимом уровне ложных тревог. Зона обзора характеризуется дальностью обнаружения и телесным углом, в пределах которого она достигается. Точнее говоря, зона обзора задается дальностью обнаружения, рассматриваемой в качестве функции угловых координат ВС (азимута и угла места) относительно точки размещения ПРЛС.

Дальность радиолокационного обнаружения зависит от мощности излучения ПРЛС, направленных свойств антенны, чувствительности приемника и отражающих свойств воздушных судов.

где -- r max - максимальная дальность обнаружения; Р Прд - мощность, излучаемая передатчиком ПРЛС; G - коэффициент направленного действия антенны; л- длина волны, на которой работает ПРЛС; у ц - эффективная площадь рассеяния, характеризует отражающие свойства объекта отражения; Р Прмmin - чувствительность приемника, т.е. минимальная мощность отраженного сигнала на входе приемника ПРЛС, которая после обработки в нем, обеспечивает надежное воспроизведение отраженного сигнала на экране индикатора.

Выражение (1) показывает максимальную дальность действия ПРЛС в свободном пространстве и показывает, что для ощутимого увеличения дальности необходимо значительное увеличение Р Прд, у ц, G или уменьшение P Прм min и л.

Однако на процесс радиолокационного наблюдения в значительной мере оказывает влияние земная поверхность. Отражаемые ею сигналы суммируются с прямыми сигналами, что приводит к интерференции прямых и отраженных полей. В общем случае мощность принимаемых отраженных сигналов отличается от мощности принимаемых сигналов в условиях свободного пространства

Р * Прм = Р Прм · Ф 4 (в),

где - Ф(в) -- интерференционный множитель.

Отсюда следует, что максимальная дальность радиолокационного наблюдения с учетом влияния земли определиться как

r max з = r max · Ф(в) (2).

Интерференционный множитель является функцией угла места. Максимальное и минимальное значение его равны: Ф max = 1 + с 0 ; Ф min = 1 - с 0 , поэтому и максимальная дальность будет зависеть от угла места и изменяться в пределах от r max ·(1-с 0) до r max ·(1+с 0), где с 0 - обобщенный коэффициент отражения. Это приводит к тому, что диаграмма излучения и зона обнаружения в вертикальной плоскости имеют лепестковый характер (рис.58).

Рис. 58. Форма ДНА с учетом влияния земной поверхности

Углы места, под которыми располагаются максимумы и минимумы диаграммы излучения, определяются как:

sinв n min = n· л/2h; sinв n max = (2n+1) ·л/4h (3),

где - h - высота подвеса антенны ПРЛС; л - длина волны; n = 0,1,2,3,....

Отсюда следует, что угол места первого минимума в 1 min = 0, а первый максимум ориентирован под углом места в 1 max = л/4h.

Из выражения (3) видно, что чем выше поднята антенна над землей, тем ближе к земле прижимается первый лепесток, количество лепестков увеличивается, а ширина их уменьшается.

Так как коэффициент с 0 может принимать одно из значений в пределах 0… 1, то минимальное и максимальное значения интерференционного множителя Ф(в) при с 0 = 1 равны соответственно 0 и 2. Максимальная дальность действия в направлениях в max может возрастать в 2 раза по сравнению с r max , определяемой выражением (1). Зато в направлениях в min максимальная дальность действия уменьшается до нуля. Для уменьшения глубины провалов зоны видимости РЛС используются направленные в вертикальной плоскости антенны. Интерференционные явления особенно сильно проявляются в диапазоне метровых и дециметровых волн.

С учетом рассмотренных явлений диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости приобретает изрезанный многолепестковый характер (рис.).

Кривизна земной поверхности ограничивает r max прямой видимости r пр. Полученное ранее выражение (2) может использоваться в том случае, когда r max < r пр. Если же рассчитанная по этой формуле максимальная дальность действия окажется больше, чем r пр, то r max = r пр. Затухание радиоволн в атмосфере может привести к уменьшению максимальной дальности РЛС. При использовании в РЛС радиоволн длиннее 10см даже при неблагоприятных метеоусловиях затухание их в атмосфере незначительно. По этой причине при определении r max РЛС дециметрового и метрового диапазонов затухание можно не учитывать. Волны миллиметрового и сантиметрового диапазонов испытывают заметное затухание и при расчете r max РЛС этих диапазонов его необходимо учитывать.

Минимальная дальность действия ПРЛС -- это расстояние, ближе которого она не способна обнаруживать объекты. Она ограничивается длительностью зондирующих импульсов ф и временем восстановления приемного тракта с учетом инерционности антенного переключателя t в и определяется выражением

r min = c·(ф+t в)/2.

Обычно r min можно оценить величиной в несколько сотен метров. Для РЛС дальнего обнаружения такая величина не имеет большого значения. Для РЛ обзора летного поля и метеолокаторов этот параметр имеет существенное значение, и принимаются специальные меры по его уменьшению.

Пределы обзора по азимуту и углу места. Границы зоны обзора РЛС по угловым координатам в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяются назначением и типом РЛС. Обзорные РЛС различного назначения, как правило, осуществляют круговой обзор в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости зона обзора этих РЛС ограничивается сектором в несколько десятков градусов, а нижняя граница располагается под углом в десятые доли градуса относительно горизонта. Перед посадочными РЛС ставится задача обслуживать довольно ограниченный сектор пространства, и зона обзора этих РЛС ограничена по углу, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости значениями 10…30 0 .

Диаграмма видимости РЛС. Для грамотной эксплуатации РЛС необходимо знать зону ее действия. Поскольку зона обзора не является однородной, для ее характеристики следует задавать не одно значение максимальной дальности действия, а ряд значений для различных направлений в вертикальной плоскости или различных высот. Для наглядного представления зона обзора изображается графически. График зоны обзора называется диаграммой видимости, которая делит все пространство на две области. Область внутри диаграммы является частью пространства, в которой объекты наблюдаются с заданной вероятностью правильного обнаружения. В другой области пространства, находящейся вне диаграммы видимости объекты не обнаруживаются.

Для двухкоординатных РЛС диаграмма видимости строится в вертикальной плоскости и при этом наиболее часто используется прямоугольная система координат высота - наклонная дальность (рис.59).

В этой системе координат: -- по горизонтальной оси откладывается наклонная дальность r; по вертикальной - приведенные высоты Н пр .

Приведенной высотой называется высота расположения объекта над плоскостью горизонта (или радиогоризонта, если учитывается рефракция радиоволн), проведенной из точки размещения РЛС:

Н пр = r·sinв или Н пр = Н - r 2 /2R э,

где R э - эквивалентный радиус Земли (R э = 8500км).

Рис. 59. Диаграмма видимости РЛС в прямоугольной системе координат высота - дальность

1 - линии равных наклонных дальностей; 2 - диаграмма видимости; 3 - лини равных истинных высот; 4 - линии равных углов места; 5 - линии равных приведенных высот

Линии равных истинных высот в прямоугольной системе координат Н пр, r будут иметь вид парабол. Линии равных углов места в имеют вид прямых, проходящих через начало координат и точки с координатами r, H пр. Особенностью и достоинством прямоугольной системы координат является

то, что область малых углов места, которая имеет наибольшее значение для РЛС большой дальности действия, представляется крупным планом. Максимальные дальности действия на заданных высотах определяются точками пересечения линий равных высот с диаграммой видимости, а точки пересечения этих линий с горизонтальной осью определяют дальность прямой видимости r пр.

Разрешающая способность по дальности определяется минимальным расстоянием Дr между двумя объектами, расположенными в одном радиальном направлении относительно РЛС, наблюдение которых на индикаторе может осуществляться раздельно. Разрешающая способность по дальности зависит от длительности зондирующего импульса ф и ряда параметров индикатора:

Дr = c·ф /2 + d п ·M / L р,

где d п - диаметр светового пятна на экране индикатора; L р - длина линии развертки; М - масштаб развертки по дальности.

Первое слагаемое определяет потенциальную разрешающую способность РЛС по дальности, которая зависит только от длительности зондирующего импульса. Второе слагаемое представляет разрешающую способность индикатора. Соотношение между потенциальной разрешающей способностью и разрешающей способностью индикатора в различных типах РЛС может быть различным.

Разрешающая способность по азимуту определяется минимальным углом в горизонтальной плоскости Дб между направлениями на два равноудаленных от РЛС объекта, при котором на индикаторе они наблюдаются раздельно

Эта разрешающая способность

Дб = И + d п ·M / L р ·r,

где И - ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости.

Первый член правой части этой формулы определяет потенциальную разрешающую способность РЛС по азимуту, которая зависит только от ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. ЧЕМ уже антенный луч, тем выше разрешающая способность по углу. Второе слагаемое представляет разрешающую способность по азимуту индикаторного устройства РЛС. Она определяется теми же параметрами индикатора, что и разрешающая способность по дальности, но дополнительно зависит от расстояния до объектов. Чем ближе располагаются объекты от РЛС, тем хуже разрешающая способность по азимуту. Для достижения наибольшей разрешающей способности надо выбирать масштаб развертки так, чтобы отметки от объектов наблюдались в конце линии развертки.

Точность измерения координат .

Точность измерения дальности. Измерение дальности сопровождаются рядом погрешностей, которые вызываются следующими причинами: нестабильностью скорости распространения радиоволн и искривлением траектории их распространения в атмосфере земли (погрешности, вызываемые этими причинами, называются погрешностями распространения ); влиянием шумовых и других помех, воздействующих на РЛС (шумовые погрешности ); несовершенством РЛС как технического устройства (инструментальные погрешности ); влиянием отражающих свойств реальных целей, состоящих из большого числа элементарных отражателей (погрешности цели ). Для РЛС, имеющих в качестве выходных устройств электронно-лучевые индикаторы, основное значение имеют инструментальные и в некоторых случаях шумовые погрешности.

К инструментальным погрешностям относятся погрешности калибровки и градуировки, отсчета, интерполяции и т.п. ОНИ полностью определяются устройством конкретной РЛС, многие из них можно найти только экспериментально. Среди инструментальных погрешностей следует выделить погрешность отсчета дальности, которая в известной степени определяется квалификацией оператора. В большинстве РЛС определение дальности производится по индикатору с помощью масштабных меток дальности. Оператор на глаз определяет положение отметки цели между метками дальности при этом СКП отсчета

уr 0 = (0,05...0,1)r м,

где r - расстояние между соседними масштабными метками дальности.

Опыт показывает, что средние квадратические значения погрешностей измерения дальности (СКП) оказываются равными: для трассовых ПРЛС -- 0,01r, для аэродромных ПРЛС -- 0,03r или 150 м (большая из указанных величин). Таким образом, СКП определения линии положения с помощью расовых ПРЛС равна 3,4 км на дальности 340 км и 0,5 км на дальности 50 км. СКП определения дальности с помощью аэродромных ПРЛС составляет 4,5 км на дальности 150 км и 1,5 км на дальности 50 км.

Точность измерения угловых координат. НА точность определения угловых координат в основном оказывают влияние инструментальные погрешности. К ним относятся погрешности формирования угловой развертки индикатора, образующиеся вследствие погрешностей синхронно-следящей системы, люфтов в механических редукторах, несовпадения оси антенны с осью симметрии луча антенны, погрешности формирования азимутальных меток и погрешности отсчета угловой координаты на индикаторе.

СКП отсчета азимута по индикатору зависит от углового размера отметки объекта, который примерно равен ширине ДНА И, и от углового интервала между азимутальными метками б м , т.е.

уб 0 = (0,05…0,1).

СКП определения азимута для трассовых ПРЛС равна 0,5 0 , для аэродромных - 2 0 . Соответствующие значения СКП определения линии положения на удалениях 340 км и 50 км для трассовых ПРЛС будут 3,4 км и 0,5 км, для аэродромных - 6 км на дальности 150 км и 2 км - на удалении 50 км.

Следует отметить, что точность определения места ВС с помощью ПРЛС зависит, прежде всего, от дальности до него и оценивается погрешностями, СКП которых имеет порядок единиц километров.

Из приводимых данных видно, что ПРЛС уступают по точности системам ближней навигации и значительно менее точны, чем спутниковые системы радионавигации.

Защита ПРЛС от помех

НА работу ПРЛС существенное влияние оказывают мешающие сигналы различного происхождения, называемыми помехами. В частности, кроме полезных сигналов, отражаемых ВС, возникают мешающие сигналы, появляющиеся из-за отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и метеообразований, причем уровень этих сигналов значительно выше уровня полезного сигнала, так как создающие их объекты расположены вблизи от ПРЛС. Сигналы из-за мешающих отражений называются пассивными помехами . На работу ПРЛС оказывают мешающее воздействие работа сторонних РЛС и помехи индустриального и атмосферного происхождения. Помехи указанных видов называются активными. Помехи скрывают слабый полезный сигнал, либо создают фон, препятствующий его обнаружению и проведению измерений. Поэтому возникает необходимость реализаций мероприятий по защите ПРЛС от помех.

Защита от помех основывается на выявлении отличий параметров мешающих сигналов от полезных и разделении (селектировании) полезных сигналов и помех в интересах подавления. Рассмотрим основные методы защиты ПРЛС от помех.

Селекция движущихся целей (СДЦ) позволяет ослабить влияние отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и облачных образований. Она состоит в разделении сигналов от ВС и неподвижных объектов из-за различия частот колебаний, отраженных этими объектами. Различие частот обусловлено доплеровским эффектом, который проявляется в том, что если расстояние между объектом отражения и ПРЛС изменяется, то частота сигнала принятого (отраженного) от такого объекта будет отличаться от частоты сигналов, излучаемых ПРЛС. Разница частот (доплеровский сдвиг) пропорциональна радиальной скорости движения отражающего объекта и обратно пропорциональна длине волны, на которой ведется излучение

Следовательно, доплеровский сдвиг отличен от нуля при отражении от объектов, движущихся и имеющих? 0, и равен 0 при отражении от неподвижных образований или объектов, движущихся по круговой траектории относительно ПРЛС. При этом в случае приближения ВС < 0 и F Д > 0, в случае удаления знак доплеровского сдвига меняется на противоположный, доплеровский сдвиг отсутствует при отражении от подстилающей поверхности и близок к нулю -- при отражении от медленно движущихся облаков.

В ПРЛС используется импульсный режим излучения, поэтому доплеровский сдвиг будет проявляться в изменении амплитуды импульсных сигналов, получаемых в результате преобразования в специальной аппаратуре СДЦ, которая входит в состав ПРЛС. При приеме пассивной помехи эти сигналы имеют постоянную амплитуду, поскольку F Д = 0 (рис.60,а2).

Рис. 60. Временные диаграммы процессов в аппаратуре СДЦ:

а - временные диаграммы отраженных сигналов после преобразования: 1 - полезный сигнал; 2 - пассивная помеха; б - упрощенная схема ФЧПК; в - форма полезного сигнала на выходе ФЧПК

В том случае, когда принимается полезный сигнал, импульсные сигналы будут иметь переменную амплитуду, изменяющуюся по закону F Д (рис.60,а1). Важным элементом аппаратуры СДЦ является фильтр ЧПК, который не должен пропускать импульсы пассивной помехи. Этот фильтр (рис.60,б) состоит из схемы задержки на время, равное периоду повторения импульсов Т и, схемы вычитания СВ и двухполупериодного выпрямителя - детектора ДпД. Отраженные импульсные сигналы после преобразования поступают на СВ непосредственно и через схему задержки. Это значит, что в СВ каждый импульс сравнивается по амплитуде с предшествующим импульсом. Если на фильтр поступают импульсы постоянной амплитуды (пассивная помеха), то в СВ импульсы компенсируются и на ее выходе сигнал отсутствует, т.е.пассивная помеха на индикатор не поступает. Если на фильтр поступают импульсы с переменной амплитудой (полезный сигнал) то на выходе СВ образуются импульсы также переменной амплитуды, поскольку теперь каждый импульс отличается по амплитуде от соседнего предшествующего импульса. Выпрямитель ДпД превращает разнополярные импульсы с выхода СВ в импульсы одной полярности (рис.60,в), которые подаются на индикатор и создают отметки ВС. Таким образом, в результате работы аппаратуры СДЦ на индикатор должны поступать только полезные сигналы, отраженные движущимися объектами, а пассивная помеха не проходит через фильтр ЧПК.

Работа РЛС с СДЦ имеет некоторые особенности. Огибающая последовательности импульсов, поступающих на схему ЧПК имеет истинную доплеровскую частоту F Д только в том случае, когда частота повторения зондирующих импульсов ПРЛС F и? 2F Д. В противном случае частота огибающей импульсов отличается от F Д и называется кажущейся доплеровской частотой F ДК. До тех пор, пока F Д? F и /2, кажущаяся доплеровская частота равна истинной доплеровской частоте. При дальнейшем увеличении F Д частота F ДК начинает уменьшаться и достигает нуля при F Д = F и. В общем случае

F ДК = 0 всегда, когда выполняется условие F Д = n·F и, где n=1,2,3... Указанное явление приводит к тому, что некоторые движущиеся цели не будут отображаться на индикаторе. Это происходит в тех случаях, когда F Д = n·F и. При этом F ДК = 0 и подвижные объекты создают на выходе приемника ПРЛС такие же сигналы, как и пассивные помехи, т.е. импульсы постоянной амплитуды, которые не проходят через ФЧПК схемы СДЦ.

Доплеровским частотам F Д = n·F и соответствуют некоторые радиальные скорости движения объектов W r c = n·F·л/2, где n = 0,1,2,3 и т.д. Эти скорости называют слепыми , поскольку объекты с такими скоростями в РЛС с СДЦ не наблюдаются. Слепые скорости могут быть устранены при одновременной работе РЛС на нескольких различных частотах повторения импульсов или при использовании переменной F и, что приводит к усложнению аппаратуры СДЦ и всей ПРЛС.

Другая особенность РЛС с СДЦ состоит в том, что такая станция не наблюдает объекты, движущиеся без изменения расстояния относительно РЛС или при малых скоростях изменения расстояния. Для того чтобы иметь возможность наблюдать такие объекты в ПРЛС имеется два режима работы: СДЦ и “пассивный”. В режиме “пассивный” аппаратура СДЦ отключается и на индикатор поступают все отраженные сигналы, в том числе и пассивная помеха.

Поляризационная селекция. Подавление пассивных помех, отраженных атмосферными образованиями, может быть достигнуто путем использования различия между полезными сигналами и помехами в их поляризации. Для этого в РЛС применяют радиоволны с круговой и эллиптической поляризациями, которые создаются с помощью специального устройства, расположенного в антенно-фидерном тракте. Излучаемая радиоволна с круговой поляризацией (рис.61,а) характеризуется тем, что вектор электрического поля Е вращается с постоянной угловой скоростью, равной несущей частоте сигнала щ, так что конец вектора описывает окружность. При отражении такой радиоволны от мелких частиц сферической формы ее поляризация остается круговой, но с противоположным направлением вращения вектора Е отр (рис.61,б). Такая радиоволна не проходит поляризационное устройство и поэтому пассивные помехи, созданные атмосферными образованиями, состоящими из мелких частиц сферической формы, не принимаются ПРЛС. При отражении радиоволн с круговой поляризацией от объектов неправильной геометрической формы (например, от ВС) ее поляризация становится эллиптической (рис.61,в), при которой вращающийся вектор Е отр изменяет свою величину и его конец описывает эллипс. Волна с такой поляризацией проходит через поляризационное устройство, но с ослаблением, и поэтому ПРЛС принимает полезные сигналы, хотя дальность действия уменьшается. Поляризационная селекция наиболее эффективно действует при подавлении пассивных помех, образованных туманом, дождем и водными облаками. Помехи, отраженные от снега, града и ледяных облаков, ослабляются в меньшей степени. Иногда больший эффект достигается при использовании излучаемых радиоволн эллиптической поляризацией

Селекция по частоте повторения импульсов используется для борьбы с несинхронными помехами, т. е. такими импульсными сигналами, частота повторения которых отличается от частоты повторения полезных сигналов. Схема селекции по частоте повторения, представляющая фильтр несинхронных помех, устанавливается между приемником и индикатором. В этом фильтре (рис.46,а) осуществляется задержка принимаемых сигналов точно на период следования и их сравнение с задержанными сигналами. Схема совпадения “И” вырабатывает сигнал на выходе, если поступающие на ее два входа импульсы совпадают во времени. Если принимаются сигналы, частота F и которых равна частоте повторения зондирующих импульсов данной РЛС, то задержанные на время t з = Т и импульсы и незадержанные импульсы появляются в одно и то же время и со схемы “И” сигналы проходят на индикатор (рис.62,б). Таким образом, сигналы данной РЛС проходят через фильтр несинхронных помех. Когда РЛС принимает сигналы, период повторения которых Т п? T и, то задержанные на время t з = Т и импульсы уже не будут совпадать с незадержанными, и на выходе схемы “И” по этой причине никаких импульсов не будет (рис.62,в). Это значит, что несинхронная помеха не пропускается фильтром и не воздействует на индикатор.

Требования к основным характеристикам ПРЛС

Таблица 11

Параметр
Аэродромные	Трассовые
Дальность действия, км (по ВС с ЭПР 15 м2)
Максимальная высота зоны действия, м
Пределы зоны обзора по углу места, град.
Вероятность правильного обнаружения
Вероятность ложной тревоги
СКП измерения дальности (большая из величин)	3% r или 150 м
СКП измерения азимута на максимальной дальности
Разрешающая способность по дальности (большая из величин)	1% r или 230 м
Разрешающая способность по азимуту на максимальной дальности, град.
Время обзора, с
Время перехода на резерв, с

В таблице 12 приведены основные характеристики отечественных обзорных РЛС. Сравнение данных таблиц 11 и 12 позволяет сделать вывод, что характеристики реальных обзорных РЛС по некоторым позициям отличаются от рекомендуемых. В частности, дальность действия эксплуатируемых в России ПРЛС значительно превышают стандарты, принятые в ИКАО. Причина этого состоит в том, что ГА вынуждена использовать образцы ПРЛС, разработанные для целей обороны и отличающимися повышенными возможностями по сравнению с ПРЛС гражданского назначения.

Таблица 12

Характеристика	“Скала-М/МПР”	“Иртыш”	“Экран-85”	“Скала-МПА”	“Онега”
Максимальная дальность (по ВС с ЭПР 10 м2), км
Вероятность обнаружения
Минимальная дальность, км
Максимальная высота обнаружения, км
Пределы зоны обзора по углу места, град
Разрешающая способность:
по дальности, м
по азимуту, град
Темп обновления информации, с
Длина волны, см
Наработка на отказ, ч
Средний ресурс, тыс.ч
СКП измерения:
дальности, м
азимута, град

НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 1/2007, стр. 28-33

УДК 621.396.96

И.М. АНОШКИН ,

заведующий отделом Научно-исследовательского института

Вооруженных Сил Республики Беларусь,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Приводятся принципы построения и оцениваются возможности перспективных многопозиционных радиолокационных систем ПВО, которые позволят вооруженным силам США и их союзников решать качественно новые задачи по скрытному наблюдению и контролю воздушного пространства.

Постоянный рост требований к объему и качеству радиолокационной информации о воздушной и помеховой обстановке, обеспечению высокой защищенности информационных средств от воздействия средств радиоэлектронной борьбы противника вынуждает зарубежных военных специалистов не только искать новые технические решения в создании различных компонентов радиолокационных станций (РЛС), которые являются основными информационными датчиками в системах ПВО, управления воздушным движением и др., но и развивать новые нетрадиционные направления в данной области разработки и создания военной техники .

Одним из таких перспективных направлений является много -позиционная радиолокация. Исследования и разработки, проводимые США и рядом стран НАТО (Великобритании, Франции, ФРГ) в данной области, направлены на повышение информативности, помехозащищенности и живучести радиолокационных средств и систем различного назначения за счет использования в их работе бистатических и многопозиционных режимов работы. Кроме того, это обеспечивает надежное наблюдение за малозаметными воздушными целями (ВЦ), в том числе, крылатыми ракетами и самолетами, изготовленными с использованием технологии «Стелт», действующими в условиях радиоэлектронного и огневого подавления со стороны противника, а также переотражений от подстилающей поверхности и местных предметов. Под многопозиционной радиолокационной системой (МПРС) следует понимать совокупность передающих и приемных пунктов, обеспечивающих создание радиолокационного поля с требуемыми параметрами. Основу МПРС (как ее отдельные ячейки) составляют бистатические РЛС в составе передатчик - приемник, разнесенные в пространстве. Когда передатчики выключены, такая система при наличии соответствующих линий связи между приемными пунктами, может работать в пассивном режиме, определяя координаты объектов, излучающих электромагнитные волны.

Для обеспечения повышенной скрытности работы подобных систем в боевых условиях рассматриваются различные принципы их построения: наземного, воздушного, космического и смешанных вариантов базирования, использующих зондирующее излучение штатных РЛС, постановщиков активных помех противника, а также радиотехнических систем (рис. 1), нетрадиционных для радиолокации (телевизионных и радиовещательных передающих станций, различных систем и средств связи и т.д.). Наиболее интенсивно работы в данном направлении ведутся в США.

Возможность иметь систему радиолокационного поля, совпадающего с полем покрытия, формируемым зонами подсвета телевизионных, радиовещательных передающих станций (РТПС), базовых станций сотовой телефонной связи и т.п., обусловлена тем, что высота их антенных башен может достигать 50...250 м, а формируемая ими всенаправленная зона подсвета прижата к поверхности земли. Простейший пересчет по формуле дальности прямой видимости показывает, что летательные аппараты, летящие на предельно малых высотах, попадают в поле подсвета таких передатчиков, начиная с расстояния 50 - 80 км.

В отличие от совмещенных (моностатических) РЛС, зона обнаружения целей МПРС, кроме энергетического потенциала и условий радиолокационного наблюдения, в значительной степени зависит от геометрии их построения, количества и взаимного положения передающих и приемных пунктов. Понятие «максимальная дальность обнаружения» здесь является величиной, которую нельзя однозначно определить энергетическим потенциалом, как это имеет место для совмещенных РЛС. Максимальная дальность обнаружения ВЦ бистатической РЛС как элементарной ячейки МПРС определяется формой овала Кассини (линий постоянных отношений «сигнал/шум»), которому соответствует семейство изодальностных кривых или линий постоянных суммарных дальностей (эллипсов), определяющих положение цели на овале (рис.2) в соответствии с выражением

Уравнение радиолокации для определения максимальной дальности действия бистатической РЛС имеет вид

где rl,r2 - расстояния от передатчика до цели и от цели до приемника;

Pt - мощность передатчика, Вт;

G t, GT - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

Pmin - предельная чувствительность приемного устройства;

k - постоянная Больцмана;

v1, v2 - коэффициенты потерь при распространении радиоволн на пути от передатчика к цели и от цели к приемнику.

Площадь зоны обнаружения МПРС, состоящей из одного передающего и нескольких приемных пунктов (либо наоборот), может значительно превосходить площадь зоны обнаружения эквивалентной совмещенной РЛС.

Следует отметить, что значение эффективной площади рассеяния (ЭПР) в бистатической РЛС для одной и той же цели отличается от ее ЭПР, измеренной в однопозиционной РЛС. При ее приближении к линии базы (линия «передатчик - приемник») L наблюдается эффект резкого возрастания ЭПР (рис. 3), причем максимальное значение последней наблюдается при нахождении цели на линии базы и определяется по формуле

где А - площадь поперечного сечения объекта, перпендикулярная направлению распространения радиоволн, м;

λ - длина волны, м.

Использование данного эффекта позволяет более эффективно обнаруживать малозаметные цели, в том числе изготовленные с применением технологии «Стелт». Многопозиционная радиолокационная система может быть реализована на основе различных вариантов геометрии ее построения с использованием как мобильных, так и стационарных пунктов приема.

Концепция МПРС разрабатывается в США с начала 1950-х годов в интересах их использования для решения различных задач, прежде всего контроля воздушно-космического пространства. Проводимые работы носили в основном теоретический, а в отдельных случаях экспериментальный характер. Интерес к многопозиционным радиолокационным системам вновь возник в конце 1990-х годов с появлением высокопроизводительных компьютеров и средств обработки сложных сигналов (радиолокационных, помеховых, сигналов радиотелевизионных передающих станций, радиосигналов станций мобильной связи и пр.), способных обеспечить обработку больших объемов радиолокационной информации для достижения приемлемых точностных характеристик подобных систем . Кроме того, появление космической радионавигационной системы GPS (Global Position System) позволяет производить точную топопривязку и жесткую временную синхронизацию элементов МПРС, что является необходимым условием при корреляционной обработке сигналов в подобных системах. Радиолокационные характеристики сигналов, излучаемых телевизионными (ТВ) и частотно-модулированными (ЧМ) радиовещательными передающими станциями с радиотелефонными станциями сотовой GSM связи приведены в таблице 1.

Основной характеристикой радиосигналов с точки зрения их использования в радиолокационных системах является их функция неопределенности (времячастотная функция рассогласования или так называемое «тело неопределенности»), которая определяет разрешающую способность по времени запаздывания (дальности) и частоте Доплера (радиальной скорости). В общем случае она описывается следующим выражением

На рис. 4 - 5 приведены функции неопределенности телевизионных сигналов изображения и звукового сопровождения, УКВ ЧМ радиосигналов и сигналов цифрового широкополосного аудиовещания.

Как следует из анализа приведенных зависимостей, функция неопределенности ТВ сигнала изображения носит многопиковый характер, обусловленный его кадровой и строчной периодичностью. Непрерывный характер ТВ сигнала позволяет осуществлять частотную селекцию эхо-сигналов с высокой точностью, однако наличие в нем периодичности кадров приводит к появлению мешающих составляющих в его функции рассогласования, следующих через 50 Гц. Изменение средней яркости передаваемого ТВ изображения приводит к изменению средней мощности излучения и изменению уровня главного и боковых пиков его времячастотной функции рассогласования. Важным достоинством ТВ сигнала звукового сопровождения и частотно-модулированных сигналов УКВ радиовещания является однопиковый характер их тел неопределенности, что облегчает разрешение эхо-сигналов как по времени запаздывания, так и по частоте Доплера. Однако их нестационарность по ширине спектра оказывает сильное влияние на форму и ширину центрального пика функций неопределенности.

Подобные сигналы в традиционном понимании не предназначены для решения задач радиолокации, так как не обеспечивают требуемую разрешающую способность и точность определения координат целей. Однако совместная обработка в реальном масштабе времени сигналов, излучаемых различными разнотипными средствами, отраженных от ВЦ и одновременно принимаемых в нескольких пунктах приема, позволяет обеспечить требуемые точностные характеристики системы в целом. Для этого предусматривается использование новых адаптивных алгоритмов цифровой обработки радиолокационной информации и применение высокопроизводительных вычислительных средств нового поколения.

Особенностью МПРС с внешними передатчиками подсвета целей является наличие мощных прямых (проникающих) сигналов передатчиков, уровень которых может на 40 - 90 дБ превышать уровень сигналов, отраженных от целей. Для снижения мешающего влияния проникающих сигналов передатчиков и переотражений от подстилающей поверхности и местных предметов с целью расширения зоны обнаружения необходимо применять специальные меры: пространственную режекцию мешающих сигналов, методы автокомпенсации с частотно-селективной обратной связью на высокой и промежуточной частоте, подавление на видеочастоте и др.

Несмотря на то, что работы в данном направлении проводились на протяжении достаточно продолжительного периода, только в последнее время после появления относительно недорогих сверхскоростных цифровых процессоров, позволяющих обрабатывать большие объемы информации, впервые появилась реальная возможность создания экспериментальных образцов, отвечающих современным тактико-техническим требованиям.

Специалистами американской фирмы «Локхид Мартин» на протяжении последних пятнадцати лет проводится разработка перспективной трехкоординатной радиолокационной системы обнаружения и сопровождения воздушных целей на основе многопозиционных принципов построения, которая получила наименование «Сайлент Сентри» (Silent Sentry) .

Она обладает принципиально новыми возможностями по скрытному наблюдению за воздушной обстановкой. В составе системы отсутствуют собственные передающие устройства, что обусловливает возможность работы в пассивном режиме и не позволяет противнику определять местонахождение ее элементов средствами радиотехнической разведки. Скрытному применению МПРС «Сайлент Сентри» способствует также отсутствие в составе ее приемных пунктов вращающихся элементов и антенн с механическим сканированием диаграммы направленности антенны. В качестве основных источников, обеспечивающих формирование зондирующих сигналов и подсвет целей, используются непрерывные сигналы с амплитудной и частотной модуляцией, излучаемые телевизионными и радиовещательными ультракоротковолновыми передающими станциями, а также сигналы других радиотехнических средств, расположенных в зоне действия системы, в том числе РЛС ПВО и управления воздушным движением, радиомаяков, средств навигации, связи и др. Принципы боевого применения системы «Сайлент Сентри» представлены на рис. 6.

По мнению разработчиков, система позволит одновременно сопровождать большое число ВЦ, количество которых будет ограничиваться только возможностями устройств обработки радиолокационной информации. При этом пропускная способность системы «Сайлент Сентри» (по сравнению с традиционными радиолокационными средствами, у которых данный показатель в значительной степени зависит от параметров антенной системы РЛС и устройств обработки сигналов) не будет ограничена параметрами антенных систем и приемных устройств. Кроме того, по сравнению с обычными РЛС, обеспечивающими дальность обнаружения низколетящих целей до 40 - 50 км, система «Сайлент Сентри» позволит их обнаруживать и сопровождать на дальностях до 220 км как за счет более высокого уровня мощности сигналов, излучаемых передающими устройствами телевизионных и радиовещательных станций (десятки киловатт в непрерывном режиме), так и за счет размещения их антенных устройств на специальных вышках (до 300 м и более) и естественных возвышенностях (холмах и горах) для обеспечения максимально возможных зон уверенного приема телевизионных и радиопередач. Их диаграмма направленности прижата к поверхности земли, что также способствует повышению возможностей системы по обнаружению низколетящих целей.

Первый экспериментальный образец мобильного приемного модуля системы, в состав которого входят четыре контейнера с однотипными блоками вычислительных средств (размерами 0,5X0,5X0,5 м каждый) и антенная система (размерами 9X2,5 м), был создан в конце 1998 года. В случае их серийного производства стоимость одного приемного модуля системы будет составлять в зависимости от состава используемых средств от 3 до 5 млн. долл.

Создан также стационарный вариант приемного модуля системы «Сайлент Сентри», характеристики которого приведены в табл. 2. В нем используется антенное устройство с фазированной антенной решеткой (ФАР) увеличенных размеров по сравнению с мобильным вариантом, а также вычислительные средства, обеспечивающие производительность в два раза выше, чем у мобильного варианта. Антенная система смонтирована на боковой поверхности здания, плоская ФАР которой направлена в сторону международного аэропорта им. Дж.Вашингтона в г. Балтимор (на удалении около 50 км от передающего пункта).

В состав отдельного приемного модуля стационарного типа системы «Сайлент Сентри» входят:

антенная система с ФАР (линейной или плоской) целевого канала, обеспечивающая прием сигналов, отраженных от целей;

антенны «опорных» каналов, обеспечивающие прием прямых (опорных) сигналов передатчиков подсвета целей;

приемное устройство с большим динамическим диапазоном и системами подавления мешающих сигналов передатчиков подсвета целей;

аналогово-цифровой преобразователь радиолокационных сигналов;

высокопроизводительный цифровой процессор обработки радиолокационной информации производства фирмы «Силикон Графике», обеспечивающий выдачу данных в реальном масштабе времени не менее чем о 200 воздушных целях;

устройства отображения воздушной обстановки;

процессор анализа фоново-целевой обстановки, обеспечивающий оптимизацию выбора в каждый конкретный момент работы тех или иных типов сигналов зондирующего излучения и передатчиков подсвета целей, находящихся в зоне действия системы, для получения максимального отношения «сигнал/шум» на выходе устройства обработки радиолокационной информации;

средства регистрации, записи и хранения информации;

тренажно-имитационная аппаратура;

средства автономного энергоснабжения.

В состав приемной ФАР входят несколько подрешеток, разработанных на основе существующих типов коммерческих антенных систем различного диапазона и назначения. В качестве экспериментальных образцов в нее дополнительно включены обычные приемные телевизионные антенные устройства. Одно приемное полотно ФАР способно обеспечить зону обзора в азимутальном секторе до 105 град, и в угломес-тном секторе до 50 град., а наиболее эффективный уровень приема отраженных от целей сигналов обеспечивается в азимутальном секторе до 60 град. Для обеспечения перекрытия круговой зоны обзора по азимуту возможно использование несколько полотен ФАР.

Внешний вид антенных систем, приемного устройства и экрана устройства отображения обстановки стационарного и мобильного вариантов приемного модуля системы «Сайлент Сентри» приведен на рисунке 7. Испытания системы в реальных условиях были проведены в марте 1999 г. (Форт Стюарт, шт. Джорджия). При этом обеспечивалось наблюдение (обнаружение, сопровождение, определение пространственных координат, скорости и ускорения) в пассивном режиме за различными аэродинамическими и баллистическими целями.

Основная задача дальнейших работ по созданию системы «Сайлент Сентри» в настоящее время связана с улучшением ее возможностей, в частности, введением в режим распознавания целей. Данная задача частично решается в уже созданных образцах, однако не в реальном масштабе времени. Кроме того, прорабатывается вариант системы, в котором в качестве передатчиков подсвета целей предполагается использовать бортовые РЛС самолетов дальнего радиолокационного обнаружения и управления.

В Великобритании работы в области многопозиционных радиолокационных систем подобного назначения велись с конца 1980-х годов. Были разработаны и развернуты различные экспериментальные образцы бистатических радиолокационных систем, приемные модули которых дислоцировались в районе лондонского аэропорта «Хитроу» (рис. 8). В качестве передатчиков подсвета целей использовались штатные средства радиотелевизионных передающих станций и РЛС управления воздушным движением. Кроме того, были разработаны экспериментальные образцы доплеровских РЛС переднего рассеяния, использующие эффект возрастания ЭПР целей при их приближении к линии базы бистатической системы с телевизионным подсветом. Исследования в области создания МПРС с использованием радиотелевизионных передающих станций в качестве источников облучения ВЦ проводились в исследовательском институте Министерства обороны Норвегии, о чем сообщалось на сессии ведущих норвежских институтов и фирм-разработчиков по перспективным проектам создания и развития новой радиоэлектронной военной техники и технологий в июне 2000 г.

В качестве источников сигналов, зондирующих воздушное пространство, также могут использоваться базовые станции мобильной сотовой связи дециметрового диапазона длин волн. Работы в этом направлении по созданию собственных версий пассивных радиолокационных систем проводят специалисты немецкой компании «Сименс», британских фирм Roke Manor Research и BAE Systems, французского космического агентства ONERA .

Определять местоположение ВЦ планируется путем вычисления разности фаз сигналов, излучаемых несколькими базовыми станциями, координаты которых известны с высокой точностью. При этом основной технической проблемой является обеспечение синхронизации таких измерений в пределах нескольких наносекунд. Решить ее предполагается, применив технологии высокостабильных эталонов времени (атомных часов, установленных на борту космических аппаратов), разработанные при создании космической радионавигационной системы «Навстар».

Такие системы будут иметь высокий уровень живучести, так как при их функционировании отсутствуют какие-либо признаки использования базовых станций телефонной мобильной связи в качестве передатчиков РЛС. Если же противник каким-либо образом сможет установить этот факт, он будет вынужден уничтожить все передатчики телефонной сети, что представляется маловероятным, учитывая современный масштаб их развертывания. Выявление и уничтожение самих приемных устройств таких радиолокационных систем с помощью технических средств практически невозможно, так как во время своего функционирования они используют сигналы стандартной мобильной телефонной сети. Применение постановщиков помех, по мнению разработчиков, окажется также неэффективным в связи с тем, что в работе рассматриваемых вариантов МПРС возможен режим, в котором устройства РЭП сами окажутся дополнительными источниками подсветки воздушных целей.

В октябре 2003 г. компания Roke Manor Research в ходе военных учений на полигоне Salisbury Plain продемонстрировала руководству британского Министерства обороны вариант пассивной радиолокационной системы Celldar (сокращение от Cellular phone radar). Стоимость демонстрационного прототипа, состоящего из двух обычных параболических антенн, двух мобильных телефонов (выполнявших роль «сот») и ПК с аналого-цифровым преобразователем, составила немногим более 3 тыс. долл. Как полагают зарубежные специалисты, военное ведомство любой страны, обладающей развитой инфраструктурой мобильной телефонной связи, способно создать подоб
ные радиолокационные системы. При этом передатчики телефонной сети могут использоваться без ведома их операторов. Расширить возможности систем подобных Celldar удастся за счет вспомогательных средств, таких, к примеру, как акустические датчики.

Таким образом, создание и принятие на вооружение многопозиционных радиолокационных систем типа «Сайлент Сентри» или Celldar позволит вооруженным силам США и их союзников решать качественно новые задачи по скрытному наблюдению и контролю воздушного пространства в зонах возможных вооруженных конфликтов в отдельных регионах мира. Кроме того, они могут привлекаться для решения задач управления воздушным движением, борьбы с распространением наркотиков и др.

Как показывает опыт войн последнего 15-летия, традиционные системы ПВО обладают низкой помехоустойчивостью и живучестью, прежде всего от воздействия высокоточного оружия. Поэтому недостатки средств активной радиолокации должны быть максимально нейтрализованы дополнительными средствами - пассивными средствами разведки целей на малых и предельно малых высотах. Разработка многопозиционных радиолокационных систем, использующих внешнее излучение различных радиотехнических средств, достаточно активно проводилась в СССР, особенно в последние годы его существования. В настоящее время в ряде стран СНГ продолжаются теоретические и экспериментальные исследования по созданию МПРС. Следует отметить, что аналогичные работы в данной области радиолокации проводятся и отечественными специалистами. В частности, была создана и прошла успешные испытания экспериментальная бистатическая РЛС «Поле» , где в качестве передатчиков подсвета целей используются радиотелевизионные передающие станции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jane"s Defense Equipment (Электронная библиотека вооружений стран мира), 2006 - 2007.

3. H. D. Griffiths. Bistatic and Multistatic Radar. - University College London, Dept. Electronic and Electrical Engineering. Torrington Place, London WC1E 7JE, UK.

4. Jonathan Bamak, Dr. Gregory Baker, Ann Marie Cunningham, Lorraine Martin. Silent Sentry™ Passive Surveillance // Aviation Week&Space Technology. - June 7, 1999. - P.12.

5. Редким доступа: http://www.roke.co/. uk/sensors/stealth/celldar.asp.

6. Каршакевич Д. Феномен радара «Поле» // Армия. - 2005 - № 1. - С. 32 - 33.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

BC / NW 2015 № 2 (27): 13 . 2

КОНТРОЛЬ ВОЗДУШНОГО ПРОСТРАНСТВА ЧЕРЕЗ КОСМОС

Климов Ф.Н., Кочев М. Ю., Гарькин Е.В., Луньков А.П.

Высокоточные средства воздушного нападения, такие как крылатые ракеты и беспилотные ударные самолёты, в процессе своего совершенствования стали обладать большой дальностью от 1500 до 5000 километров. Малозаметность таких целей во время полёта требует их обнаружения и идентификации на траектории разгона. Зафиксировать такую цель на большом расстоянии возможно, либо загоризонтными радиолокационными станциями (ЗГ РЛС), либо с помощью локационных или оптических систем спутникового базирования.

Ударные беспилотные самолёты и крылатые ракеты летают чаще всего со скоростями близкими к скоростям пассажирских воздушных судов, следовательно, нападение такими средствами может быть замаскировано под обычное воздушное движение. Это ставит перед системами контроля воздушного пространства задачу выявления и идентификации таких средств нападения от момента пуска и на максимальной дальности от рубежей эффективного поражения их средствами ВКС. Для решения данной задачи необходимо применять все имеющиеся и разрабатываемые системы контроля и наблюдения за воздушным пространством, в том числе загоризонтные РЛС и спутниковые группировки.

Запуск крылатой ракеты или ударного беспилотного самолёта может быть осуществлён из торпедного аппарата сторожевого катера, с внешней подвески самолёта или с пусковой установки замаскированной под стандартный морской контейнер, расположенный на гражданском сухогрузе, автомобильном прицепе, железнодорожной платформе. Спутники системы предупреждения о ракетном нападении уже сегодня фиксируют и отслеживают координаты запусков беспилотных самолётов или крылатых ракет в горах и в океане по факелу двигателя на участке разгона. Следовательно, спутникам системы предупреждения о ракетном нападении необходимо отслеживать не только территорию вероятного противника, но и акваторию океанов и материков глобально.

Размещение радиолокационных систем на спутниках, для контроля воздушно-космического пространства сопряжено сегодня с трудностями технологического и финансового характера. Но в современных условиях такая новая технология как вещательное автоматическое зависимое наблюдение (АЗН-В) может быть использована для контроля воздушного пространства через спутники. Информацию с коммерческих воздушных судов по системе АЗН-В можно собирать с помощью спутников, разместив на их борту приёмники, работающие на частотах АЗН-В и ретрансляторы полученной информации на наземные центры контроля воздушного пространства. Таким образом, есть возможность создать глобальное поле электронного наблюдения за воздушным пространством планеты. Спутниковые группировки могут стать источниками полётной информации о воздушных судах на достаточно больших территориях.

Информация о воздушном пространстве, приходящая от приёмников системы АЗН-В расположенных на спутниках, даёт возможность контролировать воздушные суда над океанами и в складках местности горных массивов континентов. Эта информация позволит нам выделять средства воздушного нападения из потока коммерческих воздушных судов с последующей их идентификацией.

Идентификационная информация АЗН-В о коммерческих воздушных судах, поступающая через спутники, создаст возможность снизить риски терактов и диверсий в наше время. Кроме того такая информация даст возможность обнаруживать аварийные воздушные суда и места авиационных катастроф в океане вдали от берегов.

Оценим возможность применения различных спутниковых систем для приёма полётной информации самолётов по системе АЗН-В и ретрансляции данной информации на наземные комплексы контроля воздушного пространства. Современные воздушные суда передают полётную информацию по системе АЗН-В с помощью бортовых транспондеров мощностью 20 Вт на частоте 1090 МГц.

Система АЗН-В работает на частотах, которые свободно проникают через ионосферу Земли. Передатчики системы АЗН-В, расположенные на борту воздушных судов имеют ограниченную мощность, следовательно, приёмники, расположенные на борту спутников должны иметь достаточную чувствительность.

Используя энергетический расчёт спутниковой линии связи Самолёт-Спутник, мы можем оценить максимальную дальность, на которой возможен приём информации спутником с воздушных судов. Особенность используемой спутниковой линии это ограничения на массу, габаритные размеры и энергопотребление, как бортового транспондера самолёта, так и бортового ретранслятора спутника.

Для определения максимальной дальности, на которой возможен приём спутником АЗН-В сообщений, воспользуемся известным уравнением для линии спутниковых систем связи на участке земля – ИСЗ:

где

– эффективная мощность сигнала на выходе передатчика ;

– эффективная мощность сигнала на входе приемника;

– коэффициент усиления передающей антенны;

– наклонная дальность от КА до приёмной ЗС;

–длина волны на линии «ВНИЗ»

волны на линии «Вниз»;

– эффективная площадь апертуры передающей антенны;

– коэффициент передачи волноводного тракта между передатчиком и антенной КА;

– КПД волноводного тракта между приёмником и антенной ЗС;

Преобразуя формулу – находим наклонную дальность, на которой возможен приём спутником полётной информации:

d = .

Подставляем в формулу параметры соответствующие стандартному бортовому транспондеру и приёмному стволу спутника. Как показывают расчёты, максимальная дальность передачи на линии самолёт-спутник равна 2256 км. Такая наклонная дальность передачи на линии самолёт-спутник возможна только при работе через низкоорбитальные группировки спутников. При этом, мы используем стандартное бортовое оборудование воздушных судов, не усложняя требования к коммерческим летательным аппаратам.

Наземная станция приёма информации имеет значительно меньшие ограничения по массе и габаритам чем бортовая аппаратура спутников и самолётов. Такая стация может быть оснащена более чувствительными приёмными устройствами и антеннами с высоким коэффициентом усиления. Следовательно, дальность связи на линии спутник-земля зависит только от условий прямой видимости спутника.

Используя данные орбит спутниковых группировок, мы можем оценить максимальную наклонную дальность связи между спутником и наземной станцией приёма по формуле:

где Н–высота орбиты спутника;

– радиус Земной поверхности.

Результаты расчётов максимальной наклонной дальности для точек на различных географических широтах представлены в таблице 1.

		Орбком	Иридиум	Гонец	Глобалстар	Сигнал
Высота орбиты, км				1400	1414	1500
Радиус Земли северный полюс, км	6356,86	2994,51	3244,24	4445,13	4469,52	4617,42
Радиус Земли северный полярный круг, км	6365,53	2996,45	3246,33	4447,86	4472,26	4620,24
Радиус Земли 80°, км	6360,56	2995,34	3245,13	4446,30	4470,69	4618,62
Радиус Земли 70°, км	6364,15	2996,14	3245,99	4447,43	4471,82	4619,79
Радиус Земли 60°, км	6367,53	2996,90	3246,81	4448,49	4472,89	4620,89
Радиус Земли 50°, км	6370,57	2997,58	3247,54	4449,45	4473,85	4621,87
Радиус Земли 40°, км	6383,87	3000,55	3250,73	4453,63	4478,06	4626,19
Радиус Земли 30°, км	6375,34	2998,64	3248,68	4450,95	4475,36	4623,42
Радиус Земли 20°, км	6376,91	2998,99	3249,06	4451,44	4475,86	4623,93
Радиус Земли 10°, км	6377,87	2999,21	3249,29	4451,75	4476,16	4624,24
Радиус Земли экватор, км	6378,2	2999,28	3249,37	4451,85	4476,26	4624,35

Максимальная дальность передачи на линии самолёт-спутник меньше чем максимальная наклонная дальность на линии спутник-земля у спутниковых систем Орбком, Иридиум и Гонец. Наиболее близка максимальная наклонная дальность данные к рассчитанной максимальной дальности передачи данных у спутниковой системы Орбком.

Расчёты показывают, что возможно создать систему наблюдения за воздушным пространством, использующую спутниковую ретрансляцию АЗН-В сообщений с воздушных судов на наземные центры обобщения полётной информации. Такая система наблюдения позволит увеличить дальность контролируемого пространства с наземного пункта до 4500 километров без использования межспутниковой связи, что обеспечит увеличение зоны контроля воздушного пространства. При использовании каналов межспутниковой связи мы сможем контролировать воздушное пространство глобально.

Рис.1 «Контроль воздушного пространства с помощью спутников»

Рис.2 «Контроль воздушного пространства с межспутниковой связью»

Предлагаемый метод контроля воздушного пространства позволяет:

Расширить зону действия системы контроля воздушного пространства, в том числе на акваторию океанов и территорию горных массивов до 4500 км от приёмной наземной стации;

При использовании межспутниковой системы связи, контролировать воздушное пространство Земли возможно глобально;

Получать полётную информацию от воздушных судов независимо от зарубежных систем наблюдения воздушного пространства;

Селектировать воздушные объекты, отслеживаемые ЗГ РЛС по степени их опасности на дальних рубежах обнаружения.

Литература:

1. Федосов Е.А. «Полвека в авиации». М: Дрофа, 2004.

2. «Спутниковая связь и вещание. Справочник. Под редакцией Л.Я.Кантора». М: Радио и связь, 1988.

3. Андреев В.И. «Приказ Федеральной службы воздушного транспорта РФ от 14 октября 1999г. № 80 «О создании и внедрении системы радиовещательного автоматического зависимого наблюдения в гражданской авиации России».

4. Трасковский А. «Авиационная миссия Москвы: базовый принцип безопасного управления». «Авиапанорама». 2008. №4.

Первичные РЛС обзора воздушного пространства (ПРЛС)

Читайте также