Міністерство освіти і науки України Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича Браїловський В.В., Гресь О.В., Косован Г.В. Радіомоніторинг та радіопротидія на об’єктах інформаційної діяльності (для студентів напрямку інформаційна безпека) Чернівці Чернівецький національний університет 2016 Вступ З прадавніх часів людство намагається внести певний порядок в усіх сферах своєї діяльності. Не обминула ця участь і засобів передачі інформації за допомогою електромагнітних хвиль. Початком практичного використання яких можна вважати 7 травня 1895 р. коли на засіданні фізичного відділення Російського фізико-хімічного товариства О.С.Попов зробив доповідь про винайдення ним бездротової системи зв'язку і продемонстрував її роботу. Цей прилад, названий пізніше грозовідмітчиком, у 1895-1896 pp. використовувався для вивчення характеру атмосферних завад. В цей же період О.С.Попов займається вдосконаленням створених ним приладів, виступає з доповідями і демонструє їх роботу. Весною 1897 р. він уперше виявив явище відбивання електромагнітних хвиль від металевих предметів (зокрема, кораблів). Це відкриття лягло в основу сучасної радіолокації. Під час дослідів у 1897 р. він користувався електромагнітними хвилями, які лежать на межі дециметрового й метрового діапазонів. У 1899 р. П.Н.Рибкін, Д.С.Троцький — помічники О.С.Попова — виявили детекторний ефект когерера. На основі цього О.С.Попов створив «телефонний приймач депеш» для слухового прийому радіосигналів (на головні телефони) і запатентував його. На початку 1900 р. прилади Попова були використані для зв'язку під час ліквідації аварії на броненосці «Генераладмірал Апраксій» та врятування рибалок у відкритому морі. Описані події зумовили створення Міжнародного союзу електрозв’язку (МСЕ) який в 1903році прийняв правила проведення радіозв’язку та Таблицю розподілу смуг частот для існуючої на той час всього однієї морської рухомої служби. Надалі сукупність цих документів, а саме правила зв’язку та розподіл смуг частот назвали Регламентом радіозв’язку. Регламент радіозв’язку в принципі не міг мати лише місцеве застосування, місцевий характер. Електромагнітні хвилі ніяк не взаємодіють з лініями проведеними людьми на поверхні землі − кордонами, а отже Регламент радіозв’язку і пов’язана з ним ефективність використання радіочастотного ресурсу (РЧР) носить міжнародний характер. Регламент уточнювався в 1906, 1912 та 1920 роках, а уже в 1927 році був прийнятий новий Регламент згідно якого було введено нові радіослужби: − радіомовлення; − повітряна рухома; 2 − морська рухома; − фіксована. До останньої служби були віднесені радіоелектронні засоби які забезпечували передачу повідомлень за допомогою радіохвиль між двома пунктами фіксованими на поверхні Землі. Новим Регламентом Таблиця смуг частот розширена з 10 КГц до 60 Мгц, а в 1937році до 200МГц. Під час другої світової війни міжнародне регулювання у сфері використання радіочастотного ресурсу призупинено. Практично кожна країна використовувала радіочастотний ресурс на свій власний розсуд ніяк не враховуючи інтереси інших особливо ворожих країн. Слід зауважити, що на початок війни Радянський Союз мав в п'яти західних прикордонних округах лише 304 винищувачі нового типу, що знаходилися у стадії доопрацювань і були обладнані системами радіозв’язку. Решта 3156 винищувачів застарілого типу так звані "маневрені" винищувачі І-15, І-153 "Чаї" і "швидкісні" винищувачі-І16 систем зв’язку по суті не мали. По німецьких даних військовоповітряні сили (люфтваффе) зосередили 1233 винищувачі, з них: Me109F−593, Ме-109Е−423 і Ме-110−217 одиниць. Всього бойових літаків нового типу − 2604 одиниці. Крім того було близько 1000 одиниць літаків завойованих Німеччиною в Угорщини, Румунії і Фінляндії. Причому усі вони були оснащені системами радіозв’язку. Переважно на німецьких літаках використовувались приймальнопередавальні радіостанції з вищими частотами носійних коливань ніж у радянських. Тривалий час дана обставина забезпечувала недоступність німецьких каналів радіозв’язку для прослуховування радянськими системами радіоелектронної розвідки. Лише в кінці 1943г. радянська радіотехнічна промисловість змогла забезпечити військово-повітряні сили не тільки якісними приймальнопередавальними радіостанціями, а й спеціальними установками радіовиявлення (радарами) літаків типу "Редут" і "Пегматит" (РУС-2), що надало неоціниму допомогу командному і льотному складу авіації. Регламент радіозв’язку в міжнародному аспекті поновлює своє визнання практично лише з 1947року коли на всесвітній радіо конференції Міжнародного Союзу електрозв’язку була прийнята нова Таблиця розподілу смуг частот. Таблиця розподілу смуг частот в новій редакції регламентувала використання смуг частот різними службами до 10МГц. 3 В 1957році, після запуску Радянським Союзом штучного супутника Землі, появились і відповідні супутникові служби радіозв’язку: − радіомовлення; − фіксована; − космічних досліджень. Одночасно відбувається розширення смуги частот до 40 ГГц. З 1971 року − до 275ГГц, а з 1974року − до 400ГГц. В Таблиці розподілу частот в даний час знаходиться близько 40 різних служб радіозв’язку, конкретні визначення яких наведені в Регламенті радіозв'язку. Згідно Регламенту радіозв'язку під терміном "служба радіозв'язку" (в технічній літературі також використовується скорочений термін "радіослужба") мається на увазі служба, яка здійснює передавання, випромінювання та/чи приймання радіохвиль для певних цілей електрозв'язку. В останні роки для ряду радіо служб усе частіше виділяються їх окремі застосування. Так, наприклад, в межах сухопутної рухомої служби розрізняються такі призначення, як стільниковий, пейджинговий, транкінговий радіозв'язок тощо. В усіх випадках необхідно розрізняти такі поняття як радіоканал, радіолінія та система радіозв’язку рис.1 У відповідності з Регламентом радіозв'язку при розгляді питань використання РЧС вживають наступні спеціальні терміни: - розподіл (смуги частот), коли мова йде про радіослужби; - виділення (радіочастоти або радіочастотного каналу), коли частота або частотний канал надаються зонам або країнам; - присвоєння (радіочастоти або радіочастотного каналу), коли дозвіл на використання частоти або радіочастотного каналу отримує конкретний радіоелектронний засіб (РЕЗ). 4 Рисунок 1. Система радіозв’язку Радіочастотний спектр (РЧС) у межах діапазонів, які використовуються в даний час, повністю розподілений. При цьому враховані особливості поширення радіохвиль, які обумовлені як частотним діапазоном, так і географічним розміщенням РЕЗ. У відповідності з Регламентом радіозв'язку Земна куля поділена на три райони: до 1-го району віднесені Європа, Африка, Монголія, частина Азії (Аравійський півострів, Туреччина, частина Ірану) та держави, що входили до складу СРСР; 2-й район включає до себе Північну та Південну Америку й Гренландію; до 3-го району входять Австралія, Океанія та частина Азії за винятком держав, які входять до 1-го району. В кожному з цих районів установлений свій розподіл частот і такі смуги частот називаються розподіленими на всесвітній основі. Хоча по багатьох позиціях розподіл частот у різних районах збігається, існують і розбіжності. Тому відповідні смуги частот називаються розподіленими на регіональній основі. Особливості розподілу смуг частот в окремих країнах або групах країн наведені в Примітках до міжнародної Таблиці розподілу смуг частот, які є її невід'ємною частиною. Міжнародна Таблиця розподілу смуг частот визначає схему використання радіочастот лише в частині радіо служб. Деталі цієї схеми стосовно розподілу та умов використання частот власними радіо службами, особливості їх застосування кожна держава уточняє самостійно і розробляє свою національну Таблицю розподілу смуг частот. 5 Оскільки певний розподіл смуг частот для кожної країни та їх значне завантаження накладає суттєві обмеження у використанні РЧС, то доцільно також вести мову про радіочастотний ресурс (РЧР) країни - ту частину РЧС, яка придатна для передавання та/чи приймання електромагнітної енергії, і від використання якої залежить розвиток радіозв'язку, нових інформаційних та радіо технологій у країні, її обороноздатність та успішне вирішення питань інтеграції у світове співтовариство. В даний час використання РЧР ведеться в умовах триваючого інтенсивного росту завантажень діапазонів частот, який можна пояснити наступними основними причинами: - введення нових систем рухомого радіозв'язку з часовим та просторовим розподілом частот між користувачами; - збільшення кількості стаціонарних та мобільних радіостанцій і передавачів із фіксованим розподілом частот; - навмисне чи ненавмисне використання неліцензійних РЕЗ та радіо-випромінювальних пристроїв (РВП); - відхилення параметрів радіостанцій від заданих; - зростання кількості радіо завад промислового походження. Усі ці причини призвели до того, що у великих промислових центрах зовсім ще недавно практично вільний ефір виявився перенасиченим, процес збільшення його завантаження продовжується, а РЧР обмежується, тому з метою більш ефективного використання РЧР, починаючи з 1997 р., у світі відбувається поступовий перехід від аналогового до цифрового звукового мовлення, а з 1998 р. - від аналогового до цифрового телевізійного мовлення. При цьому передбачається, починаючи з 2008 р., планомірне виведення з експлуатації ЧМ - передавачів та передавачів аналогового мовлення й розширення сфери дії цифрового звукового та телевізійного мовлення . Запитання 1. Основні етапи формування Регламенту радіозв’язку. 2. На скільки районів поділена Земна куля Регламентом радіозв’язку? Назвати ці райони. 3. В чому різниця між виділенням та присвоєнням радіочастоти або радіочастотного каналу? 4. Чи може система рухомого радіозв’язку бути фіксованою і навпаки? 6 5. Чим зумовлена необхідність переходу від аналогових до цифрових систем передачі інформації? 7 1 Радіочастотний радіочастотного ресурсу контроль в сфері використання 1.1 Принципи регулювання у сфері використання РЧР Регулювання у сфері використання РЧР - це сукупність узгоджених юридичних, адміністративних, наукових і технічних процедур, необхідних для забезпечення ефективної роботи обладнання й служб радіозв'язку без створення недопустимих радіо завад . Юридичні аспекти регулювання у сфері використання РЧР полягають у формуванні законодавчих (нормативних) засад, що регламентують використання РЧР і діяльність органів управління та регулювання. Адміністративні - у створенні процедур, що регулюють взаємовідносини користувачів РЧР і органів управління та регулювання в процесі використання РЕЗ. Наукові - у розробці методології виділення смуг (номіналів) радіочастот, стандартів на параметри електромагнітної сумісності (ЕМС) РЕЗ та радіовимірювальних приладів (РВП). Технічні - у здійсненні єдиної технічної політики: створення єдиних методик та програм для аналізу ЕМС РЕЗ та радіовимірювальних приладів (РВП), стандартизації параметрів РЕЗ і РВП, сертифікації засобів зв'язку та обладнання радіочастотного контролю . Мета регулювання - максимально підвищити ефективність використання РЧР і звести рівень радіо завад до мінімально можливого . Регулювання у сфері використання РЧР базується на законодавчо-нормативних актах і міжнародних угодах, які забезпечують розвиток засобів зв'язку у відповідності з державними пріоритетами і гарантують, що робота обладнання різних служб радіозв'язку не буде супроводжуватися недопустимими радіозаводами між обладнанням як у межах однієї радіослужби, так і між різними радіо службами. Регулювання у сфері використання РЧР включає: - визначення довгострокової політики й планування використання РЧР шляхом вдосконалення існуючих та розвитку й впровадження нових засобів зв'язку; 8 - частотно-територіальне планування, координацію та присвоєння радіочастот засобам і мережам зв'язку, що вводяться в експлуатацію; - ліцензування та сертифікацію РЕЗ; - облік використання РЧС; - розробку технічних стандартів і нормативних документів; - підтримку технічних засобів радіоконтролю; - інспекцію засобів зв'язку на місцях їх експлуатації; - контроль за використанням спектра. Одним із суттєвих важелів, що впливають на ефективність використання РЧР і забезпечують надходження коштів для вдосконалення системи регулювання у сфері використання РЧР та системи радіочастотного контролю, є економічні заходи, мета яких стимулювати споживачів РЧР до більш раціонального використання спектра та хоча б частково компенсувати затрати на регулювання у сфері використання РЧР. Основні економічні заходи включають: - плату користувачів РЧР за забезпечення каналів, вільних від радіо завад, та гарантію якісного зв'язку; - плату за підбір та присвоєння радіочастоти й надання ліцензії (дозволу) на її використання; - плату за сертифікацію засобів зв'язку по ЕМС; - штрафні санкції за порушення правил ведення радіозв'язку та недотримання параметрів РЕЗ. Системи регулювання у сфері використання РЧР різних країн мають певні відмінності, зумовлені особливостями внутрішньодержавного характеру. Наприклад, у США питання використання спектрального ресурсу в урядових та неурядових цілях вирішуються окремо двома самостійними органами: Федеральною комісією зв'язку (FСС) і Національною адміністрацією зв'язку та інформації (NТІА). У Німеччині вищим органом, який регулює використання РЧР, є Комітет по управлінню радіозв'язком та поштою. У Великобританії органом, відповідальним за регулювання у сфері використання спектра в цивільному секторі, є Агентство радіозв'язку, а Міністерство оборони Великобританії розглядає питання, пов'язані з використанням спектра РЕЗ військового застосування. Водночас національним системам регулювання у сфері використання РЧР властиві й деякі спільні риси. Так, у багатьох країнах політика розподілу смуг радіочастот регулюється між 9 цивільними і військовими службами на рівні відповідального державного органу, а питання використання самих частот вирішуються самостійними органами, що входять до цивільної та військової гілок державного управління. Різні радіослужби, що використовують РЧР для задоволення державних потреб (урядовий зв'язок, національна оборона, державна безпека, охорона державного кордону, правоохоронна діяльність тощо), мають переваги щодо частотного забезпечення порівняно з іншими користувачами. Ефективне регулювання у сфері використання радіочастотного ресурсу забезпечується за рахунок ведення постійного обліку та банків даних, необхідних для забезпечення процесів регулювання, широкого впровадження засобів автоматизації, створення державної системи радіо нагляду та радіочастотного моніторингу з необхідним технічним оснащенням. Існує достатньо повна правова база, у тому числі для забезпечення широкого впровадження економічних методів регулювання. Створюються відкриті системи інформації щодо радіочастот, які використовуються (або не використовуються) для об'єктивного інформування всіх заінтересованих потенційних користувачів РЧР. Застосовуються нові методи управління, у тому числі автоматизований, із метою ефективного регулювання використання РЧР у загальноекономічному плані, зокрема, шляхом введення поняття "економічної цінності частоти", а також обґрунтованого застосування в практиці регулювання у сфері використання РЧР традиційного адміністративного, консультаційного та ринкового методів за умови більш широкого використання аукціонного продажу частот недержавним користувачам. Підтримується ефективна конкуренція між потенційними користувачами спектрального ресурсу для оптимального його використання та впровадження різноманітних нововведень у сфері послуг радіозв'язку. Перш ніж перейти до розгляду основного матеріалу обговоримо питання термінології. Радіоканал містить радіопередавальний та радіоприймальний пристрої. Вони забезпечують передачу і прийом радіосигналів і відносяться до засобів радіозв’язку або радіо засобів. В практиці радіозв’язку радіо засоби з метою розширення їх можливостей по забезпеченню зв’язку в різних умовах об’єднуються 10 в комплекси. Тому далі під комплексом радіозв’язку будемо розуміти сукупність взаємозв’язаних засобів радіозв’язку, а також допоміжних технічних пристроїв, які об’єднані загальним управлінням. В залежності від призначення і складу комплекси радіозв’язку поділяють на передавальні, приймальні і приймально-передавальні. Останні звичайно називають радіостанціями. Для забезпечення радіозв’язку в інтересах декількох посадових осіб радіостанції можуть об’єднуватися в комплекси сумісно з іншими засобами і кінцевою апаратурою, що забезпечує більш раціональне їх використання. Ці комплекси розміщуються на рухомій базі (автомобіль, корабель, гелікоптер) і називаються рухомими пунктами управління. Всі комплекси і засоби радіозв’язку, які забезпечують зв’язок центрального визначеного пункту, об’єднуються в окремий елемент вузла зв’язку – радіоцентр. Таким чином, радіоцентр є організаційнотехнічне об’єднання комплексів і засобів радіозв’язку, яке забезпечує радіозв’язок центрального пункту з радіоцентрами інших вузлів зв’язку. Засоби і комплекси радіозв’язку, які побудовані за єдиними технічними принципами і забезпечують виконання оперативнотактичних вимог складають систему зв’язку. На базі систем радіозв’язку організуються мережі радіозв’язку ланок управління різного рівня. 11 Рисунок.1.1. Різновиди мереж радіозв’язку: а) радіомережа; б) радіо напрямок Мережі радіозв’язку будуються в основному за двома принципами: - радіомережа (рис.1. 1,а) , де декілька кореспондентів мають можливість зв’язку кожного з кожним; - радіо напрямок (рис. 1.1,б), в якому працюють лише два кореспонденти. За принципом радіомереж організується радіозв’язок в низових ланках управління, де при малому числі робочих частот велика кількість кореспондентів. Радіо напрямок використовується в мережах зв’язку двох кореспондентів. Якщо передача та прийом радіосигналів на радіостанції здійснюється почергово, то така радіостанція називається симплексною (рис.1.2,а). В дуплексній радіостанції двосторонній радіозв’язок відбувається одночасно (рис. 1.2,б). а) Рисунок 1.2. Основні різновиди симплексний; б) дуплексний двостороннього б) зв’язку: а) При дуплексному радіозв’язку передача в одному та другому напрямку ведеться на різних несучих частотах. Це робиться для того, щоб приймач приймав сигнали тільки від передавача з протилежного пункту і не приймав сигналів власного передавача. Напівдуплексний режим передбачає, що тільки базова (головна) радіостанція використовує дуплексну процедуру зв’язку, а інші станції – симплексну процедуру. 12 В системах радіозв’язку передаються як безперервні так дискретні повідомлення. Вид повідомлень визначається характером інформації, що передається, і тактичними міркуваннями. Так до перших відносяться телефонні повідомлення, а також телевізійні повідомлення, які передаються в реальному часі. Дискретні повідомлення містять, як правило, інформацію неоперативного характеру. Це дані бойової обставини, накази, інші бойові документи. Повідомлення, які перетворені в первинний сигнал, для передачі по радіоканалу ще перетворюються в радіосигнал. При цьому один і той же первинний сигнал може бути перетворений в різні види радіосигналів. Наприклад, речовий (телефонний) сигнал може бути перетворений в амплітудно-модульований або в частотномодульований радіосигнал. Передача радіосигналів по радіоканалу супроводжується витратам енергетичного і частотного ресурсу радіолінії, який буде різним при різних видах радіосигналів. Розглянемо з цих позицій радіосигнали, які використовуються у військовому радіозв’язку. Безперервні радіосигнали Радіосигнал з амплітудною модуляцією несучої(АМ). Вид випромінювання АЗЕ (АЗ) – DSB – double Sideband Сигнал використовується для передачі телефонних повідомлень його. Його частотні та енергетичні характеристики приведені на рис. 1.3 Рисунок 1.3. Частотний розподіл спектру радіосигналу з амплітудною модуляцією 13 З рисунку видно, що сигнал АЗЕ має носійну частоту і дві бічні смуги. Смуга частот, яку займає сигнал в радіоканалі: Fс = (fн + Fmaxс ) – (fн – Fmax ) = 2 Fmax (1) В системах, наприклад, військового зв’язку FМІН = 0,3 кГц; FMAX = 3,4 кГц. Тому Fс = 6,8 кГц. Середня потужність сигналу на виході радіопередавача визначається формулою: Рсер 2 mmax Р н 1 2 П m2 Рн Рбічн ; Рбічн Рн max П2 (2) де Рн – потужність випромінювання на носійні частоті; Рбічн – потужність випромінювана на частотах бічних смуг; m макс – коефіцієнт модуляції; П – пікфактор модулюючого сигналу. При m = 1 і П = 3,3 потужність бічних смуг сигналу складає менше 10% від потужності носійної. Висновок: - оскільки в бічних смугах міститься однакова інформація, то радіочастотний спектр використовується не економно; - енергетичний ресурс передавача також витрачається недоцільно. В наслідок вказаних недоліків сигнал АЗЕ в практиці, наприклад, військового радіозв’язку практично не використовується. Односмугові радіосигнали (ОСС). Вид випромінювань НЗЕ, RЗЕ, JЗЕ (АЗН, АЗR, АЗJ) – SSB – single sideband. Сигнал використовується для передачі телефонних повідомлень. Також по односмуговому каналу можлива передача декількох телеграфних сигналів. Спектральні та енергетичні характеристики ОСС приведені на рис. 1.4 14 Рисунок 1.4. Частотний розподіл спектральних складових одно смугового радіосигналу Повідомлення можуть передаватися як по верхній (А1), так і по ніжній смузі (В1) з повною, ослабленою і придушеною носійною. Смуга частот, яку займає сигнал: Fс = (fн + Fmax) – fн = Fmax або Fс = fн – (fн – Fmax) = Fmax, (3) тобто вдвічі менше за смугу сигналу АЗЕ. В енергетичному відношенні сигнал НЗЕ мало відрізняється від сигналу АЗЕ і використовується при зв’язку з радіостанціями, які працюють АМ сигналами. Сигнали RЗЕ і JЗЕ є основними сигналами, які використовуються для телефонного радіозв’язку у КХ діапазоні. Потужність, яка в сигналі RЗЕ витрачається на передачу залишку носійної, складає 10% - 20% від повної носійної. Радіосигнали з частотною модуляцією(ЧМ). Сигнал повідомлень. Вид випромінювання FЗЕ (FЗ) використовується для передачі 15 телефонних Як відомо, спектр ЧМ коливання є нескінченим, але його основна енергія зосереджена в обмеженій смузі частот, яка визначається формулою: Fс = 2 Fмакс(1 + m чм + m чм ), (4) де Fмакс – максимальна частота модулюючого сигналу; m чм – індекс частотної модуляції. Для каналів спеціального (військового) радіозв’язку встановлено Fmax = 3,4 кГц m чм = 1,4 ...1,5 При цьому смуга частот сигналу досягає 17 кГц, тобто його використання доцільно лише у діапазоні частот з великою частотною ємністю – діапазоні УКХ. Незмінність амплітуди ЧМ сигналу дозволяє забезпечити ефективне використання потужності радіопередавача. Середня потужність сигналу може досягати максимальної потужності передавача. Це особливо важливо при використанні у мережах радіозв’язку радіостанцій малої потужності. Дискретні радіосигнали Радіосигнали з амплітудною маніпуляцією(АМн). Клас випромінювань А1А (А1), А2А (А2) Сигнали використовуються для передачі телеграфних повідомлень за допомогою коду “Морзе”. Сигнал А1А формується шляхом маніпуляції коливань носійної частоти. Спектральна характеристика сигналу А1А приведена на рис. 1.5. 16 Рисунок 1.5. Спектральна характеристика сигналу А1А З рис.6 видно, що спектр сигналу складається з носійної частоти та бічних складових непарних порядків (n = 1, 3, 5 ...), кратних частоті маніпуляції сигналу Fм. Основна енергія сигналу зосереджена у межах складових п’ятого порядку. Тому ширину смуги частот, яку займає сигнал, визначають за формулою: Fс = 2nFм , (5) де n = 3; 5. В = 2Fм – швидкість телеграфування, Fм = 1 Т Прийом сигналу А1А звичайно здійснюється на слух, тому швидкість передачі складає 20 ... 25 Бод, тобто частота маніпуляції буде: Fм = В/2 = (10 ... 12,5) Гц. Тоді Fс = 100 ... 125 Гц. В наслідок своєї вузькосмуговості сигнал А1А використовується у КХ діапазоні. Бод (baud) одиниця вимірювання швидкості передавання символів, а саме кількість зміни інформаційного параметра носійного періодичного сигналу за секунду. У випадку двійкового кодування бод − це кількість бітів передані за секунду. Сигнал А2А утворюється шляхом модуляції носійного коливання звуковим коливанням Fзв = (800 ... 1000) Гц відповідно з літерами коду “Морзе” При цьому спектр сигналу подібний спектру АЗЕ при модуляції одним тоном і займає смугу частот F = 2Fзв = 1,6 – 2,0 кГц рис.1.6. Тому сигнал використовується рідко. 17 Рисунок 1.6. Спектральна характеристика сигналу А3Е Радіосигнали з частотною маніпуляцією(ЧМн). Клас випромінювань F1B(F1), F7B(F6) - FSK. Сигнали використовуються для передачі телеграфних (фототелеграфних) повідомлень за допомогою літеродрукуючої апаратури. Сигнал F1B – одноканальний радіосигнал, який утворюється шляхом дискретної зміни частоти носійного коливання. Носійна частота приймає два значення “fБ “ і “fВ“, які відповідають “0” або “1” первинного телеграфного сигналу (див. рис.1.7). Рисунок 1.7. Спектральні складові радіосигналу з частотною маніпуляцією(ЧМн). Спектр сигналу на частоті fб (нуля) або частоті fВ (одиниці) подібний спектру сигналу А1А. 18 Смуга частот, яку займає сигнал, залежить від частотного зсуву fзс і визначається формулою: Fс = fзс + 2n Fм (6) n = 3; 5 У спеціальному (військовому) літеродрукуючому зв’язку найбільш широко використовуються частотні зсуви від десятків до 1000 Гц при швидкості маніпуляції від 50 до 500 Бод. При цьому максимальна смуга частот сигналу буде досягати декількох кГц. Тому у КХ діапазоні використовуються частотні зсуви до 500 Гц при швидкості передачі до 150 Бод. Сигнал F7B – двоканальний радіосигнал, який передається з використанням чотирьох частот, кожна з котрих відповідає одній комбінації посилок в телеграфному каналі (див. рис.1.8). Рисунок радіосигналу 1.8. Спектральні складові двох канального Смуга частот, яку займає сигнал, визначається виразом Fс = 3 fзс + 2nFм, n = 3; 5. (7) Радіосигнали з відносно фазовою маніпуляцією(ВФМн). Клас випромінювань G1B (А9 ) - PSK Сигнал одно канальної телеграфної роботи. Спектр сигналу подібний спектру сигналу А1А, але він не містить носійні коливання (дивись рис.1.9) 19 Рисунок 1.9. Спектральні складові радіосигналу з відносно фазовою маніпуляцією Fс = 2nFм, Fм = В/2; n = 3; 5; В = 300; 500 Бод (8) Розглянуті дискретні сигнали відносяться до вузькосмугових радіосигналів, у яких Fс /fн 0,1. Тому вони використовуються в основному у КХ діапазоні Запитання 1. Яка з процедур регулювання у сфері використання радіочастотного ресурсу є домінуючою (первинною)? 2. Чим відрізняється ліцензування від сертифікації радіоелектронних засобів? 3. Перелічити основні економічні заходи які впливають на ефективність використання радіочастотного ресурсу? 4. Які радіослужби, що використовують радіочастотний ресурс мають переваги щодо частотного забезпечення? 5. Чим зумовлені відмінності системи регулювання у сфері використання радіочастотного ресурсу різних країн? 1.2. Призначення та мета радіочастотного контролю Роль і місце радіочастотного моніторингу у сфері використання РЧР визначається перш за все двома аспектами: - перший пов'язаний з підвищенням ефективності використання РЧР і обумовлений тим, що планування використання й присвоєння 20 радіочастот базується на розрахункових методах, в які для забезпечення відповідних гарантій по ЕМС закладають значні резерви спектра, що практично не використовуються, тому система радіомоніторингу повинна забезпечити оперативне виявлення резервів радіочастот і підвищення ефективності використання РЧР, - другий аспект пов'язаний з тим, що найдосконаліші методи оцінки ЕМС, на засадах яких приймаються рішення щодо присвоєння радіочастот, не дозволяють в повній мірі врахувати всю багатогранність та специфіку реальної електромагнітної обстановки, що призводить до виникнення важкопрогнозованих завадових ситуацій . Загальна задача радіочастотного моніторингу - підтримка процесу регулювання й планування у сфері використання РЧР вирішується шляхом : - вирішення випадків виникнення небажаних електромагнітних завад на місцевому, регіональному чи глобальному рівні з метою забезпечення сумісного функціонування радіостанцій та радіо служб, зниження затрат на їх розгортання й експлуатацію, отримання економічного ефекту за рахунок покращення доступу до вільного від завад РЧР; - забезпечення допустимого рівня завад телебаченню та радіомовленню в мережах загального користування (населенням); - надання інформації щодо реального використання (завантаження) окремих каналів і смуг частот у цілому; - контролю технічних і експлуатаційних характеристик РЕЗ та РВП; - виявлення та ідентифікації незаконно діючих передавачів, встановлення відповідності виявлених випромінювань зареєстрованим РЕЗ; - підтримки програм радіочастотного моніторингу, організованих МСЕ. Складовою частиною функцій радіочастотного моніторингу при вирішенні задач по забезпеченню державного нагляду за використанням спектрального ресурсу є технічний та ефірний радіочастотний контроль, який призначений для підвищення ефективності регулювання у сфері використання РЧР. Основною метою радіочастотного контролю є виявлення джерел радіовипромінювання (ДРВ), аналіз параметрів та характеристик їх електромагнітних випромінювань, отримання даних щодо електромагнітної обстановки, необхідних для вирішення задач 21 регулювання у сфері використання РЧР і забезпечення контролю за додержанням діючих норм радіовипромінювань. Конкретні цілі радіочастотного контролю, що визначені Рекомендаціями МСЕ-Р SМ.1050-1, наступні: а) забезпечення, необхідних для вирішення задач по регулюванню у сфері використання РЧР, наступних даних та інформації щодо: - реальної зайнятості смуг частот електромагнітними випромінюваннями в зіставленні з дозволеним або запланованим завантаженням; - відповідності параметрів сигналів, що передаються, вимогам ліцензій; - ведення та перевірки реєстрації частот; - виявлення, розпізнавання й визначення місцезнаходження джерел несанкціонованих радіовипромінювань та радіо завад; б) сприяння у вирішенні проблем ЕМС при введенні в експлуатацію нових радіосистем, присвоєнні робочих радіочастот і укладенні частотних планів шляхом контролю меж зон обслуговування, параметрів РЕЗ і виявлення джерел радіо завад конкретним радіосистемам; в) сприяння в забезпеченні допустимого рівня радіо завад при прийманні населенням програм телебачення й радіомовлення; г) забезпечення інформацією, яка пов'язана з вирішенням конкретних задач за звертаннями користувачів РЧР, а також для програм міжнародного радіочастотного моніторингу. При радіочастотному контролі, згідно Рекомендацій МСЕ-Р SМ.1050-1, вирішуються задачі: а) вимірювання параметрів і характеристик радіовипромінювань, які включають: - частоту випромінювання; - ширину смуги частот, реально зайнятої сигналом; - рівні побічних і поза смугових випромінювань; - девіацію частоти випромінювання; - рівні підносійних частот; - рівні оточуючих шумів, для вирішення питань щодо додаткового використання РЧС, наприклад, шляхом застосування широкосмугових сигналів; 22 - спеціальні характеристики сигналів для конкретного виду радіослужби, наприклад, телебачення, широкосмугових супутникових передач тощо; - напруженість поля та густину потоку потужності для: - вивчення й підтвердження прийнятих моделей поширення радіохвиль і алгоритмів присвоєння радіочастот; - підтвердження результатів розрахунків відношення рівнів сигнал/завада; - перевірки критеріїв спільного використання частот різними радіо службами; - перевірки результатів аналізу можливого виникнення радіо завад; - оцінки зон обслуговування РЕЗ; б) визначення: - зайнятості смуг частот для перевірки прийнятих правил розподілу й присвоєння радіочастот та можливості повторного використання цих смуг; - класу випромінювання для оцінки параметрів модуляції; відповідності присвоєним значенням радіочастоти випромінювання ширини смуги радіочастот, реально зайнятої сигналом, девіації частоти випромінювання, рівнів підносійних частот; в) проведення аналізу параметрів та характеристик радіовипромінювань з метою: - ідентифікації джерел недопустимих радіо завад; - перевірки відповідності ідентифікаційних сигналів (позивних) національним і міжнародним регламентам ідентифікації сигналів; - ідентифікації незареєстрованних РЕЗ; - пеленгації чи визначення місця розташування джерела недопустимої завади або радіопередавача, що працює з порушеннями національних І міжнародних стандартів і регламенту; г) участь у міжнародному радіочастотному моніторингу для виключення взаємних радіо завад між РЕЗ і радіо завад у смугах частот, відведених для подачі сигналів біди та забезпечення безпеки руху; д) надання звітів за результатами радіочастотного контролю для вирішення питань, пов'язаних із розробкою стандартів та нормативних документів па параметри та характеристики радіовипромінювань; 23 е) проведення періодичних інспекційних перевірок засобів зв'язку на їх відповідність технічним, робочим і регламентним умовам, встановленим для регулювання у сфері використання РЧР; є) виявлення проблемних питань для їх додаткових чи більш інтенсивних досліджень; ж) розробка пропозицій, рекомендацій і процедур по виключенню радіо завад. Ефективність радіочастотного контролю визначається: - досконалістю технічних засобів і обладнання радіочастотного контролю та рівнем їх використання; - застосовуваними методиками вимірювань; - функціональним програмним та методичним забезпеченням; - рівнем кваліфікації персоналу; - організацією взаємодії регіональних станцій радіочастотного контролю з центром та між собою; - організацією постановки задач радіочастотного контролю. Аналіз світової практики організації та планування радіочастотного контролю свідчить, що, незважаючи на досить корисні рекомендації МСЕ, єдиної концепції радіочастотного контролю не існує, оскільки ці рекомендації не визначають конкретні критерії його побудови, тому в кожній країні питання організації, планування та практичної реалізації радіочастотного контролю вирішуються по-своєму. В Україні розподіл смуг радіочастот визначається Національною таблицею розподілу смуг радіочастот України, яка є нормативноправовим актом, що регламентує використання частот радіо службами. Згідно статті 27 Закону України "Про радіочастотний ресурс України" міжнародно-правовий захист РЕЗ і РВП України, інтересів держави та користувачів РЧР здійснюється: - за участю у роботі МСЕ, регіональних та інших міжнародних організацій з питань регулювання у сфері використання РЧР; - укладанням двосторонніх чи багатосторонніх міжнародних угод із регулювання у сфері використання РЧР; - міжнародною координацією присвоєнь радіочастот РЕЗ України та інших країн; - реєстрацією у МСЕ присвоєнь радіочастот РЕЗ України. Організаційні засади, порядок проведення міжнародної координації радіочастотних присвоєнь та міжнародно-правовий 24 захист радіочастотних присвоєнь в Україні визначаються "Положенням про порядок здійснення міжнародної координації радіочастотних присвоєнь в Україні". Реалізація міжнародно-правових заходів щодо регулювання у сфері використання РЧР покладається на Адміністрацію зв'язку та радіочастот України, яка залучає для цього інші центральні органи виконавчої влади та Національну раду України з питань телебачення і радіомовлення. В Україні смуги радіочастот переважного використання для потреб національної оборони, державної безпеки, охорони правопорядку становлять до 30 відсотків освоєного РЧР, а решта належить до смуг спільного використання РЕЗ цивільного та військового призначення. Смуги частот для переважного використання РЕЗ цивільного призначення в Національній таблиці розподілу радіочастот не передбачені, тоді як у країнах Європи на такі смуги припадає до 15 - 20 відсотків технологічно освоєного діапазону частот від 300 кГц до 50 ГГц. Такий розподіл РЧР обмежує виділення смуг частот для РЕЗ цивільного використання і стримує розвиток важливих сучасних систем та засобів радіозв'язку народногосподарського призначення, поширених в інших країнах (систем рухомого радіозв'язку загального користування, наземного та супутникового телебачення і радіомовлення тощо). Особливості міжнародної політики колишнього СРСР зумовили значні розбіжності національного розподілу радіочастот з вимогами міжнародного Регламенту радіозв'язку. В результаті чого ця обставина ускладнила освоєння та придбання передових західних технологій радіозв'язку і закупівлю сучасного обладнання, гальмує утворення нових радіо служб, послаблює позицію України в питаннях використання РЧР па міжнародному рівні та стримує розвиток вітчизняної промисловості в галузі виробництва конкурентоспроможних видів радіообладнання, яке відповідає світовому рівню. Оскільки міжнародні стандарти відображають найкращий досвід промисловості, дослідників та споживачів у всьому світі, відповідають загальним потребам у багатьох країнах і є одним із дієвих засобів усунення технічних перешкод у торгівлі, то в останні роки в Україні проводиться інтенсивна робота по прийняттю міжнародних стандартів як національних у відповідності з правилами 25 та настановами, розробленими Міжнародною організацією зі стандартизації (ІSО) та Міжнародною електротехнічною комісією (ІЕС). 2. Електромагнітна сумісність радіоелектронних засобів Зростання кількості радіоелектронних засобів (РЕЗ), а також високочастотних генераторів для промислових, наукових, медичних цілей та електротехнічних засобів які за своїм функціональним призначенням не передбачаються джерелами радіохвиль створюють індустріальні радіо завади. Розширення сфери застосування РЕЗ зумовили поступове насичення радіочастотного спектру (РЧС) електромагнітними полями штучного походження і разом з джерелами радіовипромінювання (ДРВ) природного походження створили проблему електромагнітної сумісності (ЕМС) РЕЗ і радіо випромінювальними пристроями (РВП), яка на даний час стала однією з головних проблем при їх проектуванні та експлуатації. Загалом електромагнітна сумісність це здатність РЕЗ і РВП одночасно функціонувати з обумовленою якістю в реальних умовах експлуатації з урахуванням впливу на них ненавмисних радіо завад без створення недопустимих радіо завад іншим РЕЗ і РВП. 2.1. Причини і шляхи виникнення електромагнітних завад Електромагнітне випромінювання будь-якого радіопередавача зосереджені як у смузі його робочої частоти (основне випромінювання), так і за межами цієї смуги (неосновне випромінювання). І основне, і неосновне випромінювання при використанні, наприклад, направлених антен можуть поширюватися як у напрямку головної пелюстки діаграми направленості, так в бокових та задніх пелюстках. Не зважаючи на те, що підсилення направлених антен в напрямку головної пелюстки досягає 50 дБ, підсилення в напрямках задньої та бокових пелюсток діаграми направленості залишаються досить високими (від мінус 20 до мінус 40 дБ). Внаслідок цього, наприклад, потужні радіолокаційні станції можуть випромінювати по задній та бокових пелюстках потужності, що сягають 1 кВт і більше. Причому в напрямку головної та бокових 26 пелюстках антени випромінюються електромагнітні хвилі як з робочою поляризацією, так і з поляризацією, параметри якої відмінні від робочої. В зв'язку з цим у приймальній антені і послідуючих трактах радіоприймального пристрою (РПП) для виділення електромагнітних коливань робочого радіоканалу необхідно застосовувати різні типи селекції - частотну, просторову, поляризаційну тощо. Умовний розподіл випромінюваного та синтез прийнятого сигналів по частотних і просторових (напрям) каналах та по поляризації наведений на рис. 2.1. Ліві гілки верхньої діаграми, що зображені у виді прямокутників, характеризують потужність, направлену відповідно в робочу смугу частот та в напрямку головної пелюстки діаграми направленості антени і випромінювану у виді електромагнітних хвиль з робочою поляризацією. Праві гілки відповідають випромінюванням неосновних (побічних) каналів. Канали приймання сигналів, із відповідними типами селекції, зображені у виді аналогічної нижньої діаграми синтезу потужності сигналу. Канали, по яких випромінюється й приймається сигнал із необхідною поляризацією в заданій смузі частот у напрямку головної пелюстки діаграми направленості антени, заштриховані, всі інші канали (не заштриховані) характеризують неосновне випромінювання передавача. Нижня частина діаграми ілюструє появу побічних каналів прийому, спричинених недостатньою селекцією прийнятих сигналів. Так, внаслідок недостатньої поляризаційної селекції, разом із прийманням електромагнітних хвиль з робочими параметрами поляризації (ліві гілки діаграми), приймаються і хвилі з параметрами поляризації, відмінними від робочих (праві гілки). Приймання сигналів головною пелюсткою діаграми направленості антени показане лівими гілками просторової селекції. Приймання задньою й боковими пелюстками - правими. Аналогічне позначення каналів і при частотній селекції. Кількість видів селекції може бути збільшене так само, як і при розподілі випромінюваної потужності по каналах, при цьому, застосування селекції за будь-якою новою ознакою веде до збільшення кількості каналів приймання у два рази. В даному випадку так само, як і у верхній частині діаграми, штрихуванням відзначений канал прийому 27 корисного сигналу, не заштриховані канали прийому – неосновні (побічні). Рисунок 2.1. Діаграма умовного розподілу випромінюваної та синтезу прийнятої потужності сигналу 28 Кількість ознак т, за якими здійснюється розподіл каналів випромінюваної потужності, і ознак n, за якими проводиться селекція в РПП, визначають загальну кількість лінійних каналів проникнення до приймального тракту корисного сигналу й сигналів, що заважають прийманню (ненавмисних радіо завад). В загальному випадку це число дорівнює 2т+n. У той же час, при k джерелах електромагнітної енергії, що формують електромагнітну ситуацію на вході одного радіоприймача, кількість каналів проникнення сигналів і ненавмисних завад до його приймального тракту прогресивно збільшується й стає рівним уже k•2т+n. Наприклад, для випадку, зображеному на діаграмі, де т = п = 3 k = 1, кількість каналів, по яких випромінювання РЕЗ, що заважає нормальному прийманню сигналів і може проникати в приймач, дорівнює k·2т+n = 1∙ 2 33 =64. При k = 2 їх кількість збільшується до 128, при k = 3 - до 192. Збільшення кількості видів розподілу та селекції супроводжуються не тільки збільшенням числа каналів проникнення сигналів і радіо завад, а і зменшенням потужності, що поступає по кожному з цих каналів. Поліпшення якості хоча б одного з видів селекції або усунення хоча б одного поділу каналів, як видно з наведеної діаграми суттєво покращує умови приймання корисного сигналу і збільшує достовірність прийнятої інформації. Електромагнітна ситуація залежить також і від випромінювань, які супроводжують основне випромінювання, наприклад, радіопередавача і проявляються завдяки нелінійним властивостям вольт-амперних характеристик його окремих елементів. Це додатково ускладнює реальну електромагнітну обстановку в місці приймання сигналу. Таким чином, щоб домогтися ЕМС при необхідності одночасної роботи більшої кількості РЕЗ у тому ж радіочастотному просторі, необхідно підвищити електромагнітну ефективність РЕЗ, тобто поліпшити ті чи інші параметри випромінювання та/або прийому. В ідеальному випадку, поліпшуючи ці параметри РЕЗ і доводячи їх до досконалості, а також забезпечуючи оптимальність "розміщення" частот РЕЗ у радіочастотному просторі, можна отримати його максимальну місткість. За таких ідеальних умов передавальні РЕЗ випромінюють тільки необхідні сигнали в необхідній смузі частот і з мінімальною потужністю тільки в задану точку простору, а приймальні РЕЗ здійснюють приймання сигналів на частоті налаштування і тільки із заданого напрямку. Ці умови є найкращим способом використання РЧР, забезпечуючи його максимальну ефективність. 29 2.2. Завади штучного походження Суттєвий внесок у формування електромагнітної обстановки вносять різного роду завади - електромагнітні випромінювання, які перешкоджають нормальному прийманню чи передаванню радіосигналів. Завади бувають штучного та природного походження. Загалом, під час проведення аналізу ЕМС потрібно враховувати всі можливі види завад проте пошук джерел завад штучного походження має першорядне значення оскільки ці джерела, якщо вони виявлені, завжди можна усунути за допомогою технічних або організаційних заходів з забезпечення ЕМС, оскільки джерелами завад штучного походження є пристроями створеними людиною. За характером впливу завади штучного походження рис.2.2 поділяються на ненавмисні та навмисно організовані (навмисні). У свою чергу, ненавмисні завади за їх походженням поділяються на: − міжсистемні, що діють між РЕЗ різних радіосистем; − системні, що діють усередині систем, наприклад, в окремих трактах та/чи блоках одного і того ж РЕЗ; − індустріальні, що зобов'язані своїм походженням електричним та електронним пристроям, які не містять високочастотні тракти. Міжсистемні завади поділяються на: − завади обумовлені основним випромінюванням РЕЗ призначеним для передачі сигналів і функціонування якого здійснює шкідливий вплив на даний РЕЗ; − завади обумовлені побічним (небажаним) випромінювання, яке виникає в РЕЗ за межами робочої смуги частот. Якщо поява міжсистемних завад пов'язана з випромінюванням, поширенням та прийманням електромагнітних хвиль, то системні завади наводяться на ті чи інші елементи РЕЗ найрізноманітнішими шляхами, в тому числі і через навколишній простір за допомогою електромагнітних хвиль. Системні завади поділяються на: − паразитні наведення, що обумовлені основним видом електромагнітних коливань в окремих вузлах радіосистеми; − завади, які виникають під впливом власного побічного випромінювання РЕЗ; − контактні завади; 30 − завади, обумовлені перехідними процесами в трактах РЕЗ та самозбудженням їх окремих вузлів. Рис. 2.2. Класифікація завад штучного походження Паразитні наведення - це електромагнітні коливання, які появляються в будь-яких частинах радіосистеми за рахунок зв'язків з іншими частинами цієї системи і не передбачені ні принципом дії, ні схемою, ні конструкцією даного РЕЗ. Завади, обумовлені власним випромінюванням РЕЗ, поступають на вхід, наприклад, радіоприймача і в окремі його вузли з навколишнього середовища. Ці завади відрізняються від міжсистемних більш сильними зв'язками між передавальною антеною та приймачами завад, а від паразитних тим, що шлях по якому передається ця завада, включає до себе навколишній простір та приймальну чи передавальну антену. 31 Конта ктні завади створюються внаслідок випромінювання електромагнітних хвиль струмопровідними контактами при дії на них електричного, магнітного полів. Найчастіше таке випромінювання виникає при дії електромагнітного поля на контакти зі змінним опором. Рівень та характер контактних завад залежать від потужності та частотного спектру первинного електромагнітного поля. Особливістю контактних завад є те, що їх джерелами служать пасивні елементи. Можна виділити такі основні механізмами утворення контактних завад, а саме: - нелінійна залежність магнітної індукції від зміни напруженості зовнішнього магнітного поля, яка характерна для матеріалів на основі заліза; - нелінійні властивості контактів утворених оксидованими поверхнями та металевими контактами. Контактні завади необхідно особливо враховувати при розміщенні радіоелектронних засобів та радіо випромінюючих пристроїв на рухомих об'єктах. Перехідні процеси характеризуються достатньо широким спектром коливань. Дана обставина збільшує кількості можливих шляхів передачі окремих складових спектру від джерела випромінювання до того чи іншого вузла, елемента схеми радіоелектронного засобу. Саме це і зумовлює появу специфічних завад у колах радіоелектронних засобів рис.2.2. Завади, обумовлені самозбудженням, виникають внаслідок виникнення паразитної генерації електромагнітних коливань електричними колами, які не призначені для цих цілей. Паразитне збудження порушує функціонування радіоелектронних вузлів, в яких воно виникає, і може стати джерелом наведень для інших блоків та пристроїв РЕЗ. Індустріальні завади − це електромагнітні явища, спектральні складові яких знаходяться в смузі радіочастот, а джерелами є електричні й електронні пристрої різного призначення. Вони, поширюючись по дротах чи у відкритому просторі, погіршують роботу радіоелектронного обладнання й каналів передавання радіосигналів. У відповідності з ГОСТ 16842 джерела індустріальних завад поділяються на одинадцять груп: - електричні пристрої побутового, комунального та іншого призначення, які експлуатуються в житлових приміщеннях або 32 підключаються до їх електромереж (пило всмоктувачі, холодильники, електропраски, кухонні плити, електродвигуни швейних машин, електроінструменти, ліфти, касові апарати тощо); - наземний міський та залізничний електротранспорт (трамваї, тролейбуси, електровози тощо); - системи запалювання в двигунах внутрішнього згоряння (автомобілів, мотоциклів, моторних човнів, бензинових пилок, газонокосарок тощо); - високочастотні установки промислового, наукового, медичного та побутового призначення; - лінії електропередач та електричні підстанції; - світильники з газорозрядними (люмінесцентними) лампами; - електричні пристрої, що живляться від промислових систем і експлуатуються за межами житлових приміщень; - пристрої дротового зв'язку; - телевізійні та радіомовні приймачі; - електричні пристрої та обладнання, які експлуатуються разом із службовими радіоприймальними пристроями; - обладнання обчислювальної техніки та інформатики. Амплітудні, частотні, часові та просторові характеристики електромагнітного поля індустріальних завад в значній мірі визначаються їх джерелом. Випромінювані завади характеризуються напруженістю електричного чи магнітного поля або поверхневою густиною потужності (на частотах понад 1 ГГц). Діючи на ті чи інші радіоелектронні засоби, індустріальні завади можуть збільшити рівень шумового радіовипромінювання та ширину смуги частот випромінювання, спотворити тим самим корисний сигнал. Значний вплив на електромагнітну обстановку здійснюють групи індустріальних завад вказані на рис. 2.2. Системи запалювання двигунів внутрішнього згоряння генерують майже періодичні імпульсні сигнали складної форми. Цей вид завад особливо суттєвий на шляхах з інтенсивним автомобільним рухом. Середньостатистичні дані свідчать, що ці завади необхідно враховувати при умові якщо віддаль до транси з інтенсивним автомобільним рухом менше 80 м. Величина напруженості електромагнітного поля створюваних системи запалювання двигунів внутрішнього згоряння різко зменшується на частотах понад 1 ГГц, а максимум її знаходиться 33 на частотах близько 30 МГц. Середнє значення напруженості поля випромінювань від групи автомобілів складає близько 10 дБмкВ/м. Завади від ліній електропередач в основному проявляються у вигляді випадкових імпульси тривалість яких більша а частота слідування менша ніж відповідні параметри імпульсів генерованих системами запалювання. Причиною виникнення таких завад є електричні розряди і високочастотні перехідні процеси. Максимальної інтенсивності Рівень завад від ліній електропередач досягає максимуму при опадах у вигляді дощу, мокрого снігу і високій відносній вологості повітря. В сухих районах інтенсивність завад росте у зв'язку з ростом турбулентності потоків повітря і підвищеною сонячною радіацією. Завади такого виду поширюються вздовж лінії електропередачі, а їх спектр знаходиться в межах від міріаметрового діапазону (дуже низькі частоти) до метрового (високі частоти). Рівень напруженості електромагнітного поля завад від ліній електропередач змінюється в межах від 40 до 160 дБмкВ/м і залежить від рівня напруги в лінії та відстані від неї. Напруженості електромагнітного поля спадає обернено пропорційно квадрату відстані від лінії електропередачі. Завади від зварювальних апаратів та промислових нагрівальних пристроїв можуть мати високу інтенсивність, їх спектр частот займає гектометрові (область середніх частот) та декаметрові (область високих частот) діапазони, причому частоти гармонік генерованих деякими зварювальними апаратами можуть досягати одиниць гігагерц. Найбільшої інтенсивності електромагнітне поле завад створюється в межах частот 750 кГц, 3 і 20 МГц. Напруженість поля радіо завад на відстані 300 м від джерела завади сягає 20 дБмкВ/м, причому їх рівень обернено пропорційний відстані від джерела до місця спостереження в ступені 3/2. Завади від електротранспорту виникають при порушенні контакту між струмопровідними дротами і знімачами струму. Спектр завад міського електротранспорту досягає 30 МГц, а електропотягів зосереджується в більш високочастотному діапазоні. До інших джерел індустріальних завад відносяться різноманітні електромеханічні пристрої, які в процесі своєї роботи збуджують електромагнітні поля. Велика кількість електротехнічних установок діючих у містах та промислових центрах створює досить високий рівень індустріальних завад. Характерною особливістю цих електромагнітних полів є те, що їх інтенсивність зменшується з подвоєнням відстані до 34 джерела не на 6 дБ, що властиво для поля випромінювання антени, а приблизно на 16 дБ. На поширення хвиль від джерел радіо завад суттєво впливає рельєф земної поверхні, характер рослинності, наявність на шляху поширення сторонніх предметів тощо. 2.3. Завади природного походження До завад природного походження рис.2.3 відносяться електромагнітні завади, джерелами яких є природні фізичні явища. Внутрішні шуми - це електромагнітні коливання, виникнення яких обумовлено дискретністю заряду носіїв електрики. Домінуючий вид шуму визначається будовою речовини, фізичною сутністю електричних струмів електронних приладів, якістю та чистотою матеріалів, що застосовуються при виготовленні елементів електронних схем та електронних приладів. Шуми по суті є послідовність дуже коротких імпульсів, що повторюються хаотично й у великій кількості. Джерелами внутрішніх шумів є всі елементи РЕЗ. Одним із джерел внутрішніх шумів є тепловий рух електронів, а завади, які виникають при цьому, називаються тепловим шумом. Тепловий шум виникає у всіх елементах, які мають активний опір, внаслідок теплового хаотичного руху вільних електронів в цих елементах. Характерними особливостями теплового шуму є постійність густиною його шумової напруги в дуже широкому частотному діапазоні (від нуля до міліметрових хвиль) та значна залежить від величини температури. Дробовий шум переважно виникає в електронних лампах, напівпровідникових приладах і обумовлений флуктуаціями протікаючого струму відносно деякого середнього значення. Ці флуктуації пов'язані з дискретною природою електричного струму та випадковим характером емісії носіїв заряду. Спектральна густина дробового шуму постійна в широкому частотному діапазоні. Шуми поверхневого ефекту проявляються в різних електронних пристроях. Їх характерною властивістю є обернено пропорційна залежність густини розподілу потужності від частоти f, тому ці шуми часто називають низькочастотними. Фізична природа цих шумів дуже різноманітна, так, наприклад, в електронних лампах виникнення поверхневих шумів (флікер-шумів або шумів мерехтіння катода) обумовлене змінами фізико-хімічного стану матеріалу катода. Оскільки 35 при цьому змінюється емісійна здатність окремих ділянок катода, то нестабільність емісії призводить до низькочастотних флуктуацій струму. На частотах близько десятка Гц флікер-шуми переважають на декілька порядків дробові шуми, але на частотах понад 1 кГц уже дробові шуми переважають флікер-шуми. В напівпровідникових приладах поверхневі шуми помітні до частот 1...10 кГц. У композиційних резисторах та вугільних мікрофонах ці шуми виникають через недосконалість контактів між окремими сплавленими між собою частками матеріалу, а в різного роду перемикачах, контакторах, реле - внаслідок наявності контактних з'єднань різних матеріалів. Тому ці шуми часто називають контактними. Рис.2. 3. Класифікація завад природного походження 36 Шуми струморозподілу виникають в електронних приладах та лампах внаслідок хаотичних змін траєкторій електронів і викликаних цим флуктуацій коефіцієнтів струморозподілу. Шуми вторинної емісії обумовлені випадковим характером виходу вторинних електронів з електродів. Їх амплітуда розподілена по нормальному закону, а спектральна густина не залежить від частоти. Імпульсний шум пов'язаний з виробничими дефектами напівпровідникових приладів та інтегральних схем і проявляється у вигляді неперіодичних імпульсів тривалістю від декількох мікросекунд до секунд. Середня швидкість повторення імпульсів коливається від одного за хвилину до декількох сотень за секунду. Амплітуда імпульсів для конкретного напівпровідникового пристрою стабільна і набагато перевищує амплітуду теплових шумів. Густина розподілу потужності пропорційна 1/f 2. Імпульсний шум усувається покращенням технології виробництва. Шуми генерації та рекомбінації (генераційнорекомбінаційний шум) носіїв спостерігаються в напівпровідникових приладах. Цей різновид шуму є широкосмуговим і обумовлений флуктуаціями концентрації носіїв, пов'язаної із статистичним характером їх генерації та рекомбінації. Джерела неземних шумів, як випливає з їх самої назви, знаходяться за межами Землі та її атмосфери. Радіовипромінювання Сонця є джерелом найбільш інтенсивного неземного шуму. Розрізняють дві компоненти цього шуму: теплове радіовипромінювання спокійного Сонця та спорадичне нетеплове. Перша компонента - теплове радіовипромінювання іонізованої атмосфери Сонця є джерелом радіохвиль міліметрового, сантиметрового, дециметрового та метрового діапазонів. Воно є основним у періоди мінімуму сонячної активності. Спорадичне нетеплове проявляється як раптове збільшення інтенсивності (спалахів) радіовипромінювання й охоплює практично весь радіочастотний спектр, починаючи від сантиметрових хвиль. Радіовипромінювання Місяця носить тепловий характер і охоплює в основному діапазони сантиметрових та міліметрових хвиль. Космічне радіовипромінювання поділяється на розподілене та радіовипромінювання дискретних джерел. Розподілене радіовипромінювання спостерігається з усіх точок небесної сфери. З дискретних джерел вирізняють джерела теплового радіовипромінювання, 37 найбільш інтенсивними з яких є туманності Омеги та Оріону, та нетеплового радіовипромінювання залишків спалахів понад нових зірок та радіогалактик, які також є потужними джерелом радіовипромінювання. Найбільш висока інтенсивність радіовипромінювання характерна для радіогалактики Лебідь-А та ДіваА. Наприклад, у метровому діапазоні хвиль радіогалактика Лебідь-А створює майже такий потік енергії, як і Сонце, хоча віддалена від Землі в 3 ·1013 рази далі. Внесок космічного шуму може бути суттєвим у частині шумів, що приймаються антенами радіоелектронних засобів, які розміщені в районах із низьким рівнем шумів, наприклад, у високих широтах. Радіовипромінювання планет Сонячної системи близьке за характером до теплового і займає міліметровий та сантиметровий діапазони. Атмосферні завади своїм походженням зобов'язані фізичним явищам, які відбуваються в земній атмосфері. Грозові розряди відбуваються між хмарами та землею під дією високих статичних напруг, які досягають мільйонів вольт, внаслідок чого струм електричного розряду може досягати декількох сотень тисяч ампер і створювати інтенсивні електромагнітні поля. Тривалість розряду знаходиться в межах τ = (0,1...0,3) мс. Амплітуда спектральних складових імпульсу із збільшенням частоти спадає. Найбільше значення амплітуди відповідає частотам які знаходиться в межах від З до 10 кГц. Основним джерелом завад від грозових розрядів є тропічні грози екваторіальних Америки й Африки та району Зондських островів (до Зондських островів відносяться чотири великих острова Суматра, Ява, Калімантан та Сулавесі, та низка прилеглих до них дрібних островів). Радіохвилі, що виникають в процесі гроз, поширюються на значні відстані. На частотах, більш високих, ніж максимальна частота відбитої від іоносфери радіохвилі утвореної тропічними грозами, джерелами завад є місцеві грози. В різних регіонах земної кулі в будь-який момент відбувається близько двох тисяч гроз, що обумовлює квазістаціонарний характер завад від грозових розрядів. Рівень грозових шумів повільно змінюється протягом доби та року. Для прогнозу рівня завад користуються спеціальними картами, на які нанесені медіанні рівні завад на частоті 1 МГц для чотирьох пір року та шести добових інтервалів часу. 38 Статичні розряди виникають при накопиченні електричних зарядів під час метеорологічних опадів та при електризації приймальних антен. Ці завади є широкосмуговими і залежать від особливостей конструкції приймальної антени та умов її роботи. Їх інтенсивність пропорційна силі вітру і найчастіше вони виникають в радіоприймачах літальних апаратів. Радіовипромінювання атмосфери найбільш відчутні в діапазоні метрових та більш коротких хвиль. Джерелами електромагнітного випромінювання атмосфери є молекули кисню та водяної пари. Атмосферні шуми у діапазоні від 10 до 20 ГГц переважають над космічними. Теплове випромінювання Землі за характером походження близьке до теплового випромінювання атмосфери, Наступна група завад природного походження пов'язана з поширенням радіохвиль, їх дія проявляється в коливаннях (затуханнях) рівня корисного сигналу, та його спотворенні. Затухання радіохвиль відбуваються внаслідок інтерференції деякої (порівняно невеликої) кількості радіохвиль які доходять в дану точку простору від одного і того ж джерела випромінювання різними шляхами При відбитті радіохвиль від об'єктів, положення яких змінюється в часі або змінюються їх електричні параметри чи конфігурація, спостерігається дискретна флуктуаційна багатопроменевість. Внаслідок нестабільності умов відбивання змінюється і кількість радіохвиль, що приходять в дану точку простору, а також їх фазові та амплітудні співвідношення. В результаті електромагнітне поле в місці приймання зазнає значних коливань амплітуди напруженості поля. Затухання радіохвиль найбільш сильно проявляється в діапазонах гектометрових та декаметрових хвиль. Наприклад, в гектометровому діапазоні напруженість поля сигналу змінюється в десятки разів, а тривалість затухань досягає десятків секунд. На хвилях коротших 10м завмирання обумовлені відбиванням та послідуючою інтерференцією радіохвиль, спостерігаються в районах з інтенсивним рухом транспорту. Внаслідок відбивання радіохвиль їх поширення відбувається багатьма траєкторіями і це призводить до появи додаткових завад та спотворень сигналів. Через відмінність довжин шляхів поширення різних променів радіохвиль один з променів може настільки запізнюватися по відношенню до другого, що виникають повторення результуючого сигналу, які порушують роботу, наприклад, фототелеграфних та радіотелеграфних систем. 39 При розсіюванні радіохвиль спостерігається дифузійна багатопроменевість. Типовим прикладом завад такого типу є затухання сигналу в каналах зв'язку, що використовують розсіювання радіохвиль неоднорідністю електричних характеристик тропосфери або іоносфери. Зміна напруженості поля в місці приймання при тропосферному поширенні радіохвиль має нестаціонарний характер, а при іоносферному розсіюванні спостерігається швидка флуктуація сигналу. Крім затухань, виникають спотворення сигналів, які обумовлені неодночасністю надходження радіохвиль в дану точку простору. При цьому спостерігаються флуктуації групового часу запізнення та амплітудно-частотні спотворення. Завади, обумовлені флуктуаціями поглинання радіохвиль, також проявляються у виді завмирань. Причинами флуктуацій поглинання радіохвиль є зміни інтенсивності метеорологічних опадів уздовж шляху їх поширення, а також коливання коефіцієнту поглинання при зміні стану різних шарів атмосфери, флуктуації довжини шляху поширення радіохвиль в поглинальних шарах тощо. Обертання площини поляризації відбувається при поширенні радіохвиль в іоносфері внаслідок ефекту Фарадея. Оскільки електронна концентрація іоносфери на шляху поширення радіохвиль безперервно змінюється, то в місці приймання радіохвиля має випадкові поляризаційні характеристики, тому використання лінійнополяризованих антен спричинює поляризаційну неузгодженість і рівень сигналу коливається. У тропосфері внаслідок різноманітних причин метеорологічного характеру відбувається зміна вертикального градієнта діелектричної проникності, що призводить до зміни умов рефракції радіохвиль, при цьому також змінюються траєкторії окремих променів сигналу. Якщо радіохвилі в пункт приймання надходять, поширюючись поблизу якихось перешкод, то зміна траєкторії викликає зміну рівня напруженості поля. Повільні завмирання сигналу, що обумовлені дифракційним ослабленням унаслідок зміни траєкторії променю, досягають 20...30 дБ і тривають від кількох десятків хвилин до декількох годин. Більш швидкими є завмирання, що обумовлені інтерференцією між прямим і відбитим від поверхні Землі променями, їх тривалість не перевищує декількох десятків хвилин. 40 Спотворення сигналів за рахунок ефекту Доплера спостерігаються в лініях радіозв'язку, що використовують розсіювання радіохвиль на неоднорідностях іоносфери або ретрансляцію через штучні супутники Землі. У зв'язку зі швидким переміщенням супутника або турбулентних неоднорідностях в іоносфері відбувається зміна частоти сигналу внаслідок ефекту Доплера - доплерівська зміна частоти. Максимальна зміна, на частоті 50 МГц, може скласти 6 кГц. При проведенні радіозв'язку через штучні супутники допплерівський зсув частоти змінюється за відомим законом і може враховуватися завчасно. Запитання 1. В чому суть ефекту Доплера? 2.Чи спостерігається явище завмирання сигналів у випадку систем мобільного зв’язку? 3.Чи створює мікрохвильова пічка завади системам радіозв’язку? Опишіть принцип роботи мікрохвильової пічки. 4. Дизельні двигуни є джерелом завад? 5. Назвати приклади виникнення статичних розрядів. 6. Які елементи (вузли) колекторних двигунів можуть бути джерелами завад? 7. Яка фізична природа існування шумів? 8. Чи залежить інтенсивність теплового шуму від величини опору елемента схеми? 41 3. Радіопротидія. 3.1. Загальні відомості. 3.1.1 Класифікація завад. Різноманітні радіоелектронні засоби не можуть бути подавлені завадами лише одного виду. Необхідна ефективність подавлення роботи радіоелектронних засобів (РЕЗ) певного виду може бути досягнута лише при використанні спеціальних видів сигналів завад . Для подавлення РЕЗ одного і того ж виду і класу, але наприклад з різними видами сигналів та способах їх обробки, застосовують відмінні один від одного види сигналів завад. Класифікацію сигналів завад здійснюють за різними критеріями. Один з таких критеріїв це походження сигналів завад. За цим критерієм розрізняють неорганізовані (природні, ненавмисні) та організовані (штучного походження). Неорганізовані сигнали завад виникають внаслідок відбивання електромагнітної енергії від місцевих предметів, хмар, краплин дощу, а також від блискавок, електромагнітного випромінювання сонця, космічного простору від радіовипромінювання промислових установок і т.д. Сюди ж відносяться завади створювані власними шумами приймальних пристроїв, взаємні завади РЕЗ, які працюють на близьких або співпадаючих частотах. Організовані завади створюються спеціальною апаратурою розробленою для подавлення РЕЗ. В подальшому будемо розглядати характеристики організованих завад. За видом засобів створення завад розрізняють активні і пасивні завади. Активні завади створюються передавачами завад і випромінюються в ту область простору де розміщені РЕЗ дію яких необхідно подавити. Пасивні завади формуються за рахунок відбивання сигналів випромінюваних подавлюваними РЕЗ від штучно створюваних відбиваючих об’єктів, наприклад хмара з відбиваючих диполів (ХВД) або зміна властивостей середовища розповсюдження радіохвиль і т.п. за характером впливу завади підрозділяють на маскуючи, імітуючи та подавляючи. 42 Рис. 3.1.1. Формування пасивних завад. Маскуючі завади погіршують характеристики подавлюваних РЕЗ. Створюють наприклад на екранах індикаторів маскуючий фон, який утруднює або повністю виключає виявлення об’єктів, виділення корисних сигналів відбитих від цілі. Не позволяє виміряти з потрібною точністю параметри сигналів, які несуть інформацію просторового розміщення, параметри руху і т.д. в термінах теорії виявлення цілей, можна сказати що ймовірність вірного виявлення цілі при дії маскуючи завад може бути знижена практично до нуля. З ростом потужності завади її маскуючи дія зростає. Імітуючи (дезінформуючі) завади створюють на вході подавлюваного РЕЗ сигнали подібні до корисних, але містять невірну інформацію про той чи інший інформаційний параметр. Це вводить в оману оператора збільшуючи ймовірність помилки в оцінці ситуації наближаючи її до одиниці. Для подавляючи завад заснована на тому, що підсилювальні тракти реальних РЕЗ характеризуються обмеженим динамічним діапазоном вхідних сигналів. Тому можна створити певний рівень потужності сигналу завади на вході РЕЗ. При якому приймальні канали втрачають можливість виконувати свої функції по відношенню корисної інформації. Особливо сильно при цьому перевантажуються останні каскади підсилювачів проміжної частоти, робоча точка яких внаслідок 43 дії потужної завади виходить за межі лінійної ділянки амплітудної характеристики і корисний сигнал подавляється завадою. В спрощеному вигляді дія подавляючої завади показана на рис. 3.1.2. де зображена амплітудна характеристика приймача (а) і часові діаграми на його вході (б) і виході (в). Рис. 3.1.2 Вплив подавляючої завади на приймальний пристрій а – амплітудна характеристика, б – вхідні сигнали, в – вихідні сигнали. В інтервалі часу від 0 до t1 на вході РЕЗ є корисний сигнал, який не виходить за межі лінійної ділянки амплітудної характеристики, а робоча точка РТ1 знаходиться на її середині. Отже і перевантаження приймача немає. В інтервалі часу від t1 до t2 на вхід приймача поступає адитивна суміш корисного сигналу і потужної завади. Робоча точка РТ2 переміщується до границі лінійної ділянки, або навіть за її межі. При цьому приймач перевантажується і на його виході корисний сигнал відсутній. За ознакою використання розрізняють завади сомоприкриття (самозахисту) або групового захисту. В першому випадку, коли об’єкт сам містить джерело завади, реалізується так званий індивідуальний захист (самозахист) об’єкту. 44 Рис.3.1.3. Індивідуальний захист об’єкту Рис. 3.1.4. Груповий захист об’єктів. В другому випадку джерело завад розміщують на одному з об’єктів, що входить до групи об’єктів які необхідно захистити. Частіше всього об’єкт з випромінювачем завад розміщують за межами границі його фізичної досяжності. При цьому джерело сигналу (сигналу радіопротидії) групового захист має спеціальну назву, назву джерела „закордонної” завади. При такій методиці організації роботи засобів радіопритидії суттєво підвищується їх живучість. За стелінню перекриття частотного діапазону завади підрозділяють на загороджувальні та прицільні. 45 Загороджувальні завади (ΔF3 ) мають широкий спектр частот який значно перевищує смугу (Δfn) подавлюваного приймача (ΔF3>> Δfпр) Рис. 3.1.5 Загороджувальна завада. Завадами такого типу можна подавлювати декілька РЕЗ дислокованих в одному районі і працюючих на близьких частотах. Для створення таких завад достатньо наближено знати діапазони робочих частот РЕЗ. До недоліків нагороджуваних завад можна віднести малу ефективність використання енергії передавача завади, оскільки лише незначна частина потужності передавача попадає на вхід подавлюваного приймача. Наближено вона рівна відношенню смуги пропускання приймача Δfпр до ширини спектру сигналу завади (ΔFзав ): g f пр Fзав . (3.1.1) З урахуванням цього співвідношення можна визначити густину потоку потужності сигналу завади на вході подавлюваного приймача: kЄn g , (3.1.2) де k – коефіцієнт пропорційності, Єn – енергетичний потенціал передавача завади його можна визначити з виразу: Є n Pз K па , (3.1.3) де Pз - потужність передавача завади, K па – коефіцієнт підсилення передаючої антени. Підставивши значення g із рівняння (3.1.1) в (3.1.2) отримаємо: 46 fn k Відношення Єn Sз Fз Є n f пр Fзав . називають (3.1.4) спектральною густиною потужності сигналу завади і виражають в [Вт/МГц]. Якщо, наприклад потужність передавача сигналу Pз =1кВт, коефіцієнт підсилення передаючої антени K па =10, а ширина спектру частот які випромінює джерело завади K па =103МГц то спектральна густина буде рівна Sз=10Вт/МГц. При створенні сигналу завади необхідно, щоб спектральна густина потужності була достатньою для ефективного подавлення даного РЕЗ. Це особливо важливо при створенні маскуючи завад. Забезпечення необхідного рівня спектральної густини потужності передбачає наявність потужного передавача, який суттєво збільшує загальні малогабаритні характеристики засобів радіопротидії. Тому загороджувальні завади доцільно створювати переважно для забезпечення групового захисту об’єктів. Прицільні завади характеризуються відносно вузьким спектром частот який спів розмірний з смугою пропускання подавлюваного РЕЗ рис.3.1.6. Рис.3.1.6. Прицільна завада. Середня частота спектру сигналу радіо протидії повинна по можливості співпадати з несучою частотою подавлюваного РЕЗ. В цьому 47 випадку потужність передавача прицільної завади використовується більш ефективно. Відсутність даних про величину частоти несучих коливань подавлюваного РЕЗ суттєво ускладнює систему керування передавачем прицільної завади оскільки вимагає високочастотних генераторів з швидким переналагодженням частоти несучих коливань в широкому діапазоні. До того ж прицільна завада подавлює лише якийсь один РЕЗ. Основною перевагою методу прицільної завади є те, що необхідну спектральну густину потужності сигналу завади можна забезпечити при значно меншій загальній потужності передавача. Для отримання спектральної густини потужності такої ж як у випадку формування загороджувальної завади Sз=10Вт/МГц при K па =10 і ΔF3 = Δfпр= 5 МГц достатньо мати передавач потужністю P S з Fз 5Вт . K na Отже у випадку прицільної завади потужність передавача може бути в двісті разів меншою ніж у випадку передавача загороджувальної завади. Цей фактор був вагомим аргументом на користь застосування методу прицільних завад на літаючих об’єктах. За видом випромінювання завади можуть бути неперервні та імпульсні. До неперервних завад відносять високочастотні неперервні коливання модульовані за амплітудою, частотною або фазовою. В ряді випадків використовують одночасно амплітудну та кутову (частотну або фазову) модуляції. У відповідності з видом модуляції розрізняють амплітудно-модульовані (АМ), частотно-модульовані (ЧМ) або амплітудно-частотно-модульовані (АЧМ) завади. В якості модуюючого сигналу може використовуватись шумовий сигнал. В цьому випадку реалізуються неперервні шумові завади. Імпульсні завади створюються у вигляді серії немодульованих або модульованих високочастотних імпульсів. 3.1.2. Особливості тактики застосування засобів радіопротидії. Отримане використання засобів радіопротидії можливе при умові, що в системі захисту об’єкту є засоби радіотехнічної розвідки інформація якої глибоко і всесторонньо аналізується. Засоби протидії слід розглядати лише як один з вагомих факторів захисту об’єктів. Захищеність об’єктів суттєво підвищується, якщо прийняті загальні міри по зниженню вразливості об’єкту. Знижено рівень 48 власних радіо- та тепло випромінювань, обмежено роботу випромінюючих систем, зменшено ефективну поверхню розсіювання і т.д. Cюди ж слід віднести визначення оптимальних моментів ввімкнення засобів радіопротидії. Якщо передавач сигналу радіопротидії буде ввімкнено надто рано то сигнал протидії буде виявлений подавлюваним РЕЗ на більшій віддалі ніж та віддаль на якій подавлюваний РЕЗ може отримувати відбитий від захищуваного об’єкту сигнал. Це пояснюється тим, що в точці розміщення подавлюваного РЕЗ сигнал радіо протидії значно потужніший сигналу відбитого від захищуваного об’єкту. В цьому випадку захищуваний об’єкт буде виявлений набагато раніше ніж би це було можливо з допомогою сигналів подавлюваного РЕЗ. Отже в останнього є часовий запас для прийняття контрмір. Пізнє ввімкнення засобів радіопротидії може привести до того, що подавлюваний РЕЗ уже виявить захищуваний об’єкт і забезпечить його стійкий супровід. Тобто постійно матиме інформацію наприклад про параметри руху захищуваного об’єкту. В зв’язку з цим існує певний оптимальний інтервал віддалі в межах якої необхідно вмикати засоби радіопротидії (РП). Як правило цей інтервал становить 1,2 ÷ 1,3 Rmax , де Rmax – максимальна дальність дії подавлюваного РЕЗ. Основним критерієм ефективності роботи засобів радіо протидії є цілісність захищуваного об’єкту. Позитивний кінцевий результат досягається за рахунок оперативної оцінки ефективності засобів радіо протидії в реальному часі, тому необхідно своєчасно адаптувати характеристики сигналів завад до змін обстановки. Для цього необхідно здійснювати неперервний контроль за роботою зондуючи (опромінюючих) РЕЗ (радіолокаторів) тобто приймати зондуючи сигнали під час роботи передавача сигналу РП і по реакції подавлюваних РЕЗ визначати моменти зміни режимів їх роботи. Інформація отримана при прийомі зондуючи сигналів під час роботи передавачів сигналів РП може бути використана за рахунок таких мір: 1) більш точне налагодження передавача сигналу РП на частоту і напрям зондуючого випромінювання; 2) ввімкнення передавачів сигналів РП тільки на період роботи опромінюючих (зондуючих) РЕЗ; 3) виявлення нових опромінюючих сигналів під час випромінювання сигналів РП; 49 4) постійне підстроювання параметрів сигналу РП у відповідності із змінами параметрів сигналу опромінення. Забезпечення можливості прийому опромінюючого сигналу під час роботи передавача сигналу РП може бути здійснене декількома способами. Розглянемо способи які отримали найбільше розповсюдження: 1. забезпечення надійної „розв’язки” між приймаючою та передаючою антенами. Для забезпечення максимальної „розв’язки” (мінімального впливу випромінюваного сигналу радіо протидій на умови приймання зондую чого сигналу) застосовують самі різноманітні методи і розміщують антени на максимально можливій віддалі одна від одної, використовують екрани між антенами, використовують передаючу і приймаючу антени з гострими діаграмами направленості і т.д. якщо застосовані методом не забезпечують „розв’язки” при якій було б можливо неперервно приймати сигнал зондуючої станції то використовують періодичне вимикання або зміну частоти сигналу радіопротидії. 2. вимикання передавача сигналу РП здійснюється на короткі інтервали часу, за які здійснюється прийом зондуючи сигналів подавлюваного РЕЗ. Паузи у випромінюванні сигналів завад повинні бути якомога менші, щоб зменшити ймовірність виявлення захищуваних об’єктів. Величина коефіцієнту заповнення g 1 де 1 – часовий 1 2 інтервал роботи передавача сигналу завади, повинна бути не менше 0,99. слід уникати строго періодичного режиму керування передавачем сигналу завади. Оскільки такий режим позволить синхронізувати роботу подавлюваного РЕЗ. 3. Короткочасна зміна частоти передавача сигналу завади під час якої здійснюється прийом зондую чого сигналу РЕЗ. 4. Компенсація сигналу завади в приймальному тракті системи радіопротидії. Компенсація основана на відмінності спектрів сигналів зондування і сигналів завад. 50 Рис. 3.1.7 Компенсація сигналу завади на вході приймача системи радіопротидії. Реалізація способу компенсації рис.3.1.7. полягає в тому, що частина потужності передавача сигналу завади подається через фазоповертач (ФП) в компенсатор (КОМ) ввімкнений на вході приймача. При відповідному налагодженні за амплітудою та фазою здійснюється компенсація енергії сигналу завади Pз , що проникає в приймальну антену (Апр) з передаючої (Ап). Цей метод забезпечує ефективне подавлення сигналу завади в приймальному тракті системи радіопротидії. При реалізації даного методу особливо важливо забезпечити жорстку конструкцію кріплення обох антен, так як переміщення одної антени відносно іншої може привести до появи нескомпенсованого фазового зсуву, а отже і до погіршення компенсації. 5. Фільтрація сигналу завади в каналі прийому. Фільтрація здійснюється з допомогою ежекторного фільтра налаштованого на центральну частоту спектра сигналу завади (сигналу радіопротидії), яка повинна співпадати з середньою частотою спектра зондуючого (опромінюючого) сигналу. Структурна схема системи радіопротидії з фільтрацією сигналу завади зображена на рис.3.1.8. 51 Рис. 3.1.8. Структурна схема системи радіопротидії сигналу завади. Сигнал передавача завади (Пз) через контур К1 подається на передаючу антену (Ап). Комутатор К2 закритий і сигнали завади на вхід приймача (ПР) не поступають. За сигналом пристрою керування (ПК) комутатор К1 періодично, замість прямого під єднання передавача Пз до антени, подає сигнал завади через ежекторний фільтр (РФ). Одночасно відкривається комутатор К2 під’єднуючи приймальну антену до входу приймача. Якщо центральна частота передавача завади Пз налаштована на середню частоту спектра зондуючого сигналу то режекторний фільтр виріже в спектрі сигналу завади смугу частот через яку буде проникати зондуючий (опромінюючий) сигнал подавлюваної РАС рис. 3.1.9. Рис. 3.1.9. Спектральна характеристика сигналу завади при ввімкненому режекторному фільтрі. 52 При розбіжності між частотною режекцією та частотою зондую чого сигналу пристрій керування (ПК) з допомогою системи комплексного переналагодження (СКП) налаштує приймач, режекторний фільтр і центральну частоту передавача на іншу поки не появиться зондуючий сигнал РЕЗ. В такому режимі випромінювання сигналу завади може здійснюватися з деяким пониженням потужності оскільки центральна частота передавача сигналу завади налаштована на частоту зондую чого сигналу. Суттєвою перевагою даного методу є неперервність випромінювання сигналу завади. 6. Використання природних пауз у випромінюванні передавача сигналу завади формуючого імпульсні сигнали завад. Отже є можливість скористатись часовою розв’язкою між передаючою та приймальною антенами. В загальному процес застосування засобів радіопротидії передбачає така основні етапи: – отримання і оцінка радіотехнічної обстановки; – вибір найбільш оптимальних способів радіо протидії; – оцінка ефективності застосування засобів радіопротидії. 3.1.3. Дальність дії активних систем РП. Дальність дії систем РП залежить від багатьох факторів, в тому числі і від потужності передавачів сигналів РП зондуючого, характеристик їх антенних систем, чутливості приймачів, умов розповсюдження електромагнітних хвиль, виду випромінювання, робочої частоти, способів обробки сигналів і способів захисту від завад і т.д. в загальному випадку врахувати всі фактори досить важко і тому дальність дії станції РП і величина необхідної для цього потужності радіопередавача визначаються по усереднених параметрах. Радіоелектронні засоби можуть бути подавлені засобами РП тільки в тому випадку коли відношення потужності сигналу РП, що попадає в смугу пропускання приймача до потужності корисного для РЕС сигналу повинне перевищувати деяке мінімальне необхідне значення. Відношення вказаних потужностей називають коефіцієнтом подавлення. KП ( Pз ) вх min . Pс 53 (3.1.5) Величина коефіцієнту подавлення може змінюватись в широких межах. Під мінімальною величиною коефіцієнта подавлення підрозумівається така його величина при якій ймовірність виконання завдань покладених на подавлювану РАС знижується до заданої величини. Виконувані РЕЗ завдання залежать від призначення самих РЕЗ. Наприклад це може бути дальність виявлення цілі, дальність захоплення цілі на супровід, визначення кутових координат цілі і т.д. Довільне відношення потужності завади до потужності корисного сигналу на вході подавлюваного РАС позначили: Pз k. Pс (3.1.6) Завада вважається ефективною, якщо k ≥ KП. Чим меншою є величина KП. то тим легше подавити дану РАС. Діапазон в межах якого k ≥ KП називається діапазоном подавлення РАС, а при k ≤ KП – діапазон неподавлення (діапазон не ефективної завади). Границя вказаних діапазонів лежить на рівні k = KП. Якщо задана величина коефіцієнту подавлення то можна визначити діапазон подавлення в межах якого створюються ефективні завади для даної РЛС. Для цього необхідна вияснити залежність відношення потужності сигналу завади до потужності корисного сигналу на вході подавлюваної РЛС від параметрів станції завад, параметрів РЛС і їх взаємною просторового розміщення. Розглянемо найбільш загальний випадок, який відповідає груповому захисту об’єктів. Приймемо що реалізується ситуація зображена на рис. 3.1.10. 54 Рис. 3.1.10 Схема визначення коефіцієнту подавлення при груповому захисті об’єктів. Де 1 – захищуваний об’єкт, 2 – передавач сигналу завади, R0 – віддаль між РЛС до захищуваного об’єкту, RПз – віддаль між передавачем сигналу завади до РЛС, Пз – густина потоку потужності зондуючого сигналу в зоні захищуваного об’єкту. Пс – густина потоку потужності сигналу відбитого від захищуваного об’єкту в зоні розміщення приймальної антени РЛС, Пзав – густина потоку потужності сигналу завади в зоні розміщення приймальної антени РЛС. Визначимо густину потоку потужності зондую чого сигналу на віддалі R0 : Пз PD 4R0 2 , (3.1.7) де Р – потужність передавача подавлюваної РЛС, D – коефіцієнт підсилення передаючої антени РЛС. Захищуваний об’єкт (ціль подавлюваної РЛС) можна розглядати як вторинний ізотропний випромінювач зондуючи сигналів з ефективною поверхнею розсіювання σП. Тому густина потоку потужності відбитого сигналу Пс в зоні розміщення приймальної антени РЛС буде рівна: Пс П з П 4R0 2 PD П (4 ) 2 R0 4 , (3.1.8) тепер визначимо потужність корисного (відбитого) сигналу на вході приймача, антена якого характеризується ефективною площею розкриття SA: Pc П с S A PD П (4 ) 2 R0 4 . (3.1.9) Площа розкриття антени може бути виражена через коефіцієнт підсилення приймальної антени Кпр.а і довжину хвилі λ, наступним чином: SA К пр.а 2 4 . (3.1.10) Підставивши значення SA у вираз для Рс отримаємо: 55 Pc PD П К пр.а 2 ( 4 ) 3 R0 . 4 (3.1.11) Реальна потужність корисного сигналу буде дещо менша внаслідок розсіювання і поглинання енергії сигналу при розповсюдженні в атмосфері за рахунок неспівпадання поляризації випромінюваного і відбитого сигналів і т.п. Всі можливі втрати можна врахувати ввівши узагальнений коефіцієнт сумарних втрат γс. Отже вираз 3.1.11 матиме вигляд: Pc PD П К пр.а 2 c ( 4 ) 3 R0 4 . (3.1.12) Густина потоку потужності сигналів завад в зоні розміщення РЛС буде рівна: П зав РПЗ DПЗ , 2 4RПЗ (3.1.13) де РПЗ – потужність передавача завади, DПЗ – коефіцієнт підсилення антени передавача завад. На вході приймача подавлюваної РЛС матимемо: Pз П зав S A .а 2 Р ПЗ D ПЗ К пр ( 4 ) 2 R ПЗ 2 , (3.1.14) де S A – ефективна площа розкриття антени S A . а 2 К пр 4 , (3.1.15) .а – коефіцієнт підсилення приймальної антени подавлюваної а К пр РЛС в напрямку джерела сигналу завади. На вхід приймача проникне тільки частина потужності сигналу завади, яка буде залежати від спів падання ширини спектру завади ΔF3 і смуги пропускання приймача Δfпр. Враховуючи цю обставину, а також враховуючи втрати сигналу завади при розповсюдженні в атмосфері γз, отримаємо: Pз .а 2 f пр з Р ПЗ DПЗ К пр 2 (4 ) 2 RПЗ Fз 56 (3.1.16) підставляючи значення потужності корисного (відбитого від захищуваного об’єкту) сигналу Рс із (3.1.12) і потужності сигналу завади із (3.1.16) діючих на вході приймача подавлюваної РЛС в рівняння (3.1.5): k .а f пр з R0 Pз 4 РПЗ D ПЗ К пр 2 Pс PD П К пр.а RПЗ Fз c 4 (3.1.17) Даний вираз називається основним рівнянням радіопротидії. Контрольні запитання. 1. В чому полягає ефект впливу засобів радіопротидії на радіотехнічні системи. 2. Яка принципова відмінність активних завад від пасивних. 3. 3. Для якого різновиду завад необхідно створювати більше перевищення завади над сигналом на вході подавлюваної системи; а) для маскуючи; б) для імітуючи; в) для подавлюючи. Обґрунтувати відповідь. 4. На якій віддалі від подавлюваної РЛС доцільно вмикати засоби радіопротидії. 5. Які способи приймання зондую чого сигналу від подавлюваної РЛС можна використати на захищуваному об’єкті під час роботи передавача завади. 6. За якими критеріями визначають мінімальну дальність ефективної дії сигналу завади. 3.2. Радіопротидія РЛС кругового огляду простору. Робота РЛС в режимі кругового огляду забезпечує можливість найбільш раннього виявлення змін обстановки в навколишньому просторі. Тому створення завад таким системам є одною з перших і головних задач системи радіо протидії. Для подавлення оглядових РЛС можуть бути створені шумові та імпульсні завади радіо протидії. 3.2.1. Неперервні шумові завади. 3.2.1.1. Загальні положення. До неперервних шумових завад відносять електромагнітні коливання з хаотичного (по випадковому закону) зміною амплітуди 57 частоти фази. Часто їх називають флуктуаційними завади. Напругу шумової завади U3(t) на вході подавлюваної РЛС можна розглядати як випадковий процес з нормальним законом розподілу миттєвих значень і рівномірною частотною характеристикою в межах смуги пропускання приймача. Найбільшими маскуючи ми властивостями з усіх відомих різновидів шумів, характеризується білий шум. Тобто шум в якого спектральна густина інтенсивності не залежить від частоти. Згідно з формулою Найквіста середньоквадратичне значення інтенсивності шуми ΔЕш2 визначається з виразу: 2 E ш 4kTRf де k – постійна Больцмана, R – опір елемента в якому вимірюється шум, Т – температура Кельвіна, Δf – інтервал частот в межах якого вимірюється інтенсивність шуму. Як слідує з наведеного виразу спектральна густина інтенсивності шуму не залежить від частоти. Такою властивістю володіє спектр білого світла, який у видимій області є суцільним і рівномірним. Саме тому вище вказаний різновид шуму і називається білим. Білий шум забезпечує принципову можливість маскування корисних сигналів любої структури і форми. При дії таких шумів ймовірність достовірного виявлення корисного сигналу на вході оптимального приймача визначається тільки відношенням енергії сигналу Ес до спектральної густини шуму Sш і не залежить від форми сигналу. Крім того, як слідує з теорії виявлення сигналів в шумах порогове співвідношення (Ес/Sш)пор, яке відповідає заданій ймовірності виявлення корисного сигналу, не залежить від реалізованого способу оптимальної обробки сигналу. Реальні шумові завади, що створюються передавачами, що володіють паразитними реактивними опорами, за своїми статичними і спектральними характеристиками відрізняються від білого шуму і тому їх реальна маскуючи дія менша. Безпосереднім результатом дії неперервних шумових завад є маскування корисних сигналів в деякому тілесному куті і відповідному інтервалі віддалей. Оскільки за своєю структурою шумові завади близькі до внутрішніх шумів приймального пристрою, то їх важко виявити і відповідно прийняти міри до ослаблення їх впливу на роботу РЛС. В наслідок дії шумових завад суттєво погіршується роздільна 58 здатність РЛС і знижується точність визначення координат виявлених об’єктів (цілей). а) б) Рис. 3.2.1. Зміна зображення на екрані кругового огляду при дії шумової завади різної інтенсивності: Ршз≤Ршп (а); Ршз>>Ршп (б) В якості ілюстрації на рис. 3.2.1 наведено зображення на екрані РЛС при дії шумової завади різної інтенсивності. На рис. 3.2.1, а зображено випадок коли шумова завада приймається тільки головним пелюстком діаграми направленості антени приймача. Інтенсивність шумової завади при цьому спів розмірна з власною інтенсивністю шуму приймача. При значних інтенсивностях шумової завади прийом здійснюється і буковими пелюстками діаграми направленості. В порівняні з інтенсивністю шуму приймача інтенсивність шуму завади значно вище. В залежності від принципу реалізації шумових завад розрізняють прямошумові завади та шумові завади модуляційного типу. 3.2.1.2. Прямошумові завади Прямошумові завади як правило формуються в результаті підсилення внутрішніх шумів, які виникають в підсилювальних приладах. Внутрішні шуми виникають в першу чергу в результаті теплового руху вільних електронів в провідниках в резисторах і т.д. це викликає появу шумової напруги, яка складається з великою кількості 59 імпульсів зумовлених рухом окремих електронів. Тривалість імпульсів дуже мала, тому енергетичний спектр теплового шуму зберігає усереднене незмінне значення рівне енергетичному спектру при нульовій частоті в дуже широкій смузі частот. Найбільший внесок у вихідний сигнал шуму здійснюється сигналом шуму на вході підсилювача, оскільки він піддається найбільшому підсиленню. Прямошумові завади характеризуються власною рівномірністю спектру і тим самим забезпечують можливість перекрити досить широку смугу частот. Характеристики таких завад в найбільшій мірі наближаються за параметрами до білого шуму. Структурна схема станції радіопротидії формуючої прямошумову заваду зображена на рис. 3.2.2. Рис. 3.2.2. Структурна схема станції прямошумової завади. Шумова напруга від генератора шуму (ГШ) поступає на вхід широкосмугових підсилювачів діапазону НВЧ (ШП1 ... ШПn) і вихідного каскаду (ВК). До виходу вихідного каскаду під’єднана передаюча антена. Вихідна потужність вихідного каскаду Рвк і коефіцієнт підсилення антени КА визначають енергетичний потенціал станції завади Єп= Рвк ·КА. Широкосмугові підсилювачі як правило виконуються на лампах біжучої хвилі (ЛБХ) або на напівпровідникових підсилювальних елементах НВЧ діапазону. Основною перевагою прямошумової завади є її широкосмуговість, що дає можливість використовувати її в якості загороджувальної завади. До недоліків прямошумових завад слід віднести необхідність значного підсилення початкового сигналу шуму джерела шумів. Це вимагає каскадного ввімкнення декількох підсилювачів НВЧ, кожен з яких в наслідок наявності паразитних реактивностей і можливих амплітудних обмежень вносить свій вклад в спотворення спектру шумового сигналу завади. Внесення спотворення суттєво понижують маскуючи властивості шумових завад. 60 У випадку прямошумових завад ситуація погіршується в наслідок того, що у високочастотному діапазоні шумові сигнали можуть мати окремі імпульси (викиди), які перевищують середнє значення напруги шуму 10 дБ і більше. Підсилюючись в широкосмугових підсилювачах ці імпульси можуть насичувати підсилювачі викликаючи цим самим пригнічення компонент меншого рівня шумового сигналу. Для того, щоб ослабити вплив цього ефекту необхідно вводити амплітудне обмеження шуму до його підсилення, а це також приводе до спотворення спектру шумового сигналу. 3.2.1.3. Завади модуляційного типу. Такий вид завад створюється з допомогою передавачів, в яких здійснюється модуляція амплітуди, частоти чи фази несучих коливань шумовою напругою. На практиці як правило використовують комбіновану амплітудно-частотну або амплітудно-фазову модуляції, при яких модулююча напруга, діючи на модулюючий каскад передавача змінює одночасно амплітуду і частоту або амплітуду і фазу несучих коливань. Це пояснюється в першу чергу специфікою модуляційної характеристики високочастотних підсилювальних та генераторних приладів. Як правило один з видів модуляції переважає над іншим і саме той переважаючий вид модуляції мають на увазі коли говорять про амплітудну, частотну чи фазову модуляцію сигналу завади. Амплітудно модульований шумовий сигнал завади не що інше як незатухаючі гармонійні коливання модульовані по амплітуді шумом. U з (t ) V з 1 S мод U мод (t )cos 0 t , 3.2.1 де Sмод – крутизна модуляційної характеристики радіопередавача завади, Uмод(t) – модулююча напруга, що подається з генератора шуму. Якщо модулюючий шумовий сигнал має постійну спектральну густину в межах частотного інтервалу від нуля до Fш max (рис.32.3. а) то спектральна густина модульованого високочастотного сигналу завади випромінюваного в простір, також буде постійна. а) б) 61 Рис. 3.2.3 Спектри модулюючого шумового сигналу та сигналу шумової завади. Його спектр матиме ширину ΔFз=2 Fш max і буде знаходитись в тій області частотного діапазону центром якого є несуча частота fc подавлюваної РЛС (рис.3.2.3.б). Як видно з рисунку, спектр завади включає коливання несучої частоти fc і бокові смуги. Оскільки маскуючий ефект забезпечують лише бокові складові спектру то при амплітудній модуляції лише 50% енергії випромінюваного сигналу завади забезпечують маскуючу дію. Збільшити ефективність сигналу завади можна шляхом підвищення середнього значення коефіцієнту модуляції. Це досягається одностороннім або двохстороннім обмеженням моделюючої шумової напруги. Рис.3.2.4 Модуляція носійних коливань шумовою напругою; а – вид модулюючого сигналу; б – модульований сигнал без обмеження амплітуди; в – модульований сигнал з обмеженням амплітуди шуму. На рис. 3.2.4, а наведено приклад шумової напруги Uш(t) і позначено порогів рівень можливого обмеження шуму Uобм. Осцилограма сигналу промодульованого необмеженим шумом наведена на рис.3.2.4, б. режим модуляції вибрано так, щоб 100% модуляція 62 забезпечувалась піковими значеннями модулюючого шуму. Як видно з рисунку середнє значення коефіцієнта модуляції мале при цьому рівень бокових спектральних складових виявляється значно нижче ніж рівень спектральної складової яка відповідає носійній частоті. В зв’язку з цим спектральна густина завади в більшій частині спектру може виявитись недостатньою для надійного подавлення РЛС. Модуляція носійних коливань fc шумовим сигналом рис. 3.2.4 в з обмеженою амплітудою суттєво збільшує середнє значення коефіцієнта модуляції не допускаючи при цьому виникнення перемодуляції. Таким чином обмеження модулюючого шуму забезпечує зростання потужності бокових складових сигналу радіопротидії за рахунок потужності носійного коливання. Кількісно глибину модуляції характеризують ефективним коефіцієнтом амплітудної шумової модуляції mш еф , який рівний відношенню ефективного значення напруги модулюючого шуму Uш еф до напруги обмеження Uобм тобто: mш еф= Uш еф/ Uобм, де U ш еф (3.2.2), Р ш ; Рш– потужність шуму. Фазомодульовані шумові завади утворюються при модуляції фази гармонічних коливань шумовою напругою U з (t ) U 0 cos 0 t U ш (t ) (3.2.3), де ω0 – частота несучих коливань; Δφ – індекс фазової модуляції; Uш(t) – модулююча шумова напруга. Параметри модульованого сигналу визначаються по модуляційній характеристиці, яка відображає залежність величини зсуву фази високочастотних коливань від моделюючої напруги (рис.3.2.5). 63 Рис. 3.2.5 Фазова модуляція шумовою напругою. Робоча точка як правило вибирається в лінійній області характеристики. Якщо при модуляції робоча точка не виходить за межі лінійної ділянки, то величина зсуву фази внаслідок дії напруги модуляції рівна: (U ) 0 S м U ш (t ) , де φ0 – початковий зсув фази; Sм=tgβ – крутизна модуляційної характеристики; Uш(t) – модулююча напруга. Ефективність дії модулюючої напруги тим вища, чим більша крутизна Sм модуляційної характеристики модулятора. Смуга частот, яку займає фазо модульований високочастотний сигнал залежить від ширини спектру модулюючого шуму і індексу фазової модуляції Δφ. Якщо Δφ>>1 то модуляція широкосмугова. При цьому ширина спектру модульованих коливань суттєво перевищує ширину спектру модулюючого шуму і наближено рівна: Fз 2 Fш max , 3 (3.2.4) де Fш max – найвища частота в спектрі модулюючого сигналу. При малому індексі модуляції (Δφ<1), ширина спектру модульованих коливань значно вужча і наближено рівна: Fз Fш max . Частотномодульовану шумову заваду формують за рахунок модуляції частоти гармонійних несучих коливань fc шумовою напругою. 64 Спектр частотномодульованих коливань за своєю структурою близький до спектру фазо модульованих. Ширина спектру модуляційних завад як правило вужча ширини спектру прямо шумових завад. Тому модуляційні завади використовують в якості прицільних відношенню до частоти несучих коливань подавлюваної РЛС. Узагальнена схема радіостанції завад модуляційного типу наведена на рис. 3.2.6. Зондуючий сигнал подавлюваної РЛС поступає на приймальну антене Апр, приймач Пр і подається на аналізатор частоти АЧ, який визначає значення частоти зондуючого сигналу. Рис.3.2.6 Структурна схема радіостанції завад модуляційного типу. Відповідно до отриманого значення система налагодження СН здійснює підстроювання частоти генератора високої частоти ГИЧ передавача на частоту подавлюваної РЛС. Шумова напруга генератора шуму ГШ з допомогою пристрою формування модулюючого сигналу ФМС модулює високочастотні коливання ГИЧ за амплітудою, частотою або фазою. Сформований таким чином сигнал завади випромінюється передаючою антеною в напрямку подавлюваної РЛС. Основним вузлом радіостанції завад є ГВЧ. Його характеристики в основному і визначають технічні і тактичні можливості станції. Генератор високих частот повинен працювати в широкому діапазоні частот, забезпечувати необхідний рівень вихідної потужності в межах робочого діапазону частот, мати високий коефіцієнт корисної дії (ККД), малі малогабаритні характеристики і забезпечувати можливість швидкої зміни робочої частоти. В залежності від частотного діапазону в ГВЧ можуть бути використані різноманітні високочастотні електронно-вакуумні (ЕВП) і напівпровідникові прилади (НПП). В дециметровому, сантиметровому і 65 міліметровому діапазонах хвиль переважно застосовують клістрони, магнетрони, лампи біжучої хвилі і т.д. Клістрони і магнетрони володіють достатньо великою вихідною потужністю при високому ККД. Проте такі ЕВП побудовані з використанням резонансних елементів і тому забезпечення можливості швидкої зміни робочої частоти пов’язане із значними технічними труднощами. Генератори на лампах біжучої хвилі не містять резонансних елементів, що позволяє забезпечувати електронне переналагодження частоти ГВЧ зі швидкістю до 100 МГц/мкс. До того ж вони можуть забезпечувати високу вихідну потужність передавача сигналу завади при достатній рівномірності амплітудно-частотної характеристики. Проте ККД таких ЕВП значно менше ніж у випадку клістронів та магнетронів. Основна вимога до генератора шуму ГШ полягає в забезпечені рівномірного рівня потужності сигналу в широкому частотному діапазоні. Спектр шумів ΔFш повинен перекривати смугу пропускання подавлюваного приймача Δfпр. З урахуванням реально допустимої нестабільності частоти генератора високої частоти приймача, ширина спектру сигналу завади вважається оптимальною, якщо: ΔFш ≥1,3 Δfпр. В якості ГШ використовують спеціальний шумовий діод. З допомогою діода можна отримати шумову напругу з достатньо рівномірним спектром в діапазоні десятків і навіть сотень мегагерц. Низький рівень генерованого діодом шумового сигналу змушує вводити в схему формувача модулюючого сигналу (ФМС – рис. 3.2.6) широкосмугові підсилювачі з високим коефіцієнтом підсилення. Величина шумової напруги, наприклад тиратрона, значно перевищує шумову напруги діод, проте ширина спектру шумового сигналу не перевищує всього декілька мегагерц. Тому, тиратрони в якості джерела струму використовуються переважно при створенні прицільних по частоті завад. Розвиток цифрової техніки дає можливість ,при створенні прицільних завад, формувати так звані шумоподібні сигнали (ШПС). Такі сигнали утворюються шляхом модуляції носійних коливання перевипромінюваних сигналів спеціальною функцією, яка розширює спектр сигналу. Розширення спектру сигналу досягається за рахунок використання псевдовипадкових кодових послідовностей (як правило двійкових), які часто використовуються або для фазової модуляції 66 випромінюваних сигналів (ФМ ШПС), або для псевдовипадкового переналагодження робочої частоти (ППРЧ). В якості кодових послідовностей використовують М – послідовності Голда, Касамі і т.д. [14, 32]. 3.2.2. Імпульсні завади Імпульсні завади відносяться до класу імітаційних. Такі завади створюються радіолокаторами оглядового виду, які працюють в імпульсному режимі випромінювання. Розрізняють синхронні багатократні імпульсні завади і несинхронні хаотичні імпульсні завади (ХІЗ). 3.2.2.1. Синхронні багатократні імпульсні завади Принцип формування синхронних багатократних імпульсних завад полягає в наступному: радіоспектронний пристрій формування сигналу завади приймає зондуючий (випромінюючий) сигнал і пере випромінює його із затримкою в напрямку подавлюваної РЛС на несучій частоті цієї РЛС. На кожний прийнятий зондуючий сигнал може бути сформовано і випромінено декілька радіоімпульсів. Випромінені радіоімпульси повинні бути за формою, тривалістю та потужністю подібними до радіоімпульсів відбитих сигналів. При дії таких завад на екранах індикаторів подавлюваних РЛС, крім міток від реальних об’єктів (цілей) будуть появлятися другі, аналогічні їм мітки зімітовані передавачем завад. Таким чином, можна зімітувати групу об’єктів (цілей), які характеризуватимуться однаковими кутовими координатами, але розміщеними на різних віддалях. При достатній потужності імітуючи сигналів завад, коли прийом здійснюється боковими пелюстками діаграми направленості антени подавлюваної РЛС, можна зімітувати наявність об’єктів (цілей), кутові координати яких не співпадають з кутовими координатами джерела завад і відповідно об’єкту, який захищають. Введення програмного керування випромінюванним сигналом завади можна імітувати не тільки рух зімітованих об’єктів, практично з довільним курсом, але і різні види їх маневрів. Радіолокаційна обстановка для подавлюваної РЛС стає дуже складною оскільки приходиться обробляти великі масиви інформації, а отже розпрошувати сили та ресурси призначені для виявлення істиних об’єктів. 67 Одним з можливих варіантів схеми радіоелектронного пристрою формування синхронних багатократних імпульсних завад зображено на рис. 3.2.7, а, а на рис. 3.2.7, б зображено часові діаграми сигналів характерних для певних точок схеми. а) б) Рис.3.2.7 Формування синхронних багатократних імпульсних завад: а – схема радіоелектронного пристрою формування сигналів завад; б – часові діаграми сигналів. 68 Зондуючий сигнал подавлюваної РЛС (діаграма U1), поступаючий на приймальну антену Апр розгалужується вхідним колом ВК на два напрямки. Одна частина сигналу поступає на вхід приймача Пр з виходу якого продетектовані відеоімпульси (діаграма U3) подаються на схему часової затримки СЧЗ. Дана схема формує серію відео імпульсів з різною часовою затримкою відносно прийнятого імпульса. В блоці формування модулюючих сигналів ФМС з цієї серії формуються модулюючі сигнали (діаграма U4). Друга частина прийнятого сигналу подається на систему запам’ятовування частоти СЗЧ, яка генерує високочастотні коливання близькі за частотою до несучих коливань подавлюваної РЛС (діаграма U2). Генерований системою запам’ятовування сигнал подається на багатокаскадний широко частотний підсилювач високої частоти. Як правило, підсилювач містить декілька каскадів попереднього підсилення ПП та вихідний підсилювач ВП. Необхідна величина коефіцієнту підсилення залежить від потрібних енергетичних характеристик пристрою формування сигналу завади. Підсилювачі знаходяться в закритому стані і відкриваються в тільки ті моменти часу коли на них подається модулюючий сигнал з ФМС. Модуляцію простіше здійснювати в каскадах попереднього підсилення. Проте при необхідності забезпечення більш надійного закривання високочастотних підсилювачів в проміжках між імпульсами, модулюючі сигнали подають і на вихідний підсилювач (пунктирна лінія). Слід зауважити, що подача модулюючих сигналів на вихідний підсилювач пов’язана з певними технічними труднощами формування високовольтних сигналів. Передаюча антена Апер випромінює сформовану вище розглянутим чином серію високочастотних імпульсів (діаграма U5) в напрямку подавлюваної РЛС. Якщо період слідування зондуючи імпульсів незмінний, то появляється можливість сформувати на екрані подавлюваної РЛС зімітованої мітки, які випереджують або змінюються відносно сигналу отриманого від реального (завищуваного) об’єкту. На рис. 3.2.8 показано один із можливих варіантів розміщення міток на екрані індикатора кругового огляду ІКО від реального об’єкту та міток зімітованих формувачем сигналу завади, тобто зімітованих об’єктів. 69 Рис. 3.2.8 Розміщення міток від реального та зімітованих об’єктів на екрані ІКО 3.2.2. Хаотичні імпульсні завади Несинхронні хаотичні імпульсні завади реалізуються шляхом формування послідовності радіоімпульсів, несуча частота яких повинна бути близька до несучої частоти зондуючого сигналу, а амплітуда, тривалість та інтервал між імпульсами змінюється за випадковим законом. Такі сигнали створюють на екрані ІКО хаотично розкидані мітки зімітованих об’єктів. Оскільки мітки зімітованих об’єктів можуть переміщуватись за азимутом, віддалю і навіть зникати, щоб знову появитись практично в довільній точці екрану ІКО то виділити сигнал реально об’єкту стає проблематично. Ситуація ще більше ускладнюється якщо сигнали завад прийматимуться боковими пелюстками діаграми направленості приймальної антени подавлюваної РЛС. Один з можливих варіантів схеми станції радіопротидії, що формує хаотичні імпульси завади здобрено на рис. 3.2.9 а. На рис.3.2.9 б зображені діаграми сигналів в певних точках схеми. а) 70 б) Рис. 3.2.9 Формування хаотичних імпульсних завад: а – схема станції завади; б – часові діаграми сигналів. Високочастотна частина схеми такої станції аналогічна яка формує багатократні імпульсні завади (рис.3.2.7, а). Відмінність полягає в принципі побудови каналу формування модулюючих імпульсів. Сигнали генератора шуму ГШ подаються на обмежувач амплітуди ОА на виході якого спостерігаються тільки окремі імпульси напруги генератора шуму величина яких перевищує рівень обмеження амплітуди. Ці імпульси (діаграма U2) в формувачі модулюючих сигналів ФМС перетворюються в прямокутні імпульси різної тривалості і частоти слідування (діаграма U3). Змінюючи рівень порогу обмеження амплітуди можна регулювати часові параметри модулюючих сигналів. Використання хаотичних імпульсних завад є ефективним при подавленні радіоліній керування тими чи іншими об’єктами. При цьому забезпечується часткове, а в ряді випадків і повне подавлення радіокоманд, зміна параметрів модуляції несучих коливань і формування помилкових команд. При оцінці ефективності хаотичних імпульсних завад одним із основних показників є середнє число імпульсів завади, що поступають на вхід подавлю вального пристрою за одиницю часу. Оптимальна величина цього параметри залежить від виду корисного сигналу і 71 відношення імпульсних потужностей сигналу завади та корисного сигналу. 3.2.3. Запам’ятовування частоти. Основна складність створення багатократних імпульсних завад полягає в тому, що випромінювання серії імпульсів сигналу завади необхідно здійснювати на несучій частоті зондую чого сигналу і в ті моменти часу коли зондуючи імпульси відсутні на приймальній антені станції завади. Для цього необхідно запам’ятати несучу частоту зондую чого сигналу на відносно великий інтервал часу, співрозмірний з періодом слідування зондуючи імпульсів. Один із способів запам’ятовування частоти полягає у використані принципу автоматичного підстроювання частоти (АПЧ) гетеродина радіоприймача. Рис. 3.2.10 Схема тривалого запам’ятовування частоти з використанням АПЧ. На рис. 3.2.10 зображена схема системи запам’ятовування частоти СЗЧ з використанням АПЧ. У вихідному стані система пошуку СП з допомогою пристрою керування ПК1 змінює частоту fг1 гетеродина Г1 в межах заданого діапазону за лінійним законом. Зондуючий сигнал частоти fс подається на вхід змішувача ЗМ1. коли різниця частот вхідного сигналу fс і сигналу гетеродину стане рівна середній частоті підсилювача проміжної частоти ППЧ1. fППЧ сер під’єднаного до виходу 72 змішувача ЗМ1, то цей сигнал з різницевою частотою fр1= fс- fг1 буде підсилений ППЧ1. З виходу ППЧ1 сигнал подається на частотний детектор ЧД1, а з його виходу на систему пошуку СП, яка при цьому відключить пошукову напругу від керування частотою гетеродину і переведе пристрій в режим слідкування за частотою. В цьому режимі частота гетеродину буде змінюватися лише під впливом вихідної напруги частотного детектора ЧД1. дискримінаційна характеристика частотного детектора ЧД1 володіє непарною симетрією відносно середньої частоти ППЧ1 fППЧ сер1. На рис.3.2.11 зображена дискримінаційна характеристика ЧД1 (суцільна лінія) і амплітудночастотна характеристика ППЧ1 (пунктирна лінія). Рис.3.2.11. Дискримінаційна характеристика ЧД1 (суцільна лінія) і амплітудно-частотна характеристика ППЧ1 (пунктирна лінія). Вихідна напруга ЧД1 буде рівна нулеві, якщо різницева частота fр1 буде рівна середній частоті ППЧ1 fППЧ сер1. при відхиленні fр1 від fППЧ сер1 на виході ЧД1 формується сигнал похибки, величина і знак якого визначають величину і напрямок відхилення. Цей сигнал через СП і пристрій керування ПК1 буде змінювати частоту гетеродина Г1 до тих пір поки різниця частот fс і fг1 не стане рівною середній частоті ППЧ1 fППЧ сер1. Таким чином частота гетеродина Г1 буде автоматично відслідковувати зміну частоти вхідного сигналу зберігаючи незмінною різницю частот. fр1= fс- fг1= fППЧ1 сер.= const в установленому режимі відслідковування зондую чого сигналу за частотою вихідна напруга ЧД1 близька до нуля. В той час напруга, яка 73 керує частотою гетеродину повинна мати певне скінчене значення, що відповідає поточному значенню частоти Г1. для цього здійснюється запам’ятовування поточного значення керуючої напруги гетеродина Г1 з допомогою інтеграторів пристрою керування ПК1. Описана система працює якщо забезпечено відповідне фазування оберненого зв’язку в системі АПЧ. Система буде стійкою в тому випадку коли зменшення різниці частот Δf =fр1-f ППЧ1 сер буде приводити до зменшення напруги керування на виході ЧД1 прямуючи її до нуля при Δf =0. Аналогічна за принципом робота система АПЧ (нижня половина схеми рис.3.2.10) містить змішувач ЗМ2, гетеродин Г2, підсилювач проміжної частоти ППЧ2, частотний детектор ЧД2 та пристрій керування ПК2 здійснює налагодження генератора Г2 на частоту Г1 таким чином щоб виконувалась рівність: fр2= fг2- fг1= fППЧ 2сер.= const При умові, що f ППЧ1 сер= fППЧ 2сер частота гетеродина буде рівна частоті вхідного зондую чого сигналу fс з точністю до похибки регулювання частоти. Отримані таким чином гармонійні коливання генератора Г2 подаються на багато каскадний підсилювач високої частоти модулюються і випромінюються в напрямку подавлюваної РЛС. Тривале запам’ятовування частоти зондую чого сигналу можна забезпечити використавши принцип одночасного багатоканального розподілення сигналу за частотою з допомогою фільтрів рис.3.2.12, а. а) 74 б) Рис. 3.2.12. Багатоканальна система тривалого запам’ятовування частоти: а – схема; б – амплітудно-частотні характеристики фільтрів. В цьому випадку весь можливий діапазон зміни частоти зондуючого сигналу Δfвх = fB- fH розділяють системою фільтрів Ф на ряд під діапазонів рис.3.2.12 б. Параметри фільтрів підбирають так, щоб їх амплітудно-частотні характеристики переходили одна в одну, тобто верхня частота зрізу і-го фільтра потрібно, щоб співпадала з нижньою частотою зрізу і плюс (і+1)-го фільтра. На середня частоту кожного фільтра налаштований генератор неперервних коливань Г. Вихідні сигнали кожного із генераторів через відповідний комутатор і загальний суматор Σ поступають на багатокаскадний високочастотний підсилювач з широким діапазоном робочих частот. Керування комутаторів здійснюється сигналами з фільтрів. При цьому частота випромінюваного сигналу завади буде визначатися сигналом генератора того каналу через фільтр якого прийшов прийнятий зондуючий сигнал. Максимальна похибка запам’ятовування частоти в цьому випадку буде рівна половині смуги пропускання одного фільтра багатоканального розподілення δf=±Δfф/2. Якщо при розроблені пристрою була задана величина допустимої похибки запам’ятовування частоти, то смуга пропускання фільтра повинна бути рівна Δfф=2δfg. При необхідності запам’ятовувати частоти вхідних сигналів в діапазоні Δfвх з допустимою похибкою δfg потрібно кількість каналів Nф розраховується за формулою: Nф= Δfвх/2δfg. Основною перевагою розглянутого методу є простота схемо технічної реалізації окремих частотних каналів. По суті кожен канал може бути виконаний за схемою приймача прямого підсилення (рис. 3.2.13). 75 Рис. 3.2.13. Схема приймача прямого підсилення Приймач в своїй структурі містить підсилювач високої частоти ПВЧ, фільтр Ф, детектор Д та відео підсилювач ВП, вихідний сигнал якого і керує комутатором К рис. 3.2.12. Такий принцип побудови радіоприймача забезпечує малу затримку сигналів в приймальних каналах, що в ряді випадків є визначальним при виборі методу запам’ятовування частоти. При необхідності створення завад в широкому діапазоні частот із заданою точністю відтворення частоти несучих коливань зондуючого сигналу. Необхідна для цього кількість каналів стає наскільки великою, що апаратура в цілому стає неприпустимо громіздкою. Суттєвого скорочення числа каналів можна досягти при використанні багатоканального матричного методу запам’ятовування частоти зондую чого сигналу. Реалізація вказаного методу здійснюється з допомогою багаторазового (багатоступінчатого) перетворення частоти вхідних сигналів. Схема такої системи зображена на рис. 3.2.14. Система запам’ятовування містить m ступеней перетворення частоти. В кожній ступені n частотних фільтрів налаштованих так, що кожен із них перекриває певний діапазон частот. Фільтри першої ступені Ф11, Фі1...Фn1 в сукупності перекривають весь заданий діапазон частот можливих вхідних сигналів Δfвх. Фільтри першої ступені мають одинакову смугу пропускання Δf1. Фільтри другої ступені Ф12, Фі2...Фn2 в сукупності перекривають під діапазони частот рівний ширині смуги пропускання фільтрів першого ступеня тобто Δf1. в той час всі фільтри другого ступеня характеризуються однаковою смугою пропускання Δf2 і т.д. Отже в результаті забезпечується таке співвідношення: Δfвх= n· Δf1; Δf1= n· Δf2;... fm·1= n· Δfm (3.2.9) Смуга пропускання фільтрів останнього ступеня залежить від потрібної точності запам’ятовування вхідних сигналів і визначається таким співвідношенням: 76 f m f вх nm (3.2.10) Рис.3.2.14 Схема матричної системи тривалого запам’ятовування частоти. Частоти гетеродинів Г11, Г12,...Гnm·1 вибираються так, щоб на виходах всіх змішувачів ЗМ11, ЗМ12,…ЗМnm·1 забезпечувались проміжні частоти, які за величиною частоти та смугою пропускання відповідали аналогічним параметрам фільтра конкретного ступеня перетворення. В результаті однакового перетворення сигналів одної ступені отримується послідовна трансформація сигналів із смугами Δfвх в смугу Δf1= Δfвх/ n, а із смуги Δf1 в смугу Δf2= Δf1/ n і т.д. така трансформація сигналів досягається використанням числа фільтрів рівнем NФ= n·m і числа гетеродинів Nг= n (m-1). 77 Частина потужності сигналів гетеродинів через комутатори К і суматори Σс кожної ступені перетворення поступає на відповідні змішувачі ЗМс системи синтезу вихідного сигналу з частотою сигналу зондування fс. Точність відтворення частоти сигналу зондування в даній системі визначається смугою пропускання останньої ступені, побудова якої аналогічна побудові системи з використанням одночасного розділення сигналів за частотою. В загальному випадку вона буде рівна: f f m f вх m 2 2n (3.2.11) не зважаючи на те, що в матричній системі використовується число фільтрів NФ= n·m, вона еквівалентна за точністю запам’ятовування частоти пристрою побудованому за принципом одночасного розділення сигналів за частотою з числом фільтрів: N Ф0 f вх f вх 2f g f Ф (3.2.12) причому смуга пропускання кожного фільтра рівна смузі пропускання фільтрів останньої ступені перетворення матричного системою ΔfФ= Δfm. Виграш в кількості фільтрів, при використанні матричної системи запам’ятовування визначається наступним чином. З рівняння (3.2.11) визначимо величину n виражену через Δfm та Δfвх: nm f вх f m (3.2.13). підставивши одержане значення n у вирах для NФМ= n·m отримаємо: N ФМ m m f вх f m (3.2.14) Порівнюючи (3.2.14) і (3.2.12) бачимо, що при заданій величині похибки задання частоти зондую чого сигналу матрична система потребує меншої кількості фільтрів причому виграш у зменшенні кількості фільтрів: 78 g N ф0 N ФМ f вх f m 1 1 f вх ( ) m f m m 1 m (3.2.15). f m m вх f m f вх Приймемо, що =1000 і кількість ступеней m=3 ми f m отримаємо g=33. Отже для реалізації матричного методу необхідна кількість фільтрів в 33 рази менша ніж для реалізації пристрою з одночасовим розділенням сигналів за частотою. Це при тому, що точність запам’ятовування частоти зондую чого сигналу в обох випадках однакова. До недоліків матричного методу можна віднести ускладнення самої схеми, значні труднощі при її налагодженні, а тому і певне зниження надійності. До недоліків слід віднести також можливість взаємного впливу каналів один на один. В певній мірі зменшити вплив вказаного недоліку на роботу схеми можна якщо використовувати фільтри з амплітудно-частотними характеристиками якомога ближчими до прямокутної , а також використанням спеціальних розв’язуючих схем. Контрольні запитання. 1. Який різновид сигналів завади називають білим шумом? 2. В чому полягає ефект дії шумоподібного сигналу завади на РЛС працюючи в режимі кругового огляду? 3. Дайте порівняльну характеристику прямо шумової завади і шумових завад модуляційного типу? 4. В чому полягає ефект дії багатократних імпульсних завад на РЛС, працюючих в режимі кругового огляду? 5. Яким способом можна підвищити ефективність дії шумоподібного сигналу завади модуляційного типу? 6. Зробіть порівняльну характеристику багатократних синхронних і хаотичних імпульсних завад? 7. Чому при створенні багатократних імпульсних завад необхідно забезпечувати тривале запам’ятовування частоти зондую чого сигналу? 79 8. Які способи тривалого запам’ятовування частоти застосовуються в станціях імпульсних завад? 9. В чому полягає відмінність запам’ятовування частоти сигналу з використанням багатоканального розділення сигналів за частотою від матричного методу? 10. З якою максимальною похибкою може здійснюватись запам’ятовування частоти зондую чого сигналу в системах багатоканального типу? 11. Яким чином можна зберегти інформацію про амплітуду вхідних сигналів в системах ЦЗС? 12. Які фактори впливають на точність відтворення сигналів в системах ЦЗС? 13. Дайте порівняльну характеристику способів тривалого запам’ятовування зондую чого сигналу з використанням системи АПЧ, матричного способу і цифрового запам’ятовування сигналів. 3.3 Радіопротидія системам автоматичного супровіду об’єктів за напрямком. 3.1. Загальні положення. В переважній більшості випадків супровід об’єкту здійснюється за кутовими координатами, дальністю і невидимістю переміщення об’єкту в просторі. Супровід за цими параметрами дає можливість з високою достовірністю здійснювати селекцію об’єктів. Тому створення завад каналам автоматичного супровіду, яке порушує нормальне функціонування цих каналів є одною з найбільше важливих задач засобів радіопротидії. В загальному випадку завади повинні змінювати характеристики перетворюючих пристроїв систем супроводу, змушувати супроводжувати захищувані об’єкти з неприпустимо великою похибкою, переводити слідкуючу систему з режиму супроводу в режим пошуку і т.д. На даний час не існує завад які б однаково ефективно ділили на всі канали автоматичного супроводу. До того ж їх створення економічно не доцільне, а технічно важко реалізоване. До кожного каналу автоматичного супроводу є певний оптимальний набір сигналів завад. Системи і канали автоматичного супроводу за напрямком (АСН) є основними в більшості систем виявлення об’єктів. В таких системах необхідно щоб інформація про кутові координати цілі поступала в 80 слідкуючу систему неперервно. Для реалізації неперервного випромінювання кутових координат супроводжуваних об’єктів використовують метод радіопеленгації, тобто метод визначення напрямку на джерело радіовипромінювання. Пеленгатор за принципом роботи є кутовий дискримінатор. В своїй структурі пеленгатор містить приймальну антену з гострою діаграмою направленості Апр та приймача Пр рис.3.3.1. з допомогою пеленгатора здійснюється перетворення інформації про кутові координати супроводжуваного об’єкта в струм або напругу які однозначно залежать від цих координат. Рис.3.3.1 Схема системи АСН. Супроводжуваний об’єкт може сам випромінювати радіосигнали тобто є первинним випромінювачем, або відбивати сигнали зондування тобто бути вторинним випромінювачем. В обох випадках пеленгатор знаходить перпендикулярний напрям до фазового фронту хвилі, що надходить від джерела випромінювання. Порівняння отриманого таким чином напрямку з деяким вихідним (опорним) напрямом, який приймається за нуль відліку, дає можливість визначити кутові координати джерела випромінювання. Як правило в системах АСН використовують рівносигнальний метод пеленгації який забезпечує більш високу точність визначення напрямку на джерело випромінювання в порівнянні з іншими методами. В таких пристроях з допомогою антенної системи визначається 81 рівносигнальний напрям (РСН) координати якого визначаються відносно відомого (опорного) напрямку. Система АСН повинна забезпечувати можливість неперервного автоматичного суміщення опорного РСН з напрямом надходження електромагнітних хвиль від джерела випромінювання, тобто лінією напрямку на об’єкт (НО) рис.3.3.1. суміщення здійснюється з допомогою пристрою керування ПК і виконавчою пристрою ВП. При цьому перехідна характеристика рис.3.3.2 кутового дискримінатора вибирається не парною функцією вихідної напруги дискримінатора Uвих.д від величини кута розходження γ. Рис.3.3.2 Перехідна характеристика кутового дискримінатора. Таким чином вихідна напруга дискримінатора є електричним аналогом кута розходження. Часто його називають сигналом похибки. Апертура дискримінатора (область між екстремальними значеннями характеристики) визначає роздільну здатність системи супроводження. При суміщенні РСН з лінією напрямку на об’єкт кут розходження γ і відповідно вихідна напруга дискримінатора прямують до нуля. Точка апертури в якій вихідна напруга дискримінатора Uвих.д =0 називається точкою стійкої рівноваги. Завдання радіопротидії каналу АСН при індивідуальному захисті об’єкту полягає у формуванні на вході подавлюваною радіотехнічного засобу сигналу завади, який імітує об’єкт, напрям на який не співпадає з напрямом на реальний об’єкт. 82 При захисті групи об’єктів (груповий захист) можуть бути створені сигнали завад, які випромінюються з різних точок простору, формуючи тим самим „блукаючий” енергетичний центр кругової цілі. Способи створення завад залежать від виду подавлюваної системи АСН. На даний час існують в основному два типи рівносигнальних систем АСН: системи з послідовним порівнянням сигналів (амплітудно-фазові системи) і системи з одночасним порівнянням сигналів (моноімпульсні системи). 3.3.2 Подавлення систем АСН з послідовним порівнянням сигналів. 3.3.2.1 Принцип дії систем АСН. В таких системах використовується антена з відносно вузькою симетричною діаграмою направленості D(φ) вісь якої зміщена відносно вісі обертання антени на невеликий кут γ. Діаграма направленості за рахунок повертання антени окреслює в просторі з кутовою швидкістю ΩC конусоподібну фігуру. На рис.3.3.3 зображено просторове положення діаграми направленості антени для деяких двох довільних моментів часу t1 та t2. З рисунку видно, що вздовж вісі обертання діаграми направленості утворюється рівно сигнальний напрям характерний тим, що амплітуда сигналів які приймаються з цього напряму не залежать від поточного просторового положення діаграми направленості антени (напрям на об’єкт О1 рис.3.3.3). Рис.3.3.3 Формування рівносигнального напряу (РСН) в системі АСН з послідовним порівнянням сигналів. 83 Якщо ж джерело сигналу буде зміщене відносно рівно сигнального напряму (об’єкт О2 на рис.3.3.3) на кут ψ, то в напрямку на О2 буде відбуватись періодична зміна коефіцієнту підсилення антени з частотою. Рівною кутовій швидкості обертання діаграми. Внаслідок цього буде виникати амплітудна модуляція прийнятого сигналу: U пр (t ) U 0 (1 mc ( )) cos( c t c ) cos 0 t (3.3.1) де U 0 – амплітуда сигналу при відсутності кутового розходження (ψ=0); ω0 – частота несучих коливань; Ωс – частота сканування; φс – початкова фаза модулюючого (огинаючого) коливання; mc(ψ) – коефіцієнт (глибина) модуляції; mc ( ) U 0 . U0 Не важко бачити, що глибина амплітудної модуляції прямо пропорційна куту розходження ψ, а в фазі огинаючого (модулюючого) сигналу закладена інформація про напрям кутового відхилення. Вид амплітудномодульованого сигналу отримуваного в напрямі на О2 зображено на рис.3.3.4. Рис.3.3.4 Амплітудна модуляція сигналу зумовлена відхиленням РСН від напрямку на об’єкт. Моменти часу t1 та t2 відповідають діаметрально протилежним положенням діаграми направленості (рис.3.3.3). Період модуляції сигналу зображеному на рис.3.3.4 рівний: 84 TM 2 c Таким чином з допомогою антенної системи здійснюється перетворення кута розходження ψ між РСН та напрямом на об’єкт О2 в зміну амплітуди прийнятого сигналу. Виділяючи і аналізуючи параметри модулюючого несучі ω0 коливання можна отримати інформацію про величину відхилення джерела випромінювання (об’єкту) від РСН. В свою чергу це дає можливість вибрати просторове положення РСН яке б співпадало з оптичним (прямим) напрямом на джерело сигналу (відбитого чи випромінюваного). Формування такій системі завад можна здійснити шляхом амплітудної модуляції ре трансльованих сигналів зондування напругою з частотою сканування діаграми направленості антени подавлюваної системи. Ефективність дії завади буде залежати від режиму роботи каналу кутового супроводження. При цьому необхідно розрізняти відкрите сканування, тобто випадок коли здійснюється сканування діаграми направленості передаючої антени, або одночасне сканування діаграм направленості передаючої і приймальної антени і приховане сканування, коли сканується тільки діаграма направленості приймальної антени. В першому випадку відкритого сканування найбільше ефективні завади прицільні по частоті сканування. В другому випадку більш ефективні загороджувальні завади в діапазоні можливих частот сканування. 3.3.2.2 Завади прицільні по частоті сканування. При створенні таких завад частота сканування діаграми направленості антени подавлюваної системи повинна бути відома або визначена в процесі радіопротидії. На вході подавлюваної системи в цьому випадку буде діяти адитивна суміш суміш корисного для подавлюваної системи сигналу Uc(t) і ретрансльованого, модульованого по амплітуді сигналу завади U3(t): U вх (t ) U c (t ) U 3 (t ) U c 1 mc ( ) cos( c t c ) cos 0t U 3 1 3 c (3.3.4), де Uc і U3 – амплітуди корисного сигналу і сигналу завади mc (ψ) і m3 – коефіцієнт модуляції корисного сигналу і сигналу завади; Ωс – частота сканування діаграми направленості антени подавлюваної РЛС; 85 Ω3 – частота модуляції сигналу завади; φс і φ3 – початкові фази огинаючих коливань корисного сигналу і сигналу завади. Після перетворення сигналу в радіо тракті системи АСН і пристрої перетворення координат, на виході останнього, при виконанні умови Ω3=Ωс ми отримаємо для каналу азімута сигнал: U a k ( g 1)mc cos c gm3 cos 3 (3.3.5) а для каналу кута місця: U k ( g 1) mc sin c gm3 sin 3 (3.3.6), де k – коефіцієнт пропорційності, який визначається параметрами приймально-підсилювального тракту та усереднюючи фільтрів; g U3 . Uc Перші доданки в (3.3.5) і (3.3.6) є корисною складовою сигналу похибки, зумовленої рознобіжністю між напрямками прямої видимості на захищуваний об’єкт (джерело завади) та РСН. Другі складові у вказаних виразах є результатом дії завади. Загалом вирази (3.3.5) і (3.3.6) показують, що такі ж сигнали були б на виході системи АСН, якби в межах діаграми направленості її антени знаходились би одночасно два об’єкти з близькими (нерозрізненими) кутовими координатами. Тоді mc і m3 представляли би собою коефіцієнти модуляції відбитих від об’єктів сигналів на вході АСН і зумовлених відхиленням напрямку прямої видимості від РСН, а φс та φ3 – відповідні напрямки цих відхилень. Таку ситуацію можна проілюструвати з допомогою рис.3.3.5 де зображено положення двох об’єктів в площині картини тобто площині перпендикулярній РСН. 86 Рис.3.3.5 Положення двох реальних об’єктів і РСН в площині картини. Рис.3.3.6 Положення захищуваного уявного об’єктів і РСН в площині картини при супроводженні системою АСН енергетичного центру. Коло на рисунку сформоване слідами також відповідають максимуму скануючої симетричної діаграми направленості антени. Центр кола відповідає РСН. Таким чином, дія завади у вигляді ре трансльованого сигналу, модульованого по амплітуді з частотою модуляції рівної частоті 87 сканування Ωс подавлюваної системи АСН аналогічна появі в межах розкриття діаграми направленості антени другого об’єкту, напрям на який не співпадає з напрямком на захищуваний об’єкт. Система АСН в цьому випадку орендує РСН на так званий енергетичний центр сигналу ЕЦ сформованого двома нерозрізнюваними об’єктами. При цьому вихідні сигнали обох каналів супроводження (по азимуту та куту місця) повинні бути рівні нулю з тим щоб забезпечити режим стійкості рівноваги тобто повинні одночасно виконуватись такі рівняння: ( g 1)mc cos c gm3 cos 3 0 та mc sin c gm3 sin 3 0 . Використання вказаних рівнянь можливе при ( g 1)mc gm3 (3.3.7) та φс = φ3 ± 180о (3.3.8). Умови рівноваги системи (3.3.7) і (3.3.8) при дії на неї двох сигналів називають відповідно умовами балансу амплітуд та фаз. На рис.3.3.6 показано взаємне положення в площі картини дійсного 0 та уявою УО об’єктів, а також енергетичного центру ЕЦ і РСН. Енергетичний центр, який з’єднує дійсний та уявний об’єкти. Коефіцієнт модуляції mc в (3.3.7) характеризує при цьому величину похибки кутового супроводження системою АСН дійсного об’єкту, тобто захищуваного об’єкту. З рівності (3.3.7) слідує, що навіть при безмежно великому значення потужності завади неможливо отримати величину коефіцієнта mc більше коефіцієнті m3. рівність mc = m3 є практичною. Фізично це пояснюється тим, що сигнал завади модулюється за рахунок сканування діаграми направленості приймальної антени АСН і в зв’язку з цим несе інформацію про істинне положення джерела завади тобто положення захищуваного об’єкту. Система АСН орентує антену так, щоб прийнятий нею сумарний сигнал був не модульований, а це і відображається рівністю mc = m3. залежність величини коефіцієнту mc від співвідношення завади/сигнал при різних величинах коефіцієнту модуляції завади зображено на рис.3.3.7. 88 Рис. 3.3.7 Залежність коефіцієнтів модуляції корисного сигналу і сигналу завади від співвідношення завада/сигнал m3III m 3II m3I 1 . Таким чином, умови, які необхідно виконати на стороні станції завади для отримання максимального ефекту розглянутого виду завади на систему АСН: φ3 = φс ± 180о (3.3.9). mc ≈ m3= 1 (3.3.10). Один з можливих варіантів схеми станції формування сигналу завади в якій забезпечено виконання умов (3.3.9) і (3.3.10) зображено на рис.3.3.8. За своєю суттю дана станція є високочастотним ретранслятором що складається з приймальної Апр передавальної Ап антен і широкосмугового підсилювального тракту. Кількість каскадів підсилення підсилювача П залежить від величини необхідного коефіцієнту підсилення, а вихідний підсилювач ВП визначає величину вихідної потужності станції завади. Для формування моделюючої напруги частина потужності сигналу, прийнятого антеною Апр поступає через вхідне коло ВК на супергетеродинний приймач Пр. на виході приймача знаходиться амплітудний детектор з допомогою якого виділяється огинаючий сигнал опромінюючого сигналу. З допомогою фазоповетрача ФП виділений АД огинаючий сигнал зміщується на 180о і подається на формувач модулюючого сигналу ФМС. З виходу формувача моделюючої напруги модулюючий сигнал з амплітудою достатньою для 89 отримання необхідної глибини амплітудної модуляції, подається на управляючі електроди підсилювача П. Сформована таким чином, прицільна по частоті опромінюючого сигналу завада випромінюється передаючою антеною Ап в напрямку подавлюваної системи АСН. Рис.3.3.8 Схема станції завади прицільна по частоті опромінюючого сигналу (типу „ВО”). Заваду такого виду часто називають завадою типу „ВО” (виділена огинаюча). 3.3.2.3 Загароджувальна завада в діапазоні можливих частот сканування. Роботу каналу кутового супроводження в режимі скритого конусного сканування розглянемо на прикладі напівактивного наведення перехоплювача П на захищуваний об’єкт ЗО (рис.3.3.9). В цьому випадку передавач і приймач рознесені в просторі. Передавач находиться на пункті керування ПК. З допомогою передавача здійснюється опромінення (підсвічування) об’єкту. При цьому діаграма направленості передаючої антени не змінює свого просторового положення (антена не сканує). 90 Рис.3.3.9 Принцип напівактивного наведення перехоплювача на захищуваний об’єкт. Приймальна частина системи розміщена на борту перехоплювача. При скануванні діаграми направленості приймальної антени Апр здійснюється модуляція відбитих від захищуваного об’єкту сигналів, які і несуть інформацію про кутові координати ЗО. Ця інформація виділяється бортовою апаратурою і використовується системою АСН для наведення П на ЗО. При такому режимі роботи системи АСН визначити частоту сканування в процесі радіопротидії, а отже створити заваду прицільну по частоті сканування, досить складно. В цьому випадку для захисту ЗО використовують завади, що охоплюють діапазон можливих частот сканування. Такі завади відносяться до загороджувальних. Завади типу низькочастотний шум („НЧШ”) один з методів створення загороджувальних завад каналу кутового супроводження полягає в тому, що в напрямку подавлюваної системи (перехоплювач) випромінюється завада на несучій частоті цієї системи. Випромінюваний сигнал модулюється по амплітуді низькочастотною шумовою напругою з рівномірним спектром який завідомо перекриває весь діапазон можливих частот сканування. Представимо модулюючу шумову напругу у вигляді сукупності гармонійних складових амплітуда яких Vi визначається ефективним значенням шуму: N U мод (t ) Vi cos( i t i (t )) i 1 91 (3.3.11) Кількість гармонійних складових N визначається відношенням ширини спектру шумової напруги ΔFш до смуги пропускання подавлюваної системи АСН ΔFс: N Fш Fc (3.3.12) Вихідний сигнал передавача завади модульований по амплітуді одночасно сукупністю гармонічних складових різної частоти Ωі можна представити наступним чином: N U 3 (t ) V3 1 m3i cos( i t i ) sin 0 t , i 1 (3.3.13) де V3 – амплітуда модульованих (несучих) коливань; m3і – коефіцієнт модуляції, що забезпечується і-ю складовою моделюючої напруги. На виході приймальної антени подавлюваної системи буде діяти аддетивна суміш корисного сигналу Uc(t) і завади Uз(t): U вх (t ) U c (t ) U з (t ) (3.3.14) Приймемо, що спектр модулюючого шуму має нижню і верхню частоти Ωmin та Ωmax які завідомо перекривають можливий діапазон зміни величини частоти сканування Ωс . Після проходження прийнятих сигналів через приймальнопідсилювальний тракт система АСН на виході пристрою перетворення координат отримаємо сигнали такого вигляду: Для каналу азімуту U k ( g 1)mc cos c gm зi cos( зi c )t i , для каналу кута місця U k ( g 1) m c sin c gm зi sin ( зi c ) t i . Система АСН під дією цих напруг зорентує РСН в напрямку для якого Uα =0 і Uβ =0 тобто ( g 1)mc cos c gm зi cos 3 0 ; (3.3.15) ( g 1)mc sin c gm зi sin 3 0 , (3.3.16) і виконується умова балансу амплітуд і фаз ( g 1)mc gm3i (3.3.17) 92 та φ3=φс ± 180о (3.3.18), де з ( зi c )t i . Величини Ωзі та φі є випадковими, тому закон переміщення РСН в просторі також буде випадковим. Величина похибки супроводження буде визначатись математичним сподіванням (очікуванням) коефіцієнту модуляції mс: mc gm з і . ( g 1) (3.3.19) в тому випадку коли б модуляція здійснювалась одночасно N гармонійними складовими з постійною амплітудою, то при mз =100% і фіксованій потужності передавача коефіцієнт модуляції, віднесений до будь якої одної гармоніки, був би одинаків для всіх складових моделюючої напруги і дорівнював: mi 1 N . (3.3.20) Звідсіля слідує, що максимальна похибка супроводження системи АСН характеризується коефіцієнтом модуляції відбитого від ЗО сигналу, який залежить від співвідношення ширини спектру завади і смуги пропускання системи АСН. Остаточно ми отримаємо: mc Fc . Fш Схема станції загороджувальних шумових завад в діапазоні можливих частот сканування антени подавлюваної системи наведена на рис.3.3.10. Станція включає приймальну антену Апр, передавальну Ап антени, широкосмуговий підсилювач П та вихідний підсилювач ВП. Модуляція пере випромінюваних сигналів здійснюється шумовою напругою, яка створюється генератором шуму ГШ. Смуговий фільтр пропускає на вхід формувача модулюючих сигналів ФМС тільки ті складові спектру генератора шуму, які лежать в області можливих частот сканування антени подавлюваної системи. Даний вид завад прийнято називати завадою типу „НЧШ” (низькочастотний шум). 93 Рис.3.3.10 Схема станції шумових завад в діапазоні можливих частот сканування (типу „НЧШ”). Ширина спектру завади як правило значно перевищує смугу пропускання системи АСН, тому енергетична ефективність загороджувальних завад значно нижче, ніж завад, прицільних по частоті сканування. Наприклад, якщо ΔFш /ΔFс=100 і g→∞, то mс=0,1 тобто ефективність загороджувальної завади буде в десять разів нижче ефективності прицільної завади. Фізичну суть зниження ефективності загороджувальних завад можна пояснити наступним чином. Якщо випромінюваний станцією завад сигнал модулюється одночасно гармонійними коливаннями різної частоти і різних початкових фаз, а загальний коефіцієнт модуляції не може перевищувати 100%, то вклад кожної із модулюючих гармонік буде тим менше, чим більше складових входить до складу загального модулюючого сигналу. В системі ж АСН обробляється лише одна із гармонік модулюючого сигналу. Саме та, що попадає в даний момент в смугу пропускання системи. Одночасно випромінюваний сигнал завади модулюється за рахунок сканування діаграми направленості приймальної антени системи АСН і тим самим несе інформацію про істинне положення захищуваного об’єкту, а отже і про джерело завад. Тому чим ширше спектр сигналу завади то тим менша питома вага складової завади в системі обробки положення РСН і нижче ефективність дії завади. Завади типу „КЧС” (коливання частоти сканування). Інший різновид загороджувальних завад каналу АСН може бути сформований модуляцією несучих коливань гармонійним сигналом частота якого плавно змінюється в діапазоні можливих частот сканування діаграми направленості антени подавлюваної системи. Зміну частоти модулюючого сигналу частіше всього здійснюють за лінійним законом. 94 Саме лінійний закон забезпечує ймовірність однакового впливу на всі системи АСН, частота сканування яких знаходиться в межах діапазону зміни частоти модулюючого сигналу завади. Дія завади на подавлювану систему здійснюється в ті моменти часу, коли частота модуляції сигналу завади попадає в смугу пропускання каналу АСН. Тривалість знаходження сигналу завади в межах смуги пропускання є основним фактором, що визначає ефективність дії завади. Цей відрізок часу залежить від швидкості зміни частоти модулюючого сигналу: dFз (t ) з . dt (3.3.22) При заданій швидкості зміни частоти модуляції сигналу завади інтервал часу ефективної дії завади рівний: t еф Fc . з (3.3.23) При відносно малій швидкості зміни частоти модулюючого сигналу завади (рис.3.3.11) саму величину швидкості зміни вибирають виходячи із умови: t еф 3 с (3.3.24) де τс – постійна часу каналу АСН; c отже t еф 1 , Fc 3 . Fc (3.3.25) З рівнянь (3.3.23) та (3.3.25) отримаємо: Fc2 з . 3 (3.3.26) З отриманого виразу випливає, що при малій швидкості зміни частоти модулюючого сигналу завади період слідування часових інтервалів ефективної дії завади на канал АСН досить великий. Його можна визначити наступним чином: Tз Fз 3Fз , з Fc2 (3.3.27) де Fз – діапазон зміни частоти сигналу модуляції завади. 95 Для підвищення частоти слідування часових інтервалів ефективної дії завади необхідно або скорочувати діапазон зміни частоти модулюючого сигналу, або підвищувати швидкість зміни частоти. Реалізація першого методу вимагає точного знання діапазону можливих частот сканування приймальної антени подавлюваної системи. При другому методі (рис.3.3.12) інтервал часу ефективної дії завади на канал АСН за один цикл зміни частоти модуляції сигналу завади значно менше ніж в попередньому випадку t еф с . Період слідування часових інтервалів ефективної дії сигналу завади близький до постійної часу подавлюваної системи. Тому такий метод формування сигналу завади наближає її по ефективності дії до загороджувальної шумової завади. Рис.3.3.11 Мала швидкість зміни частоти модулюючого сигналу при створенні завад типу „КЧС”. Рис.3.3.12 Велика швидкість зміни частоти модулюючого сигналу при створенні завад типу „КЧС”. 96 Кутова похибка супроводження також залежить від відношення смуги пропускання каналу АСН до ширини спектру модулюючого сигналу, тобто до діапазону зміни частоти модуляції сигналу завади: k Fз , Fc (3.3.28) де k – коефіцієнт пропорційності. Завади створювані за рахунок коливання частоти модулюючого сигналу називають завадами типу „КЧС” (коливання частоти сканування). На рис.3.3.13 наведена структурна схема станції від станції загороджувальних шумових завад типу „НЧШ” у каналі формування модулюючого сигналу. Рис.3.3.13 Схема станції завад типу „КЧС” Генератор пилкоподібної напруги ГПН керує зміною величини частоти коливань генератора модулюючих коливань ГМК. Зміна величини частоти здійснюється в межах можливого діапазону частот сканування антени подавлюваної системи. Напруга з виходу ГМК через ФМС здійснює амплітудну модуляцію ре трансльованих сигналів опромінення. Для забезпечення максимальної глибини амплітудної модуляції як правило використовують не гармонічні сигнали, а сигнали прямокутної форми типу „меандр”. Таку модуляцію значно простіше можна здійснити до того є амплітуда першої гармоніки сигналів такої форми приблизно в 1,3 рази більша, ніж амплітуда чисто гармонійного сигналу. 97 Крім цього при такій формі моделюючої напруги модуляція випромінюваних сигналів буде також здійснюватись більш високими гармоніками сигналу типу „меандр”, що збільшить перекриття діапазону можливих частот сканування. При цьому слід зауважити, що пониження глибини модуляції вищими гармонійними складовими визначається амплітудами останніх. 3.3.2.4 Способи підвищення ефективності дії завад системам АСН з конусним скануванням. Розглянемо основні можливості способи підвищення ефективності дії завад системам АСН, які працюють в режимі конусного сканування лише приймальної антени (рис.3.3.9). В одному із варіантів в склад комплексу радіопротидії РП включають активну РЛС, яка випромінює високочастотні сигнали в напрямі приймача подавлюваної системи АСН. Скануючи приймальна антена подавлюваної РЛС перевипромінює сигнал РЛС (пасивний режим ретрансляції) змінюючи їх амплітуду з частотою сканування. Глибина амплітудної модуляції, як правило досить мала і складає декілька відсотків. При відповідній обробці прийнятого сигналу активного РЛС системи радіопротидії виділяється модулюючий сигнал і визначаються його параметри. Використовуючи виділений модулюючий сигнал можна сформувати протифазний модулюючий сигнал для створення ретрансляційної, прицільної за частотою сканування завади типу ВО. Інший спосіб підвищення ефективної дії завад каналам визначення кутів подавлюваної РЛС базується на особливостях деяких радіотехнічних систем напівактивного наведення, яке полягає в наступному. Для стійкого (надійного) супроводження системи АСН повинна мати на вході приймача відбитий від об’єкту сигнал достатньої інтенсивності в цьому діапазоні радіусу (віддалі) дії. Це забезпечується регулюванням величини потужності передавача станції опромінення (підсвічування) об’єкту і концентрації випромінюваної потужності в межах діаграми направленості передаючої антени, тобто використовуванням відносно вузьких діаграм направленості. Переміщення об’єкту в просторі приводить до необхідності неперервного суміщення максимуму діаграми направленості передаючої антени подавлюваної РЛС з лінією видимості між ПК та О (рис.3.3.9) з допомогою системи слідкування за кутовими координатами. 98 Завдання системи радіо протидії РП полягає в тому щоб впливати на роботу антени слідкування передаючої антени. В момент спів падання частоти модуляції сигналу завади з частотою сканування приймальної антени цей вплив приведе до відхилення діаграми направленості передаючої антени, що опромінює об’єкт від лінії видимості між ПК та О і викличе зміну густини потоку потужності в просторі знаходження захищуваного об’єкту. Система радіо протидії РП фіксує зміну рівня сигналу опромінення, спів ставляє цей момент з поточним значенням частоти модуляції сигналу завади і визначає таким чином частоту сканування системи АСН, яка керує антеною передавача станції опромінення (підсвічування) об’єкту. Чим швидше змінюється частота модулюючого сигналу тим менше відхиляється промінь передаючої антени і навпаки. При замітному відхиленні антенного променя швидкість зміни частоти модуляції зменшується і в подальшому здійснюється повільніше і в значно вужчому діапазоні частот з центром, що відповідає частоті модуляції сигналу завади при якій отримано максимальне відхилення антенного променя. Графік зміни частоти модулюючого сигналу зображено на рис.3.3.14. На початковому етапі формування завади типу „КЧС” задається висока швидкість зміни частоти модулюючого сигналу в усьому діапазоні можливих частот сканування антени подавлюваної системи АСН. В подальшому швидкість зміни частоти модуляції зменшується і здійснюється в більш вузькому діапазоні. Рис.3.3.14 Графік зміни частоти модулюючого сигналу завади. 99 З рис.3.3.14 видно, що інтервали часу ефективної дії сигналу завади на систему АСН суттєво виросли: t еф 2 t еф1 . Схема станції радіо протидії типу „КЧС” з підстроюванням частоти модулюючих сигналів зображена на рис.3.3.15. Частина прийнятого сигналу опромінення подається на приймач і далі на аналізатор рівня сигналу АРС. При фіксації зміни величини вхідного сигналу АРС змінюється режим роботи генератора пилкоподібної напруги ГПН, який керує величиною частоти генератора гармонійних коливань ГГК. Зміна частоти ГГК сповільнюється, а діапазон зміни частоти звужується. При реалізації даного методу формування сигналу завади замість ре трансльованого сигналу з ціллю збільшення ефекту дії може біти використаний шумоподібний сигнал на несучій частоті подавлюваної системи. В ряді випадків системи АСН можуть працювати в режимі відкритого конусного сканування до моменту поки захищуваний об’єкт не буде виявлений (захоплення об’єкту) і далі переходить в режим скритого супроводження, тобто конусне сканування об’єкту здійснюється лише приймальною антеною системи АСН. За період роботи подавлюваної системи в режимі відкритого сканування система радіо протидії визначає і запам’ятовує частоту сканування. Після переходу системи АСН в режим скритого конусного сканування вихідні сигнали станції завад модулюються по амплітуді коливаннями з запам’ятовуваною частотою сканування. 3.3.3. Завади системам АСН з одночасним порівнянням сигналів. 3.3.3.1. Принцип дії системи АСН. Інформація про кутові координати об’єктів в системах АСН з одночасним порівнянням сигналів міститься в різниці амплітуд або фаз відбитих сигналів, які одночасно приймаються декількома антенами. Іноді такі системи називають моно імпульсними так як є реальна можливість отримати інформацію про кутові координати об’єкту після прийняття лише одного відбитого імпульса. В ряді випадків метод моно імпульсної радіолокації успішно використовується в системах з неперервним випромінюванням. 100 Розміщення фазових рівно сигнальних систем на носіях малих розмірів (літак, ракета) викликає значні технічні труднощі. Тому частіше використовують системи АСН з одночасним порівнянням сигналів по амплітуді. При технічній реалізації такого принципу в загальному випадку використовують антенну систему яка об’єднує дві пари вузько направлених антен з однаковими діаграмами направленостями. Вісі (максимум чутливості) діаграм направленості антен в кожній парі зміщені в просторі одна відносно іншої на новий фіксований кут γ рис.3.3.16,а. Перетинаючись в просторі діаграми формують так звану рівносигнальну площину РСП (рис.3.3.16,б). сама назва цієї площини говорить про те, що амплітуди сигналів прийнятих кожною антеною з любого напряму який лежить в цій площині будуть рівні між собою. Відхилення джерела випромінювання від рівно сигнальної площини в той чи інший бік (ψ на рис.3.3.16, а) привиде до появи різниці амплітуд прийнятих антенами сигналів (зміна пропорційна коефіцієнтам підсилення антени G1, G2). Різниця амплітуд буде тим більшою, чим більшою буде величина кута ψ. Рівно сигнальні площини (РСПβ та РСПα рис.3.3.16, в) сформовані кожною з антенних пар, розміщені ортогонально одна відносно одної. Лінія їх перетину в просторі є рівно сигнальним напрямом РСН антенної системи. 101 Рис.3.3.16 Формування рівносигнального напряму РСН в системі АСН з одночасним порівнянням сигналів; а – просторове розміщення діаграм направленості антенної системи; б – формування рівно сигнальної площини РСП; в – формування рівносигнального напрямку РСН. Кожна пара антен як правило має приймально-підсилювальний тракт, з ідентичними процесами обробки сигналів в цих каналах. Сигнали прийняті кожною парою антен перетворюються і підсилюються в своєму каналі. Вихідна напруга кожного каналу буде рівна нулю, якщо джерело випромінювання (об’єкт) знаходиться на рівно сигнальному напрямку. При зміщенні джерела випромінювання від рівно сигнального напрямку на виході того чи іншого каналу, або на обох каналах 102 одночасно виникає напруга величина і знак якої визначає величину і напрям зміщення джерела (об’єкту). Таким чином вихідна напруга каналів несе пеленгаційну інформацію, а значить має пеленгаційну характеристику вигляд якої зображено на рис.3.3.17. Характеристика володіє непарною симетрією відносно рівно сигнального напряму. Рис.3.3.17 Пеленгаційна характеристика системи АСН з одночасним порівнянням сигналів. В системах автоматичного супроводження об’єктів за напрямом вихідна напруга кожного з каналів використовується для керування пристроями, які переміщують рівно сигнальний напрям до суміщення з напрямом на об’єкт. Таке переміщення здійснюється незалежно в азімутальних на кутових площинах. Такі системи характеризуються значно вищою стійкістю до завад, створюваних із однієї точки простору, в порівнянні з системами АСН з послідовним порівнянням сигналів, так як інформація кутове положення об’єкту відносно РСН міститься в різниці амплітуд сигналів, які приймаються антенами одночасно. До того ж амплітудна модуляція прийнятих системою АСН сигналів незалежно від її характеру також не буде приводити до похибок у визначенні кутових координат джерела випромінювання (об’єкту). 3.3.3.2 Мерехтливі завади. Ефективна дія на моно імпульсні системи АСН може бути забезпечена використанням мерехтливих завад, які створюються з допомогою декількох передавачів сигналів завад рознесених в просторі на певну віддаль. В найбільш простому випадку це можуть бути два передавачі установлені на захищуваних об’єктах (О1 та О2 рис.3.3.18, а). 103 Передавачі вмикаються і вимикаються по черзі на одинаків час (рис.3.3.18, б) або по більш складній програмі. Дія мерехтливих завад базується на обмеженій розподільній здатності системи АСН. Рис.3.3.18 Формування мерехтливих завад при захисті двох об’єктів: а – просторове розміщення об’єктів; б – часові діаграми роботи передавачів сигналів завад. При наявності двох джерел завад в межах структури кутового дискримінатора (кут θ рис.3.3.18) системи АСН, вона буде відслідковувати напрям на енергетичний центр, положення якого визначається з виразу: P31 (t ) P32 (t ) , P31 (t ) P32 (t ) 2 Pc (t ) (3.3.29) де ψ – кут між напрямками видимості РЛС-О та РЛС-О2; Δθ – кут між напрямом на енергетичний центр і бісектрисою кута ψ; Р31(t) і Р32(t) – потужності сигналів завад випромінювані передавачами О1 та О2; Рс(t) – потужність корисного сигналу відбитого від кожного з об’єктів. Не важко бачити, що положення енергетичного центру визначається в основному співвідношенням потужностей передавачів сигналів завад і характером зміни потужності завади в часі. При почерговому ввімкненні передавачів завад енергетичний центр буде „блукати” в межах лінії, що з’єднує О1 та О2. система АСН буде намагатись відслідковувати то перший об’єкт то другий, внаслідок чого 104 антенна система буде переналаштовуватись в такт з комутацією сигналів завад. Це суттєво затруднить визначення кутових координат об’єктів. Тому усереднений кут в якому РЛС буде відслідковувати об’єкти матиме криволінійну траєкторію (пунктирна лінія рис.3.3.18). Для того, щоб система АСН встигла реагувати на переміщення енергетичного центру випромінювання, частота комутації передавачів повинна задовольняти умові: Fk Fc , 2 (3.3.30) де ΔFc – смуга пропускання системи АСН. При більш високих частотах комутації система АСН буде усереднювати кутову похибку і при одинаковій потужності передавачів буде відслідковувати напрям на геометричний центр джерел завад. Як правило величину частоти мерехтіння вибирають в діапазоні від 0,5 до 10Гц. Необхідне перевищення потужності сигналу завади над відбитим (корисним для системи АСН) сигналом повинне становити порядка 10dB. Найбільший ефект радіо протидії при використанні мерехтливих завад забезпечується при синхронізації роботи передавачів завад з допомогою спеціальних ліній зв’язку (ЛЗ рис.3.3.18, а), бортових навігаційних систем, високо стабільних таймерів і т.д. слід зауважити, що будь-які порушення синхронізації роботи радіопередавачів захищуваних об’єктів роблять їх захист малоефективним. В зв’язку з цим частіше всього комутацію передавачів здійснюють автономно на кожному із захищуваних об’єктів. Такий режим несинхронної комутації дещо понижує ефективність захисту проте значно спрощує реалізацію і понижує її вартість. Рис.3.3.19 Схема станції формування мерехтливих завад. 105 Схема станції формування мерехтливих завад зображена на рис.3.3.19. прийняті антеною Апр сигнали опромінення виділяються вхідним колом ВК, підсилюються широкосмуговим підсилювачем. Величина коефіцієнту підсилення підсилювачів змінюється під дією напруги типу меандр. Меандровий сигнал формується в блоці формувача меандрових сигналів ФМС з коливань низької (0,5 Гц ÷10 Гц) частоти генератора низької частоти ГНЧ. Частковим випадком мерехтливих завад є переривисті завади. Завади такого виду не що інше як періодична послідовність потужних радіоімпульсів які випромінюються з малою шпаруватістю (шпаруватість це відношення періоду слідування імпульсів до їх тривалості) одним передавачем. Такі завади розраховані на порушення роботи системи автоматичного регулювання підсилення АРП і діють за принципом подавлюючи завад. Внаслідок інерційності системи АРП коефіцієнт підсилення приймального тракту не може швидко змінитись. Тому переривиста завада приводить до періодичного перенавантаження приймального тракту системи АСН, що в свою чергу зумовлює перериви в передачі інформації в канали випромінювання кутів. Ці перериви зменшують коефіцієнт передачі системи АСН і як наслідок, приводять до динамічних похибок супроводження об’єктів. Ефективність переривистих завад залежить від співвідношення завада-сигнал на виході подавлюваної системи, від тривалості імпульсів завади, періоду їх слідування, а також параметрів системи АРП. Контрольні запитання. 1. Яку роль виконує кутовий дискримінатор в система АСН? 2. яким чином формується рівно сигнальний напрям в системах АСН з послідовним порівнянням сигналів по амплітуді? 3. В яких параметрах сигналу прийнятого системою АСН, міститься інформація про кутове положення напрямку на об’єкт? 4. В чому полягає відмінність режимів скритого і відкритого конусного сканування що використовуються в системах АСН? 5. Поясніть принцип створення і ефект дії на систему АСН завад прицільних по частоті сканування? 6. Які умови необхідно виконати для забезпечення максимальної ефективності дії завад прицільних по частоті сканування? 106 7. Поясніть принцип створення і ефект дії на систему АСН завад типу „НЧШ” і „КЧС”? 8. Чому ефективність загороджувальних завад в діапазоні можливих частот сканування нижче ефективності прицільних завад? 9. Яким чином формується рівно сигнальний напрям в системах АСН з одночасним порівнянням сигналів по амплітуді? 10. Чому моно імпульсні системи АСН характеризуються підвищеною завадо захищеністю в порівнянні з системами з послідовним порівнянням сигналів? 11. Поясніть принцип формування і ефект дії на систему АСН мерехтливих та переривистих завад. 3.4 Активні завади РЛС працюючим в режимі автоматичного супроводження об’єктів по дальності. 3.4.1 Принцип дії АСД. В РЛС супроводження об’єктів по дальності опромінюючі сигнали мають імпульсну форму. Основне призначення системи автоматичного супроводження по дальності полягає у відкриванні приймача слідкуючої системи тільки на момент надходження відбитого сигналу. Весь інший час приймач закритий і отже на виході приймача сигнал відсутній. Сигнал, що відкриває на короткий час вхід приймача прийнято називати стробом дальності. 107 Рис. 3.4.1 Структурна схема системи АСД (а) та часові діаграми сигналів (б). На рис. 3.4.1 зображено один з можливих варіантів реалізації системи автоматичного супроводження по дальності. Приймач та передавач в даному випадку є типовими для імпульсних РЛС. Синхронізатор С формує короткі імпульси синхронізації U1. Формувач модулюючих сигналів ФМС здійснює модуляцію коливань генератора високої частоти ГВЧ, забезпечуючи тим самим на приймальнопрередавальній антені короткі радіоімпульси U2 тривалості τі. До виходу приймача ПР під’єднана система АСД (пунктирний прямокутник на рис. 3.4.1). Синхронізатор через схему часової затримки СЧЗ здійснює запуск генератора селекторних імпульсів ГСІ. На виході ГСІ з часовою затримкою заданою СЧЗ формуються два селекторних імпульси розміщених один біля одного U4. Величина часової затримки t0 сформованої СЧЗ визначається величиною напруги керування, що подається через схему захоплення СЗ. Форма напруги керування залежить від режиму роботи системи АСД. В режимі пошуку, поки на 108 вході приймача не має відбитих від об’єкту сигналів, напруга керування подається з виходу генератора пошуку ГП. Як правило, це лінійно змінена напруга U5 під дією якої селекторні імпульси плавно переміщуються по вісі часу від мінімального значення, що відповідає мінімально можливій вимірювальній віддалі до максимального, яке визначається максимальною дальністю дії РЛС. Як тільки один з селекторних імпульсів U4 співпаде по часі з отриманням відбитого від об’єкту сигналу, то спрацьовує система співпадання СС, яка через накопичувач імпульсів НІ керує системою захоплення СЗ. Система захоплення відключає генератор пошуку ГП від керування величиною часової затримки в системі СЧЗ і під’єднує до неї (до СЧЗ) через формувачі кола ФК вихід часового розрізнювача ЧР. Величина напруги на виході часового розрізнювала ЧР залежить від взаємного часового розміщенняЖ. Прийнятого (відбитого) сигналу U3 і двох селекторних імпульсів U4. якщо середина прийнятого сигналу точно співпадає з віссю симетрії селекторних імпульсів то керуюча напруга на виході часового розрізнювала ЧР рівна нулеві. В разі коли співпадання нема то на виході ЧР формується напруга полярність і величина якої пропорційна величині та знаку різниці Δt=t0-ti Рис.3.4.2 Залежність вихідної напруги часового розрізнювала від величини та знаку Δt. Величина вихідної напруги розрізнювала повинна бути непарною функцією Δt (рис.3.4.2). слід зауважити, що полярність сформованої ЧР напруги повинна бути така щоб відповідна зміна величини часової затримки селекторних імпульсів U4 відбувалась в напрямку зменшення Δt. Формуючі кола ФК підтримують величину напруги керування що 109 відповідає поточному значенню віддалі до об’єкту. Порушення роботи АСД може здійснюватись шляхом створення неперервних шумоподібних або імітуючи завад, які приводять до зміщення положення селекторних імпульсів на часовій вісі. 3.4.2 Шумоподібні завади. Сигнал на вході любого радіоприймача завжди характеризується наявністю шуму, який формується зовнішніми так і внутрішніми тобто приймальними самому приймачеві джерелами шуму. Параметри приймачів розраховуються таким чином, щоб в умовах відсутності штучно створених завад, амплітуда корисного сигналу суттєво перевищувала середню амплітуду шумів. Таке співвідношення може бути суттєво порушене при створюванні захищуваними об’єктами неперервних шумоподібних завад. Несучі коливання завад такого виду повинні співпадати з несучими коливаннями подавлюваної системи, а модулююча шумова напруга повинна характеризуватись частотним спектром який перекриває смугу пропускання подавлюваної системи. Інтенсивність аддетивної суміші корисного сигналу і сигналу завади на вході приймача зростає суттєво. Система автоматичного регулювання підсилення АРП реагує на зростання величини вхідного сигналу пониженням коефіцієнту підсилення. Тому амплітуда корисного сигналу на виході приймача, а отже і на вході системи АСД зменшується і спів падання сигнал/шум зміниться на користь шуму. При достатній величині потужності сигналу завади амплітуда корисного сигналу зменшиться настільки, що він виявиться повністю поглинутий шумами і виділити його за амплітудною ознакою із шуму буде неможливо. В цьому випадку система АСД буде захоплювати окремі випадкові викиди (перевищення над середнім рівнем) шумові напруги сприймаючи їх як відбиті сигнали. Загалом система АСД буде повністю паралізована. Метод формування шумоподібних завад аналогічний методам формування неперервних шумоподібних завад радіоелектронним системам, що працюють в неперервному режимі кругового огляду (розділ 3.2). 3.4.2 Імітуючі завади. До імітуючи завад систем АСД відносять в першу чергу імпульсні завади відволікаючого типу. Вказані завади формуються як послідовність імпульсів з несучою частотою рівною частоті несучих 110 коливань подавлюваної системи, а величина затримки яких по відношенню до сигналу опромінення плавно змінюється від нуля до деякого заданого значення τ3. закон зміни величини затримки (закон відволікання) може бути лінійним, або параболічним з малою швидкістю зміни величини затримки в початковій стадії. На рис.3.4.3 показане взаємне розміщення селекторних імпульсів системи АСД С1 і С2, корисного для подавлюваної системи сигналу С та сигналу завади в різні моменти часу при створенні одного циклу (одного періоду зростання часу затримки до деякого максимального значення) відволікаючої завади. В початковий момент, коли між корисним сигналом та сигналом завади відсутня затримка τ3=0 (рис.3.4.3, а) на вхід системи АСД поступають два суміщених по часу імпульси – корисний і завада. Система АСД працює в режимі супроводження об’єкту, вісь симетрії селекторних імпульсів співпадає з серединою корисного сигналу. при невеликій затримці сигналу завади (τ3>0) по відношенню до опромінюючого сигналу (рис.3.4.3, б) обидва сигнали (завада та корисний) ще знаходяться в межах апертури часового розрізнювала і система АСД ще не розрізняє дійсний та імітований сигнал завади об’єкти. В цьому випадку система АСД буде супроводжувати енергетичний центр сумарного сигналу і селекторні імпульси С1 і С2 зміняться в напрямку переміщення відволікаючого сигналу. Момент, зображений на рис. 3.4.3, в, відповідає повному розрізненню дійсного та імітованого об’єктів. Селекторні імпульси, при умові перевищення потужності сигналу завади над відбитим сигналом опромінення тобто корисним для подавлюваної станції сигналом будуть супроводжуватися сигнал завади. Інформація про дальність до реального об’єкту буде створена, а система визначення швидкості об’єкта по результатах вимірювання відстані буде давати невірну інформацію і про швидкість. 111 Рис.3.4.3 Взаємне розміщення селекторних імпульсів С1 і С2 , корисного сигналу С і сигналу завади З в різні моменти одного циклу відволікаючої завади. Слід зауважити, що якщо система АСД використовується в якості попереднього селектора об’єктів для каналу АСН, то імітуючи завада відволікаючого типу практично буде створювати інформацію про кутові координати об’єкту, а отже система АСН може супроводжувати об’єкт за цими ознаками. На рис.3.4.3.2 зображена ситуація заключного моменту одного циклу (періоду) відволікаючої завади. Затримка сигналу завади від максимального значення зменшується до нульового τ3=0. швидкість переходу в режим наукової затримки повинна бути максимальна з тим щоб система АСД не змогла від слідкувати цю зміну. Таким чином сигнал відволікаючої завади зникає з зони спостереження системою АСД. Загалом така ситуація може трапитись і без наявності відволікаючого сигналу завади, а завдяки лише можливим флуктуаціям зміни амплітуди відбитих опромінюючих сигналів. Тому певний інтервал часу (час пам’яті) система АСД очікує пропавший сигнал, а потім 112 переходить в режим пошуку. В часовому інтервалі здійснення пошуку подавлювала система не отримує ніякої інформації про координати захищуваного об’єкту. Якщо захищений об’єкт знову буде захоплений на автоматичне супроводження, почнеться новий цикл відволікання по дальності. Час відволікання залежить від віддалі на якій забезпечується розрізнення об’єктів по дальності, а також від швидкості імітованого руху об’єкту. Роздільна здатність об’єктів по дальності в системах АСД в основному визначається апертурою часового розрізнювала, нестабільністю роботи генератора селекторних імпульсів і т.п. швидкість руху зімітованого об’єкту не повинна перевищувати максимально можливої швидкості реальних об’єктів. Приймемо, що тривалість корисних для подавлюваної системи, тобто відбитих від об’єкту опромінюючих імпульсів τс=1 мкс, а тривалість селекторних імпульсів τс1=τс2=2мкс. Для того щоб зімітований об’єкт вийшов у зону розрізнення по дальності, затримка відволікаючих імпульсів за один повний цикл відволікання повинна бути не менше τ3=6мкс. Така затримка відповідає віддалі між зімітованим та реальним об’єктам R 1 з 3 10 с6 3 10 8 м / с 900 м . 2 Приймемо, що максимальна швидкість об’єкту, який може супроводжувати система АСД 0 max 1,4 M , де М – число Маха. Тоді тривалість часу одного циклу відволікаючої завади, або іншими словами час протягом якого зімітований об’єкт покидає віддаль ΔR=900м, буде рівний: t відв R R . 0 max 1,4 звуку (3.4.1) Приймемо, що швидкість звуку 300м/с тоді величина часу відволікання рівна: t відв 900 2,14c . 1,4 300 Отже величина швидкості зміни величини затримки відволікаючого імпульсу не повинна перевищувати з 113 з 6 мкс мкс 2,8 . t відв 2,14с с Схема радіоелектронного пристрою, реалізуючого відволікаючу по дальності заваду зображена на рис.3.4.4. Прийняті антеною Апр сигнали опромінення розділяються вхідним колом ВК на два напрямки. Частина сигналу поступає на систему запам’ятовування частоти СЧЗ, яка забезпечує генерування високочастотних коливань з частотою близькою до частоти сигналів опромінення. Запам’ятовування частоти коливань опромінюючого сигналу необхідно для формування відволікаючих імпульсів після закінчення їх дії. Така ситуація виникає при великих часах затримки відволікаючого сигналу завада. Високочастотні коливання запамятованої частоти подаються на вхід широкосмугових підсилювачів в яких і формуються відволікаючі імпульси. Рис.3.4.4 Схема радіоелектронного пристрою формування завад відволікаючих по дальності. Друга частина прийнятого сигналу з виходу ВК подається на вхід приймача і після перетворення, підсилення детектується в амплітудному детекторі АД. Відео імпульси з виходу АД подаються на вхід системи керованої затримки (СКЗ) в якій здійснюється плавна затримка відео імпульсів по заданому (лінійному або параболічному) закону з допомогою керуючого генератора КГ. В формулі модулюючих сигналів ФМС сигнал з виходу СКАЗ отримують такі параметри які потрібні для здійснення процедури модуляції запамятованих високочастотних коливань в підсилювальному тракті. Підсилені вихідним підсилювачем відволікаючи сигнали завади випромінюються передаючою антеною в напрямку подавлюваної РЛС. Контрольні запитання. 1. Яку роль відіграє головний розрізнював в системах АСД? 2. Опишіть принцип створення і дію на систему АСД шумоподібних завад. 3. Опишіть принцип формування і дію на систему АСД завад відволікаючого типу. 4. Які критерії визначають тривалість одного циклу відволікаючої завади по дальності? Розділ 3.5. 114 3.5 Радіопротидія системам автоматичного супроводження об’єктів за швидкістю (АСШ). 3.5.1 Принцип дії системи АСН. Визначення швидкості об’єктів базується на використанні ефекту Доплера відбитих або випромінюваних об’єктом, що рухається відносно нерухомого приймача. Величина приросту частоти залежить від швидкості руху об’єкту V0, частоти несучих коливань випромінюваного сигналу fc (рис.3.5.1). Рис.3.5.1 Доплерівський вимірювач швидкості. Формула розрахунку величини зміни частоти враховує лише складову швидкості руху об’єкту в напрямку видимості на РЛС: 0 с – довжина хвилі; β – кут cos 0 cos , де c fc між напрямом вектора швидкості 0 і лінією видимості об’єкту РЛС. Fg f c Інформація про кутові координати об’єкту буде поступати в систему АСН тільки після її захоплення на супроводження за швидкості системою АСШ. Тому створення завад каналу АСШ може викликати похибки не тільки у визначенні швидкості руху об’єкта, але і порушувати нормальну роботу системи АСН. Найбільш висока ефективність селекції об’єктів за швидкості в тих РЛС які використовують неперервний або квазінеперервний режими 115 випромінювання. Схема одного із найбільш типового варіанту системи АСШ працюючої з неперервними сигналами зображено на рис.3.5.2. Пристрій АСШ по суті є вузькосмуговим слідкуючим фільтром, який реалізований з допомогою вузько смугового підсилювача проміжної частоти ВППЧ що має фіксовані частотні параметри і пере налаштовується по частоті лише гетеродин Г. Рис.3.5.2 Схема системи АСШ. Коли на виході системи АСШ відсутній сигнал вона працює в режимі пошуку. При цьому частота гетеродина Г з допомогою генератора пошуку ГП періодично змінює величину частоти генерованих коливань за лінійним законом. Пошук здійснюється в діапазоні можливих величин доплерівських частот вхідного сигналу. Сигнали відбиті від об’єктів, після відповідних перетворень у вхідному колі ВК поступають на вхід системи АСШ. Коли різниця частот переналагоджуваного гетеродина fг і вхідного сигналу fс буде близька до середньої частоти f0 блоку ВППЧ, сигнал з різницевою частотою fр=fс-fг переходить через тракт ВППЧ, частотний детектор ЧД, формувачі ланки ФЛ. Поява сигналу на виході ФЛ приводить до запуску системи захоплення СЗ (ланка ФЛ1) яка зупиняє пошук і приводить систему АСШ в режим супроводження об’єкту за допплерівською частотою. В цьому випадку керування частотою гетеродину здійснюється напругою що поступає з виходу ЧД (ланка ФЛ2). Перехідна характеристика частотного детектора ЧД є непарною функцією вихідної напруги від величини різниці частоти вихідного сигналу змішувача (рис.3.5.2) і середньої частоти блоку ВППЧ. 116 Рис.3.5.3 Перехідна характеристика частотного детектора та АЧХ ВППЧ. Пунктирною лінією на рис.3.5.3 зображено амплітудно-частотну характеристику блоку ВППЧ. Частотний детектор формує керуючу напругу величина та полярність якої визначається величиною та знаком відхилення частоти детектованого сигналу від центральної частоти. Вихідна напруга частотного детектора через формуючу ланку (ФЛ2) і систему захоплення (СЗ) змінює частоту гетеродину до тих пір поки величина різниці частот не стане рівною нулеві. Досягнення нульової різниці частот приведе до нульової вихідної напруги ЧД. При цьому припиниться зміна частоти гетеродина і система буде працювати в режимі стійкого супроводження сигналу за частотою середній рівень керуючої напруги, що відповідає поточному значенню швидкості руху супроводжуваного об’єкту, підтримується формуючою ланкою ФЛ. Каналу АСШ так же як і каналу АСД можуть створюватися шумоподібні завади і завади відволікаючого типу, які імітують допплерівські частоти. 3.5.2 Шумоподібні завади. Широкосмугові завади загороджувального типу для антен АСШ малоефективні оскільки проблематичним є створення необхідної спектральної густини потужності сигналу завади у відносно вузькій смузі пропускання приймальної частини РЛС. З енергетичної точки зору ефективніше створити вузько смугову шумоподібну заваду, спектр якої перекриває діапазон можливих допплерівських частот вхідних сигналів. При дії на систему АСШ адитивної суміші корисного сигналу і шумоподібної завади напругу на виході частотного детектора можна 117 представити як квазігармонічне коливання з випадковою амплітудою та фазою: U (t ) V (t ) cost (t ) , де V(t) і φ(t) – випадкові функції часу. Отже за випадковим законом буде змінюватись і частота гетеродину. Оскільки система автоматичного регулювання частоти гетеродина є замкнутою то випадкові зміни величини його частоти будуть викликати випадкові зміни на виході змішувача (ЗМ рис.3.5.2) і отже частоти сигналу, що буде подаватись на вхід ВППЧ. Таким чином смуговий фільтр системи АСШ (сукупність блоків ЗМ, ВППЧ, ЧД, ФЛ, СЗ, Г) буде, „блукати” вздовж вісі частот до тих пір поки його частота не вийде за межі апертури перехідної характеристики частотного детектора, в результаті чого буде порушено режим слідкування за об’єктом. Для формування шумоподібних завад найбільш широке застосування знайшов ретрансляційний спосіб коли прийняти сигнали опромінення об’єкту підсилюються, модулюються сигналом і пере випромінюються в напрямі подавлюваної системи. Рис.3.5.4 Схема станції шумоподібних завад ретрансляційного типу. Схема такого ретранслятора зображена на рис.3.5.4. смуговий фільтр СФ виділяє із спектру генератора шуму ГШ частотну область, яка перекриває діапазон можливих допплерівських частот. Формувач модулюючих сигналів формує модулюючі сигнали для частотної, а в ряді випадків фазової модуляції ре трансльованих сигналів. 3.5.3 Імітуючі завади. Найбільш розповсюдженими імітуючи ми завадами є відволікаючі завади по швидкості. Для створення таких завад прийняті 118 станцією радіо протидії сигнали опромінення підсилюються і пере випромінюються в напрямку подавлюваної РЛС з плавною зміною несучої частоти в діапазоні можливих допплерівських частот. Частота ре трансльованих сигналів змінюється за лінійними або параболічними законами від значення частоти сигналу опромінення до деякого значення, що перевищує зону утримання системи АСШ, яка в основному визначається апертурою частотного детектора і смугою пропускання ВППЧ. Напрям зміни частоти може відбуватись як в сторону збільшення так і в сторону зменшення відносно частоти сигналу опромінення. В початковий момент часу система АСШ подавлюваної РЛС буде фіксувати два об’єкти що рухаються з однаковою швидкістю. Один з об’єктів, в момент що відповідає початку циклу відволікання починає змінювати швидкість. Зміна швидкості супроводжуватиметься зміною радіальної складової вектора швидкості в напрямі РЛС. Таким чином сигнал завади імітуватиме другий не існуючий об’єкт який рухається із швидкістю відмінною від швидкості реального захищуваного об’єкту, який і є джерелом сигналу завади в цьому випадку система АСШ переходить на супроводження об’єкту який відповідає більшій інтенсивності сигналу. На графіках рис.3.5.5 показане взаємне розміщення корисного сигналу fс , сигналу завади fз та АЧХ слідкуючого фільтра в різні моменти створення одного циклу відволікаючої завади. Рис.3.5.5 Взаємне розміщення АЧХ слідкуючого фільтра, частоти корисного сигналу fс і сигналу завади fз в різні моменти циклу відволікаючої завади. 119 В початковий момент створення сигналу завади система АСШ буде супроводжувати обидва сигнали. Як сигнали від одного об’єкту. По мірі росту частоти більш потужного сигналу завади частота слідкуючого фільтра буде зміщуватись в тому ж напрямку. Починаючи з певного моменту реальний та змістований об’єктами будуть сприйматись системою АСШ, як два різні об’єкти, що рухаються з різною швидкістю. Система прийде в режим супроводження об’єкту з більщ високою інтенсивністю сигналу рис.3.5.5, б. В кінці циклу формування відволікаючої завади частота ре трансльованого сигналу різко зміниться до початкового значення (рис.3.5.5, в). Сигнал завади зникне і подавлювала РЛС втратить супроводжуваний об’єкт. Після втрати об’єкту подавлюванис система певний час очікує, а потім переходить в режим пошуку. Якщо під час пошукуобєкт буде зафіксований, подавлювани система перейде в режим супроводження по швидкості і цикл формування відволікаючої завади знову повториться. Ефективність дії відволікаючої завали може бути суттєво підвищена, якщо одночасно з завадою буде суттєво змінено швидкість реального об’єкту. Шпаруватість отримання інформації подавлюваною РЛС залежить від швидкості зміни частоти сигналу завади (швидкусть відволікання) і величини відволікання по частоті, а також від характеристик подавлюваної РЛС. Швидкість відволікання не повинна перевищувати швидкості руху реальних об’єктів. Оскільки об’єкти з нереально великими швидкостями системою АСШ будуть сприйматись як помилкові і супроводження таких об’єктів буде припинено. Величина відволікання повинна забезпечувати надійне розрізнення системою АСШ сигналу завади від корисного сигналу. для випадку типових систем АСШ величина відволікання (відмінність частот fс та fз ) повинна бути не менше 4 кГц. Швидкість відволікання і час розгортки одного циклу відволікаючої завади визначимо для РЛС, що супроводжує об’єкт з максимальною швидкістю V0max=1,2М. Вважаємо, що система отримує відбитий сигнал опромінення несуча частота якого рівна fс=10ГГц. При швидкій зміні напряму руху об’єкту допплерівська зміна частоти отримуваних сигналів може змінюватись в діапазоні від нуля до максимального значення яке рівне (рис.3.5.1). 120 Приймемо, що в момент вимірювання величини допплерівської частоти об’єкт рухається в напрямку подавлюваної РЛС тобто величина кута β=0 отже cosβ=1. Fg max 2 0 2 1,2 зв cos cos 0 0 , c 3 108 м / с де 3 10 2 м , з – швидкість звуку в повітрі, 9 f 10 10 Гц приймемо з =300м/с. Підставивши відповідні значення отримаємо: Fg max 2 1, 2 300 24 кГц. 3 10 2 Швидкість зміни частоти буде залежати від величини максимального перевантаження яке може витримати реальний об’єкт. На практиці користуються параметром допустимого коефіцієнту перевантаження який розраховується за формулою: Wmax , де g 02 – прискорення по криволінійній траєкторії мінімального rmin радіусу rmin ; 0 – швидкість руху об’єкту; g – прискорення вільного Wmax падіння. Отже величина коефіцієнту перевантаження може бути представлена так: 2 02 звідсіля rmin 0 . g grmin Для пілотованих літаючих об’єктів максимальна допустима величина коефіцієнту перевантажень становить η=5. при лінійній швидкості об’єкту 0 =1,2м=1,2 з і швидкості розповсюдження звуку з =300м/с мінімальна величина 2 радіусу повороту рівна (1,2 300) 2,6 10 3 м . Для простоти подальших викладок 5 9,8 приймемо, що віддаль від об’єкту до РЛС Rо значно більша радіуса rmin . rmin 121 Зміна напрямку руху об’єкту від β=0, β=90о (рис.3.5.1), а значить зміна величини допплерівської частоти від F gmax до нуля пройде за час проходження обєктом одної четвертої довжини кола рідіусом rmin : t0 1 2rmin 2 3,14 2,6 10 3 11,33c . 4 0 4 1,2 300 Отже, реальна величина максимально можливої швидкості зміни доплерівської частоти становить f Fg max t0 24кГц 2,12кГц / с . 11,33 Саме цією величиною буде визначатись і максимальна швидкість зміни частоти відволікаючого сигналу. 3.5.4 Зміна частоти ретрансльованих сигналів. Відволікаючі за швидкістю завади, так же як і шумоподібні, створюються з допомогою ретрансляторів в яких здійснюється плавна зміна частоти випромінюваних сигналів з використанням частотної або фазової модуляції. Рівнозначність частотної та фазової модуляції зберігається при умові якщо модуляція синусоїдальна. На практиці найбільш поширений метод фазової модуляції. При цьому використовують високочастотні фазоповертачі на лампі біжучої хвилі ЛБХ у яких фазова модуляційна характеристика достатньо лінійна в інтервалі від нуля до 2π. До того ж саме ці ЛБХ одночасно може використовуватися в якості підсилювача ретранслятора. Схема одного з варіантів станції ретрансльованого відволікаючого сигналу зображено на рис.3.5.6. Генератор керуючої напруги ГКН пере налаштовує частоту генератора пилкоподібної напруги ГПН, вихідна напруга якого через блок формувача модулюючого сигналу ФМС подається на фазоповертач ФП для здійснення фазової модуляції ретранслоьованих сигналів. Для зміни частоти ре трансльованого сигналу на ЛБХ подається лінійно змінна напруга U (t ) kt . Це забезпечує лінійну зміну фази коливань, що в свою чергу забезпечує зміну частоти вихідного сигналу ЛБХ на деяку постійну величину d . dt Чим вища швидкість зміни величини фази, то тим на більшу величину зміститься частота вихідного сигналу. 122 Приймемо що сигнал на вході модулятора є строго гармонічний і описується виразом: U вх A sin t при лінійній фазовій модуляції вихідний сигнал модулятора буде рівний: U вих A sin( t kt ) , де k – постійна швидкість зміни фази. Даний вираз можна представити наступним чином: k U вих A sin( 2ft kt ) A sin 2 f ( ) t , 2 k де f – зміна частоти. 2 Рис.3.5.6 Схема станції завади відволікаючої по швидкості. Гармонічний закон зміни вихідних коливань забезпечується при умові, коли зміна фази вихідного сигналу, за один період моделюючої напруги, кратна 2π радіан. Частота вихідного сигналу при цьому буде рівна: f вих f вх nFM , де n=1,2,3...– коефіцієнт кратності; FM – частота модулюючої пилкоподібної напруги. Знак приросту частоти вихідного сигналу від використаної модулюючої напруги: (лінійно-зростаюча або лінійно-падаюча). Невиконання умови кратності зміни фази приведе до порушення форми гармонічних коливань, а отже і до появи додаткових гармонійних складових спектру вихідних коливань. З точки зору ефективності дії сигналу завади таке явище небажане оскільки енергія 123 сигналу завади буде розподілятися між гармонійними складовими вихідного сигналу. При реалізації даного методу відволікаючої завади обов’язково виникає початковий (не нульовий) зсув частоти вигідного сигналу. необхідно, щоб величина початкового зсуву була, як можна менше і не перевищувала 25% величини роздільної здатності подавлюваної системи за швидкістю. Контрольні запитання. 1. Поясніть принцип створення і ефект дії на АСШ шумоподібних завад. 2. На яких фізичних явищах базується робота системи АСШ? 3. Яким чином створюються відволікаючі за швидкістю завади і в чому полягає ефект їх дії на систему АСШ? 4. За якими критеріями визначається тривалість одного циклу відволікаючої за швидкістю завади. 5. Які методи зміни частоти ре трансльованих сигналів використовують при створенні відволікаючих за швидкістю завад? 6. Які умови фазової модуляції необхідно виконати при реалізації відволікаючої за швидкістю завади з допомогою фазоповертача на основі ЛБХ. 124 ЛІТЕРАТУРА 1. Перунов Ю.М., Фомичёв К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. – М.: Радиотехника, 2003. 2. Цветнов В.В., Дёмин В.П., Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба: радиомаскировка и помехозашита. – М.: Изд. МАИ. 1999. 3. Юдин В.Н. Основные энергетические соотношения при анализе эффективности противорадиолокационной маскировки ЛА. – М.: Изд. МАИ, 2000. 4. Информационные технологии в радиотехнических системах: Учебное пособие / Под ред. И.Б.Фёдорова. – М.: Изд. МГТУ им. Н.Е.Баумана, 2003. 5. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. – М.: Радиотехника, 2003. 6. Благодарний В.Г., Ступак В.С. Основні терміни у сфері ви користування радіочастотним ресурсом: Словниик-довідник/за ред. П.В.Слободянюка. – Ніжин: ТОВ «Видавництво» «Аспект-Поліграф», 2006. –336 с. 7. Радиосистемы передачи информации: Учеб. пособие для вузов / Под ред. И.Б. Фёдорова и В.В. Калмыкова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. 8. Никольский Б. А. Активное радиоподавление: Учебное пособие. – М.: САЙНС-ПРЕСС, 2007. - 80 с.: ил. 9. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: Учебное пособие/ Куприянов А.И.,Сахаров А.В. − М.; Вузовская книга, 2007. − 356 с.:ил. 10. Ступак В.С., Долматов С.О. Основи радіочастотного контролю: Практичний посібник / За редакцією доктора технічних наук Олійника В.Ф. Київ, 2004. - 231 арк.: іл. 11. П.В.Слободянюк, Благодарний В.Г., Ступак В.С. Довідник з радіомоніторингу/ Під заг. ред. П.В.Слободянюка. – Ніжин: ТОВ «Видавництво» «Аспект-Поліграф», 2008. –588 с. 12. П.В.Слободянюк, Благодарный В.Г. Радиомониторинг : вчера, сегодня, завтра (Теория и практика построения системы радимониторинга)/ Под общ. ред. П.В.Слободянюка. –Прилуки: ООО «Издательство» «Аір-Поліграф», 2010. –296 с. 125
