Исследование возможности создания и разработка радиопередающего устройства системы активных помех

В настоящее время и в обозримом будущем радиоэлектронные средства (РЭС) составляют и будут составлять основу систем управления войсками (силами) и боевыми средствами (оружием) во всех видах вооруженных сил. В войсках противовоздушной обороны (ПВО) радиолокащюнные станции (РЛС) обеспечивают добывание информации о воздушной обстановке. Они же обеспечивают наведение средств поражения на воздушные цели.

Авиационные комплексы высокоточного оружия (ВТО), включающие РЛС с синтезированной апертурой (РСА) и систему высокоточной спутниковой радионавигации, обнаруживают наземные малогабаритные цели на удалении нескольких сот километров и определяют их координаты со средней квадратической ошибкой (СКО) порядка единиц метров, что позволяет наносить массированные удары по противнику на всю глубину оперативного построения его войск.

Аналогичные примеры высокой эффективности оружия, достигаемой путем применения соответствующих РЭС, могут быть предложены и для других видов вооруженных сил.

Обеспечивая высокие оперативно-тактические показатели оружия, радиоэлектронные средства являются в то же время одним из наиболее уязвимых элементов систем управления, поскольку они обнаруживаются и им может быть оказано противодействие радиотехническими методами (средствами радиоэлектронной борьбы).

Диалектика борьбы, меры и контрмеры в данной области военного дела привела к образованию систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ), рассматриваемой первоначально как вид оперативного и боевого обеспечения, который в последующем начал перерастать в элемент содержания операций и боевых действий.

В настоящее время РЭБ определяется как комплекс мероприятий и действий конфликтующих сторон, направленных на выявление и радиоэлектронное подавление (РЭП) РЭС управления войсками (силами) и боевыми средствами, в том числе и высокоточным оружием (ВТО) противника, а также на радиоэлектронную запщту (РЭЗ) своих РЭС и других радиоэлектронных объектов от технической разведки, преднамеренных и непреднамеренных помех. Последнее предполагает обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС).

Радиоэлектронное подавление может быть достигнуто:

— путем создания преднамеренных помех (активных, пассивных, ложных целей);

— уменьшением радиолокационной и тепловой заметности;

— изменением электрических свойств среды (условий распространения электромагнитных волн).

Радиотехническая разведка (РТР) во взаимодействии с другими видами технической разведки должна решить двойственную задачу: выявление и анализ излучений РЭС в интересах их радиоэлектронного подавлениявыявление и аналю помеховых излучений в интересах повышения уровня радиоэлектронной запщты своих РЭС в динамике РЭБ.

РТР проводится также и с целью получения исходной информации для последующей разработки, в том числе и синтеза, оптимальных структур и алгоритмов РЭС, предназначенных для работы в данной помеховой обстановке. Информация, поступающая от РТР и других средств технической разведки, во многом обеспечивает базы данных и базы знаний ЭВМ, входяпщх в системы управления как средствами РЭБ, так и системами радиоэлектронной защиты от преднамеренных помех и средств технической разведки.

В предлагаемой первой главе работы рассмотрены различные критерии эффективности радиоэлектронной борьбы при радиоэлектронном подавлении радиоэлектронных средств различного назначения. Показано, что обнаружители приемных устройств подавляемых РЛС, входящих в систему ВТО, применяют критерий НейманаПирсона. кроме того, рассмотрены различные системы ВТО и показана общность их принципа действия, заключающаяся в реализации концепции «выстрел-поражение». Количество типов ВТО определяется многообразием целей, которое характеризуется объективными признаками, дающими возможность выделять их на земной поверхности среди других целей. К таким признакам относятся излучение, движение, ведение стрельбы и радиолокационная контрастность целей.

В настоящее время в США создана качественно новая радиолокационная система воздупшой разведки наземных целей и управления нанесением ударов «Джистарс», рассчитанная на одновременное использование в интересах ВВС и сухопутных войск. Она обеспечивает обнаружение, классификацию и слежение за бронетанковой техникой на всю глубину оперативного построения войск в полосе одного — двух армейских корпусов независимо от погодных условий и времени суток. При этом определяются координаты движупркся целей с точностью, достаточной для их поражения на больших дальностях обычным оружием классов «воздух-земля» и «земля-земля».

Проведена оценка тактико-технических данных РЛС АРУ-З системы «Джистарс» и предъявлены требования к комплексу радиоэлектронной борьбы для подавления этой системы. По результатам расчетов определены задачи на исследование.

Вторая глава посвящена рассмотрению структуры вертолетного комплекса РЭБ, предназначенного для радиоэлектронного подавления РЛС АРУ-З системы «Джистарс». Такой комплекс РЭБ должен включать в себя системы информационного обеспечения для добывания информации о различных системах ВТОсистему управления комплексом, систему исполнительных устройств, осуществляющих радиоэлектронное подавление различных элементов ВТО (РЛС, головки самонаведения ракет) и систему контроля работоспособности и эффективности комплекса РЭБ. в третьей главе рассматриваются общая структурная схема радиопередающего устройства (РПУ) системы РЭП, работающей в режиме ответной помехи, и основные элементы ее схемы, определяются технические параметры передатчика радиоэлектронного подавления.

На основе рассмотрения усилителей мопщости на твердотельных и на электровакуумных приборах и основных характеристик мопщых генераторных приборов СВЧ появилась возможность прийти к выводу о том, что в настоящее время для выходных каскадов радиопередающих устройств систем РЭП целесообразно использование ламп бегущей волны типа О (ЛБВО). ЖВО имеет широкую полосу рабочих частот, высокую выходную мощность, небольшие габаржы и массу. Это позволяет применять их в СВЧ усилительных трактах самолетных, вертолётных и космических систем.

В четвертой главе рассматриваются принцип работы и основные характеристики ЛБВО. С использованием линейной теории ЛБВО проведено количественное исследование влияния уровня пульсаций и нестабильности питаюшцх напряжений на фазовую стабильность усилительных трактов СВЧ на ЛБВО.

В пятой главе проведен анализ требований, предъявляемых к современным источникам электропитания радиопередаюпщх устройств на ЛБВ. Выбрана и обоснована схема построения источника питания, основанная на использовании унифицированных модулей. Подробно исследованы характеристики резонансных преобразователей напряжения, являющихся основными функциональными единицами источника питания. Рассмотрены возможные алгоритмы управления резонансными преобразователями и сделаны выводы об их эффективности для различных вариантов использования.

В шестой главе рассматриваются требования к усилителю системы. Анализ показывает, что в системах РЭП с АФАР применимы усилители на лампах бегущей волны (ЛБВО), где управление лучом антенны осуществляется при регулировании (изменении) питания ускоряющего.

12 напряжения или зшравляющего напряжения усилителя ЛБВО. Анализ требований предъяк11яемых к передатчикам (мощность, коэффициент усиления, диапазон рабочих частот) позволяет сделать вывод, что ЛБВ типа О марки СУВ-2352 является вполне подходящим прибором для усиления сигнала в системе РЭП.

Выполнена экспериментальная проверка работоспособности усилителя СВЧ на ЛБВО сантиметрового диапазона и измерение его основных характеристик.

В заключении кратко сформулированы основные результаты и сделаны выводы по диссертационной работе.

В работе используется практическая система единиц СИ.

Параграфы в главах имеют двойную нумерацию. Первая цифра означает номер главы, вторая — номер параграфа в данной главе. Нумерация формул, рисунков является двухзначной цифрой. Первая цифра соответствует номеру главы, а вторая — номеру формул или рисунков в данной главе. Цитированная литература имеет сквозную нумерацию. Использованные в работе сокращения соответствуют принятьв! в СВЧ технике и распшфрованы в списке основных сокращений.

6.4. Выводы.

1. Выполненные экспериментальные исследования подтверждают правильность выбора как типа генераторного прибора для едиьшчного усилителя (ЛБВО марки СУВ-2352), так и принципов построения вторичного источника питания этого усилителя и фазового модулятора, совмещенного с источником питания.

2. Выходная мощность ЛБВО СУВ-2352 (см. рис. 6.4 — 6.6) в исследованном диапазоне частот до 10 Вт. Середине линейного участка амплиггудной характеристики соответствует мощность ~6.7Вт.

Применение этой ЛБВ в многоэлементной решетке с размерностью 10×10 позволяет получит от станции активных помех требуемый энергетической потенциал.

3. Коэффициент усиления ЛБВО марки СУВ-2352 36−50дБ, в то время как требуемое системой минимальное значение этого коэффициента -3 1дБ.

4. Использование распределенной системы усилителей предпочтительно вследствие ее увеличенной надежности и незначительного ухудшения характеристик при выходе из строя отдельных усршргтелей.

Заключение

.

Основными результатами работы являются:

1. Для радиоэлектронного подавления РЛС «Джистарс» необходима станция активных помех, создающая инверсную помеху, с энергетическим потенциалом Р&bdquo- 0″ > Вт.

2. Создание инверсной помехи ухудшает разрешающую способность самолетной РЛС системы «Джистарс» с 1ф = 3 м до = 750 м.

3. Дж прикрытия боевых порядков наземных целей от воздействия системы «Джистарс» необходимы вертолеты — постановщики помех, размещаемые через 750 метров.

4. Применение станций активных помех с энергетическим потенциалом 1Сл Вт снижает вероятность поражения целей управжемым оружием системы «Джистарс» с Рдар =0,8−0,85 до Рллр =0Д2^.

5. В системе исполнительных устройств требуется передающее устройство с мощностью Рп =500 Вт, способное вырабатывать инверсную по мощности помеху.

6. Требования достижения высокого энергетического потенциала станции активных помех (рл Олл > ЮлВт) дж эффективного радиоэлектронного подавления самолетной РЛС системы «Джистарс» может удовлетворить активная передающая ФАР с коэффициентом направленного действия Сд"300. Передатчик должен строиться с выходным каскадом, представляющим собой многоэлементную активную фазированную антенную решётку размерностью МхЖ= 10X10. Мопщость каждого элемента в середине линейного участка амплитудной характеристики должна лежать в диапазоне значений 5−7Вт.

7. Дж получения мопщости 500 Вт на выходе передатчика (требование радиоэлектронного подавления системы «Джистарс») требуемое усилетше составжет не менее 31 дБ.

8. В системе с АФАР применяются усилители на лампах бегущей волны (ЛЕВО), где управление лучом антенны осуществляется при регулировании (изменении) ускоряющего или управляющего напряжения ЛБВО.

9. Проведенные на основе линейной теории исследования зависимости фазового сдвига электрических колебаний на выходе замедляющей системы ЛБВО от питающих напряжений (коллекторного, ускоряющего и управляющего) дали возможность выявить эту зависимость, получить простой математический аппарат для расчёта требований к стабильности напряжений, а также предложить использовать изменения ускоряющего и управляющего напряжений для фазировки колебаний на выходе элементов АФАР и для управления положением диаграммы направленности антенны.

10. Показано, что для питания мощных высоковольтных генераторных приборов СВЧ, таких как ЛБВО, магнетроны, клистроны целесообразно использование ВИЭП с преобразованием частоты напряжения первичных сетей и повьппением этой частоты до 100. 200кГц.

11. Предложено преобразование частоты напряжение первичной сети производить в резонансном инверторе. Выполнены исследования основных параметров и характеристик этого устройства, разработаны четыре алгоритма для управления амплитудой выходного напряжения с целью её стабилизации или изменения в заданном направлении.

Эти алгоритмы используют резонансный характер зависимости импеданса формирующего контура инвертора от частоты, с которой производится открывание или закрывание ключевых элементов инвертора.

12. Разработаны ИВЭП с преобразованием частоты и усилительный тракт СВЧ на ЛБВО. ИВЭП дает возможность регулирования ускоряющего и управляющего напряжений ЛБВО. Получен значительный выигрыш по массе и габаритам ИВЭП и усилительного тракта в целом.

13. Проведено экспериментальное исследование СВЧ усилителя на ЛБВО типа СУВ-2352 с разработанным ИВЭП, показано, что этот усилитель может послужить основой при создании передатчика инверсной активной помехи для системы РЭБ.