Интеллектуальные цифровые решения
Ко всем людям доброй воли
меню

Что такое ГИСС?

Скачать книгу в PDF, 5Mб
Приложение 2. Энергетические расчеты радиолокационного обнаружения

Приложение 2. энергетические расчеты радиолокационного обнаружения

Эта широко известная итоговая формула оценки отношения энергии отраженного радиолокационного сигнала к энергии шумов в тракте принятия решения об обнаружении цели в принципе правильная, однако не позволяет видеть соотношений сигнал/шум на различных трактах приема, ретрансляции и наземной обработки сигналов, знание которых весьма важно при проектировании аппаратно-программных средств ГИСС.

Поэтому в этом разделе приведены расчетные значения соотношений сигнал/шум  в зависимости от выбранных параметров приемно-передающий антенных систем, их значения на различных этапах приема на борту и обработки сигналов в наземном комплексе.  

Для оценки возможности непрерывного радиолокационного наблюдения за земной поверхностью и околоземным пространством в таблицах П2.1 ¸ П2.3  приведены расчеты возможности энергетического обнаружения целей с ЭПР  (σ)  равной 1 м в L-диапазоне и 100 м в Х-диапазоне для трех вариантов высоты орбиты группировки из 288  КА ГИСС.

Мощность излучения во всех вариантах принята равной 2 кВт, цели располагаются на дальности соответствующей худшему случаю их нахождения на краю зоны видимости  одного из КА ГИСС.

Значения остальных параметров приведены в таблицах, при реализации обнаружения по критерию максимального правдоподобия за границу уверенного обнаружения принято отношение S/N > 10 дБ.

Расчеты выполнены для трех вариантов высоты орбиты 400 км, 600 км и 800 км.

Анализ табл. П2.1 показывает, что с высоты 400 км, излучая сигналы через всенаправленную антенну с Gt = 3 дБ в полную широкую зону в угле освещения 120о, принципиально возможно обеспечить обнаружение целей с указанными значениями ЭПР.

Табл. П2.1

Для этого при наземной обработке длительность массива когерентного накопления должна быть не менее 100 мс, а приемная антенная решетка на борту должна быть реализована с указанными параметрами  и решена сложнейшая задача синтеза узких диаграмм направленности при наземной обработке оперируя с парциальными сигналами по выходу каждого из АЭ  в оцифрованном виде с отношениями с/ш лежащими на уровне минус 55÷75 дБ ниже шумов в указанных полосах сигнала. Более перспективным такой режим непрерывного радиолокационного контроля за малоразмерными целями можно  реализовывать только в L-диапазоне.

Анализ расчетов в Табл. П2.2 и П2.3 также показывает теоретическую возможность обеспечения реализации непрерывного радиолокационного контроля всей зоны видимости. Однако, возрастают требования к реализации приемных антенных решеток на борту КА и длительности обрабатываемых массивов сигналов на общем интервале обработки соответственно 0,4 с  и   1,0 с,  используя некогерентное накопление энергии отраженных сигналов.

  Табл. П2.2

Табл. П2.3

При таких параметрах бортовых антенных систем, позволяющих обеспечить непрерывный радиолокационных контроль, уменьшаются возможности обеспечения высокой пропускной способности каналов связи и гибкость ее перераспределения внутри территории глобальной зоны обслуживания.

Так в L-диапазоне даже с высоты орбиты 400 км на линии «вниз» пропускная способность будет ограничена значением не выше 20 Мбит/с для терминалов в ненаправленной антенной.  В Х-диапазоне – вообще до 200 кбит/с.

Следовательно, понятие непрерывности целесообразно ограничить обеспечением решения множества прикладных задач. Так для контроля состояния стратегических сил и местонахождения ВМС достаточно периодичности контроля участков околоземного пространства и в десятки минут. Вопросы последующего расследования террористических актов и поиска пропавших самолетов (типа событий с авиалайнером МН 370) требуют периодичности обзора в пределах до 10 секунд.

Поскольку режимы функционирования бортовых специальных находятся под управлением будем считать как бы «международного консорциума», то в зависимости от военно-политической обстановки и текущих региональных проблем  и с учетом предоставления услуг связи, могут быть установлены и соответствующие режимы радиолокационного зондирования.

Допустим, что выбран режим при котором мощность 2 кВт разделена пополам, 1 кВт на радиолокационное зондирование сканирующим лучом  на восьмой участке полосы диапазона радиолокационного зондирования, а семь других полос (см. рис. 2.12) используется для предоставления услуг связи с требуемым перераспределением суммарной мощности в 1 кВт между парциальными зонами обслуживания.

Результаты расчетов для трех вариантов высоты орбиты орбитальной группировки  приведены в Таблицах П2.4 ÷ П2.6. В таблицах выбран параметр КУ передающей антенны 19 дБ, обеспечивающий сканирование 37 участков глобальной зоны видимости с углом 120 градусов. КУ приемной антенны обеспечивает формирование на земле узкого луча в 7 градусов на базе антенной решетки, показанной на рис. 2.7.

Как видно из табл. П2.4 – П2.6 в L-диапазоне  на любых высотах от  400 км до 800 км обеспечивается уверенное обнаружение целей с ЭПР равной 1 м и более.

Табл. П2.4

При этом периодичность повторного, как бы непрерывного наблюдения, в экваториальных районах  +/- 20 градусов может быть обеспечена через 3,7 с при которой  авиалайнер или беспилотный летающий аппарат никуда не денется при последующем расследовании  чрезвычайных происшествий.

В северных заселенных и важных зонах от 40 до 60 град с.ш., расстояние между орбитальными плоскостями сужается, поэтому зондирование передающим лучом в 19 град. можно вести и в 19 ¸ 21 парциальных зонах. При этом периодичность «непрерывного» наблюдения будет обеспечена около 2х секунд.  В арктической зоне пересечения орбитальных плоскостей зондирование может быть и в семи соседних направлениях, гарантированно обеспечивая периодичность контроля возможных пусков ракет из подводного положения через  0,7 - 1,0  секунд.

Табл. П2.5

Табл. П2.6

Для такого варианта конфигурации параметров  бортовых трактов приема-передачи в  L-диапазоне на линии «вниз» может быть обеспечена скорость передачи информации на терминалы с малонаправленной антенной (3 дБ)  от 2 Мбит/с до 30 Мбит/с  в зависимости от места нахождения в зоне обслуживания и высоты орбиты. Для терминалов с направленными следящими антеннами соответственно скорость передачи, назначаемая по требованию,  будет в k (дБ) = (Gr – 3 дБ) выше.

При проектировании ГИСС необходимо реализовывать бортовые приемо-передающие тракты с параметрами, которые могут быть достигнуты с учетом энергомассовых ограничений на КА, позволяющий групповой вывод 12-ти аппаратов одним ракетоносителем.

В таблице П2.7 приведены расчеты для одного из возможных вариантов реализации с приведенными  параметрами бортовых трактов КА.

Табл. П2.7

Как видно из таблицы при таких вполне реализуемых параметрах даже в Х-диапазоне может обеспечиваться обнаружение и слежение за целями с ЭПР (σ)  равной 1 м. В L-диапазоне  такое обнаружение может быть обеспечено при корреляционном накоплении энергии отраженного сигнала в течение 20-30 мс.

При создании ГИСС с орбитальной группировкой из 576 космических аппаратов зоны совместной видимости четырех КА сужаются практически в два раза и решение задачи  квазинепрерывного радиолокационного наблюдения и предоставления услуг связи с углами видимости КА более 10 градусов значительно упрощается при соответствующем управлением режимами работы бортовых ретрансляторов. 

В области существующих оценок значений ЭПР целей необходимо отметить, что они получены для существующих принципов функционирования РЛС. Для предложенного способа активно-пассивной 3 D радиолокации, чем лучше цель соответствует «Стелс» технологии, отражающей основную часть энергии радиолокационного импульса не в сторону РЛС, тем лучше ее обнаружение будет в орбитальной группировке ГИСС. Для этого способа лучшим типом «уголкового отражателя» является шарообразная головка взлетающей ракеты. 

Все расчеты и возможные ограничения, связанные со сложными в реализации алгоритмами наземной обработки будут уточнены при реализации экспериментального фрагмента ГИСС.