Что такое ГИСС?
Скачать книгу в PDF, 5MбПриложение 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.