Анализ полученных результатов показал, что при одинаковых размерах антенн датчики, работающие в ТГц диапазоне радиоволн обеспечивают более высокую вероятность правильного обнаружения объекта по сравнению с радиолокационными системами в более длинноволновом диапазоне (в любых погодных условиях). Это объясняется их более высокими разрешающими способностями по угловым координатам и соответственно меньшими интегральными величинами ЭПР фонов. Однако, достаточно быстрое снижение дальности таких РЛС объясняется большим затуханием радиоволн в атмосфере и тем более в дождях.
В работе была сделана оценка помехозащищенности РЛД-А, определяемая, в общем случае, факторами, основными из которых являются скрытность работы и помехоустойчивость.
Оценка помехоустойчивости проводилась по аналогии с другими СВЧ диапазонами, в которых такие станции существуют.
Мощность помехи Рп на входе приемника РЛС определялась по зависимости:
, (2)
где - мощность передатчика помех; - коэффициенты усиления антенн станции помех и РЛС соответственно; - потери в трактах станции помех и РЛС; - множитель потерь на расширение полосы, необходимой для определения частоты подавляемого сигнала.
Результаты исследований показали, что имеется явное преимущество в помехоустойчивости РЛС ТГц диапазона по сравнению с РЛС, работающими в диапазоне длин волн 8 мм. Также полученные результаты позволили сделать заключение, что помехозащищенность РЛД-А обнаружения наземных объектов в ТГц диапазоне выше в сравнении с РЛС более длинноволновых диапазонов.
В качестве основных характеристик РЛД терагерцового и для сравнения короткой части миллиметрового диапазонов были получены характеристики на длинах волн: 0,88 мм(РЛД-1А) , 1,3 мм (РЛД-2А) и на длине волны 3,2 мм (РЛД-3А), которые приведены в табл. 1 [17,18].
Для оценки эффективности РЛД-А обнаружения наземных объектов предположено, что все исследуемые РЛД-А обнаружения применяются для обнаружения как групповых, так и одиночных объектов, которые находятся в зоне поиска, математические зависимости со следующими частными критериями:
, и (3)
где Wi - вероятность обнаружения объекта; Wср - вероятность обнаруженных объектов и определения его координат; M{Nо.i} - математическое ожидание (МОЖ) числа обнаруженных объектов i-го типа из числа, находящихся в зоне наблюдения; Сi - весовой коэффициент, характеризующий важность объекта i-го типа.
Таблица 1 Основные параметры РЛС обнаружения наземных объектов
|
№№ п/п |
Параметры РЛС |
Варианты РЛС обнаружения |
|||
|
РЛС-1А |
РЛС-2А |
РЛС-3А |
|||
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Дальность действия, км Импульсная мощность, кВт Средняя мощность, Вт Частота повторения, кГц Чувствительность приемника, Вт/Гц Длительность импульса, мкс Коэффициент шума приемника, дБ Потери в трактах, дБ Сектор сканирования антенны, град: по азимуту по углу места Разрешающая способность, м: Масса, кг |
до 1,3 0,05 0,2 50 1,3·10-11 0,1 25 10 20 6 0,5 1-3 |
4,2 0,5 2 30 8·10-12 0,25 20 10 30 6 1 2-5 |
7 1 7 20 3·10-12 0,3 15 10 30 15 1,5 4-7 |
Алгоритм функционирования РЛС, включая формализованное описание процессов поиска и обнаружения объектов, а также вторичной обработки радиолокационной информации реализован в программах. С этой целью была разработана упрощенная блок-схема математической модели, представленная на рис.1.
Разработанная математическая модель позволила провести оценку эффективности РЛС при выполнении требуемых задач контроля в секторе обзора по критерию обнаружения объекта W i. Такая модель позволяет воспроизводить в динамике объектовую обстановку для типовых случаев функционирования объектов на территории охраны.
Рис. 1 Блок-схема математической модели
В результате обработки реализаций процесса функционирования РЛД обнаружения были построены зависимости относительного количества обнаруженных объектов с определением координат - Wср в зависимости от дальности действия станций. Такие зависимости в виде графиков функции Wср = f(Д) представлены на рис. 2, где под номером 1 приведены кривые для РЛД-2А, а под номером 2 - для РЛС СБР-3 (находящаяся в эксплуатации станция с дальностью действия до 3 км и работающая в короткой части сантиметрового диапазона радиоволн). Здесь же сплошные линии для условия равнинной местности и с крестиками для холмистой местности.
Рис.2 Зависимости функции Wср = f(Д)
Анализ результатов оценки функциональной зависимости
Wср = f(Д)
показали, что значения относительного количества обнаруженных объектов с определением координат примерно на 10-15% ниже. Это объясняется тем, что для точного определения координат объектов требуется более длительное накопление отраженного сигнала и требуется дополнительное время на его обработку. Также можно видеть, что использование РЛД -2А повышает вероятность обнаружения наземных объектов в сравнении с РЛС типа СБР дальностях до 3-х км от 20 до 40%. Однако, необходимо заметить, что поисковые характеристики РЛС типа СБР в сравнении с РЛД отличаются в лучшую сторону.
Пассивные и пассивно-активные РЛД
Принципиальная возможность создания помехоустойчивых и полностью скрытных локационных систем привело к необходимости поисков новых методов обнаружения. Основой такого нового метода является пассивная радиолокация, когда обнаружение различных объектов без облучения производится по их радиотепловому излучению с использованием пассивного радиолокационного устройства (ПРЛУ), включающего в себя радиометрический приемник и антенную систему.
ПРЛУ обладают следующими преимуществами по сравнению с активными РЛС: скрытностью действия; высокой помехозащищенностью по отношению к противорадиолокационным отражателям, применяемым для создания помехи обычным активным РЛС; относительной компактностью конструкций, особенно, при применении твердотельных элементов.
В данной работе путем математического моделирования исследуются основные параметры и эффективность пассивных и пассивно-активных радиолокационных систем (РЛД-П и РЛД-ПА) обнаружения наземных объектов. Исследовались особенности применения в пассивных радиолокационных устройствах обнаружения наземных объектов короткой части ММ и ТГц диапазонов радиоволн, обосновываются основные параметры пассивных и пассивно-активных датчиков (РЛД-П и РЛД-ПА), а также на основе моделирования производится оценка эффективности таких датчиков.
Одним из основных требований к РЛД-П является дальность действия, которую можно определить с помощью преобразованной к удобному виду для расчетов формулы дальности пассивной радиолокации:
(4)
где ДТо - величина радиоконтраста объекта; So - площадь объекта; G - коэффициент усиления антенны; qm - коэффициент различимости, учитывающий превышение сигнала от объекта на чувствительностью ПРЛУ; ДТ пр.min - флуктационная чувствительность приемника.
Были проведены расчеты дальности действия РЛД-П по объекту типа грузовой автомобиль. Расчеты проводились для чувствительности приемника Tпр.min = 0,1 К (что соответствует чувствительности существующих приемников), диаметр антенны принимался равным 1000 мм и 100 мм и для летних и зимних условий.
Для РЛД-П в ТГЦ диапазоне с диаметром антенны 100 мм дальности действия могут быть в пределах нескольких сотен метров. Такие дальности вполне отвечают требованиям по дальности действия РЛД-П в охранных системах.
Одним из основных достоинств пассивных устройств является скрытность его работы, а недостатком - сложность селекции объекта по дальности. В связи с этим наиболее целесообразно использование ПРЛУ в совокупности с радиолокационными дальномерами.
Использование в одном устройстве пассивного (радиометрического) режимов работы позволило бы скомпенсировать положительные качества и свести к минимуму их недостатки. Такое комплексирование позволяет получить новые положительные качества станции, в частности, в пассивном режиме возможен обзор пространства (без излучения СВЧ энергии), а в активном режиме возможно измерение дальности до обнаруживаемого объекта. Активный радиолокационный дальномер это радиолокационное устройство, которое можно рассматривать как аналог активной РЛС, рассмотренной в во втором разделе настоящей работы. Поэтому в работе большое внимание уделено и пассивно-активным РЛД (РЛД-ПА).
Оценка результатов исследований дальности действия РЛД-ПА обнаружения наземных объектов, работающих в СВЧ диапазоне.
Получено, что для таких систем (с дальностью действия до 1 км - в пассивном режиме работы и 1,5 км в активном режиме) может быть использован рабочий диапазон волн в “окнах прозрачности” коротковолновой части ММ диапазонов радиоволн (длины волн 1,3 и 2,15 мм). На длинах волн (0,96 и 0,88 мм) дальности действия снижаются примерно в 2-3 раза.).
На основе проведенных исследований в работе появилась возможность предложить предполагаемые основные параметры РЛД-ПА обнаружения объектов, которые представлены в табл. 2.
Таблица 2 Параметры РЛД-ПА обнаружения объектов
|
№ п/п |
Параметры |
Режим работы |
||
|
Пассивный |
Активный |
|||
|
1 |
Назначение |
Скрытное обнаружение, определение координат наземных объектов. |
||
|
2 3 4 5 6 7 8 9 |
Рабочий диапазон (длина волны), мм Дальность действия (автомашина), км: неподвижная; движущаяся Мощность передатчика в импульсе, Вт Чувствительность приемника Полоса пропускания на промежуточной частоте, МГц Сектор автоматического сканирования при поиске объекта, град: по азимуту; по углу места Время наблюдения в секторе поиска, с Диаметр антенны (параболойд), мм |
1,3 1 - - 0,01 К 600 30 6 30-40 300-500 |
1,3 - 4 300 3 10-12 20-40 30-40 6 3 300-500 |
Несомненным достоинством такой пассивно-активной системы является обеспечение высокой помехозащищенности. Это достигается как за счет скрытности работы станции при пассивном режиме, так и за счет применения в РЛД-ПА короткой части ММ диапазона или в ТГц диапазоне.
Для оценки скрытности работы пассивно-активной радиолокационной системы проведена сравнительная оценка активной и пассивной РЛС по показателю, характеризующего вероятность обнаружения их средствами радиотехнического обнаружения (разведки) (Робн.ртр).
Расчетные данные показывают, что РЛД-ПА при работе средств РТР в течение 1 часа может быть обнаружена с вероятностью (Робн.ртр) ? 0,1, т.е. скрытность такой РЛС будет практически на порядок выше в сравнении с активной РЛС.
Таким образом, комплексирование пассивных РЛС с активными радиодальномерами позволит выполнить задачу измерения дальности до объекта, ее селекцию по дальности, а также появляется возможность существенного повышения помехозащищенности. Кроме того, использование в РЛД-ПА единых системных узлов, например, антенно-фидерной системы, дает возможность уменьшить их вес и габариты, а также улучшить потенциальные возможности по распознаванию неподвижных (в том числе и замаскированных) наземных объектов.
Путем моделирования произведена оценка эффективности РЛД-ПА охранной системы.
В качестве критерия оценки эффективности РЛД-ПА выбрано математическое ожидание (МОЖ) относительного количества своевременно обнаруженных незамаскированных (открыто функционирующих), Wнз, и замаскированных (малоподвижных), Wз, наземных объектов из общего числа находящегося в зоне поиска. Кроме того, для оценки эффективности модуля РЛД-А использовались дополнительно две модели, основанные на алгоритмах, разработанных в предположении рассмотрения, что функционирование РЛД-ПА проводится в двух основных режимах работы раздельно в активном и пассивном.
Для получения исходных данных в модели по объектовой обстановке применяется пространственно-временная модель возможных эпизодов, так называемая модель обстановки в случае применения РЛД-ПА для обнаружения групповых объектов.
Оценка эффективности РЛД-ПА по предложенной модели показала, что в секторе поиска 30° возможно обнаружение относительного количества открыто расположенных объектов на дальности до 3 км до 50%, а замаскированных на дальности 1,5 км - 35-40 %.
Литература
1. Заренков В.А., Заренков Д.В., Дикарев В. И.. Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации: Пат. 2221260 Россия, МПК7 G 01 S 13/56. № 2002115054/09; Заявл. 30.05.2002; Опубл. 10.01.2004.
2. Дудкин В. А., Шевченко Д. В. Модели сейсмопеленгаторов движущегося нарушителя. Проблемы объектовой охраны: Сборник научных трудов. Вып. 4- Пенз. гос. ун-т. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. 2004, с. 69-72.