Использование радиоизлучения вещательных станций в качестве подсветки целей в МПРЛС

 

Таблица 2. Параметры функций неопределенности ЧМ-сигнала звукового вещания, рассчитанные по результатам обработки 21 звукового фрагмента

Параметр	Мин.	Средн.	Макс.	СКО
Ширина главного лепестка по τ, мкс	12	19,8	48	8,5
Максимальный уровень боковых  лепестков, дБ	-13	-10,5	-2	2,9
Средний уровень боковых лепестков, дБ	-22,85	-20,09	-14,93	2,05

 ,    (4)

где Р и Р_пр - мощность принятого и прямого сигналов, соответственно;    Т_н - время когерентного накопления сигнала; С_бок - уровень боковых лепестков корреляционной функции сигнала; ρ(t_з, F_{дс) -} уровень ФН при заданном времени запаздывания и доплеровском сдвиге частоты принятого сигнала; N₀ - спектральная плотность шума; v - эффективность подавления прямого сигнала специальными средствами PJIC.

При использовании аналогового  ТВ-вещания как источника сигнала  подсвета ПА PЛC наилучшие характеристики обнаружения и разрешения могут быть достигнуты при комплексировании обработки всех трех составляющих.

Радиовещание в диапазоне KB

Пространственное покрытие радиовещательных станций в КВ-диапазоне охватывает обширные территории далеко за горизонтом, что позволяет организовать радиолокационное наблюдение в любом месте Земного  шара. Однако в силу ограничений, накладываемых ионосферой на допустимую ширину спектра сигнала = 10... 100 кГц, потенциальная разрешающая способность по дальности также ограничена Δr = с/(2Δf_кв) = 1,5...15 км.

Резонансные частоты широкого класса самолетов (пассажирских, транспортных, стратегических бомбардировщиков, штурмовиков, истребителей) лежат в диапазоне от 3 до 20 МГц. Данные частоты входят в диапазон КВ, что положительно влияет на характеристики обнаружения и сопровождения самолетов при использовании подсветки данного диапазона.

Радиовещание с частотной модуляцией в диапазоне УКВ

Пространственное покрытие радиовещательных станций с частотной модуляцией (ЧМ) в диапазоне

УКВ охватывает практически все  населенные территории, что позволяет организовать радиолокационное наблюдение в любом месте. Вещание осуществляется, как правило, круглосуточно. Использование данного сигнала в интересах радиолокации было осуществлено в ПА PJIC «Silent Sentry», разработанной корпорацией Lockheed Martin в США.

Функция неопределенности аналогична сигналу звукового ТВ-сопровождения (см. рис. 5). Радиосигнал УКВ ЧМ-вещания  может использоваться для однозначного определения времени запаздывания и доплеровского сдвига частоты  отраженного сигнала. Из-за нестабильности параметров сигнала разрешение по дальности  цели может изменяться в пределах 1,5-15 км, причем для новостных радиопрограмм оно в среднем составляет 15 км, а для музыкальных - 1,5 - 6 км.

Для УКВ ЧМ-радиовещания выделены диапазоны частот 66 - 74 и 87,5 - 108 МГц. Преимущество сигнала звукового ТВ-сопровождения  состоит в том, что он транслируется  на более высоких частотах.

Вещательные и исследовательские  спутники

С точки зрения энергетических и  спектрально-временных характеристик  наибольший интерес для наземных ПА PJIC могли бы представлять радиоизлучения, создаваемые радиолокационной аппаратурой  исследовательских спутников, расположенных  на околоземной орбите, однако они  имеют, как правило, большой период обращения и не смогут обеспечить непрерывный подсвет целей ПА PJIC. Например, период обзора Земного  шара для спутника ENVISAT составляет 1-3 дня.

Вещательные спутники, размещенные  на геостационарной орбите, могут  обеспечить непрерывное радиолокационное поле у поверхности Земли плотностью порядка П = -110 дБ Вт/м² (см. рис. 2). Отношение сигнал/шум на входе обнаружителя ПА PJIC для свободного пространства оценивается выражением

 ,     (5)

где σ_ц - эффективная отражающая поверхность цели; S_а - эффективная площадь раскрыва антенны PJIC; T_н - время когерентного накопления; r_ц -дальность цели; N₀ - спектральная плотность шума.

Расчет по формуле (5) показывает, что  при σ_ц = 1 м², S_а =1 м², T_н = 100 мс, N₀ = 2*10^-20 Вт/Гц отношение сигнал/шум ρ = 50 будет достигаться только для целей с дальностью r_ц < 270 м.

Таким образом, мощность радиовещательных, а тем более радионавигационных спутников недостаточна для подсвета ПА PЛC.

Службы цифрового радиовещания

Эфирное вещание радио  и ТВ-программ во всех частотных  диапазонах неизбежно будет переведено в цифровой формат в силу ряда объективных  причин, важнейшей из которых является высокая спектральная эффективность  цифровых методов передачи. Наземное эфирное радиовещание в цифровом формате находится в стадии развертывания. Для ПА радиолокации наибольший интерес представляет стандарт DAB, предназначенный для организации цифрового звукового радиовещания в диапазонах от 30 МГц до 3 ГГц, и стандарт DVB-T цифрового ТВ-вещания.

Радиосигнал, согласно европейскому стандарту DAB, формируется путем квадратурной модуляции множества ортогональных несущих колебаний рандомизированными цифровыми потоками данных (OFDM-модуляция). В результате образуется шумоподобный сигнал со спектром, по форме близким к прямоугольному, шириной МГц. Разрешающая способность по дальности м.

Сигнал цифрового ТВ-вещания  по стандарту DVB-T также формируется на основе OFDM модуляции и имеет ширину спектра Δf_0ц = 7,61 МГц, что обеспечит потенциальную разрешающую способность целей по дальности

м

С точки зрения полуактивной радиолокации цифровое телевидение  обладает наибольшими перспективами  как по радиолокационным характеристикам, так и по масштабам охвата территорий и срокам ввода в эксплуатацию. В настоящее время для цифрового  ТВ-вещания выпускаются передатчики  с выходной мощностью от единиц ватт до 20 кВт. При этом основа вещательной  сети строится с использованием мощных передатчиков (1 кВт и более), а  маломощные устройства используются для  расширения зоны покрытия, улучшения  приема в теневых зонах. Все передатчики предназначены для работы в рамках существующих ТВ-каналов метрового и дециметрового диапазонов.

Сигнал цифрового ТВ может  формироваться в режиме «2К» с 1705 ортогональными несущими или в режиме «8К» с 6817 несущими. Режим «8К» является основным. Большая часть несущих  модулируется данными, которые можно  считать случайным некоррелированным  потоком. Некоторая часть несущих  отводится под передачу непрерывных  и распределенных пилот-сигналов, мощность которых повышена на 2,5 дБ, а также  служебной информации (TPS). Отдельно формируемые фрагменты сигнала называются символами. Каждый символ содержит полезный интервал и защитный интервал, в котором дублируется часть сигнала полезного интервала.

Наличие пилот-сигналов и  защитного интервала обусловливает  появление в корреляционной функции  опасных по уровню составляющих (рис. 6), наибольшая из которых обусловлена  защитным интервалом и имеет уровень  от -14 дБ при относительной длительность защитного интервала 1/4 до -30 дБ при  относительной длительности 1/32. Режекция мешающих составляющих может улучшить характеристики обнаружения при  сравнительно малых энергетических потерях, однако эта операция, усложняя обработку, не всегда является необходимой. Так, если вещание ведется в режиме «8К», то может осуществляться корреляционный обзор по задержке без режекции защитного интервала в диапазоне 0 - 895 мкс (до 134 км).

Структуры автокорреляционных функций сигнала ЦТВ в режимах  «2К» и «8К» подобны и отличаются только масштабом по оси времени, который в режиме «8К» больше в 4 раза. Это связано с четырехкратным отличием длительности символа. Таким  образом, в рабочем диапазоне  задержек коррелятора PЛC число боковых пиков корреляционной функции в режиме «8К» оказывается меньше.

Аналогично ФН сигнала  цифрового ТВ в рабочем диапазоне  доплеровских сдвигов и задержек коррелятор ПА PЛC имеет ряд побочных максимумов (рис. 7), координаты и амплитуды которых приведены в табл. 3.

Стандартами цифрового радиовещания предусмотрена возможность использования  нескольких видов модуляции ортогональных  несущих: квадратурной фазовой манипуляции, равномерной и неравномерной 16 и 64 - позиционной квадратурной амплитудной  манипуляции.

Рис. 6. Автокорреляционная функция сигнала цифрового ТВ: а - в режиме «2К»; б - в режиме «8К» (У - защитный интервал; 2 - непрерывные пилот-сигналы; 3 - распределенные пилот-сигналы)

 

 

 

 

Таблица 3. Амплитуды и  координаты пиков ФН-сигнала цифрового  ТВ

Амплитуда, дБ	Время, мкс	Частота, Гц		Амплитуда, дБ	Время, мкс	Частота, Гц
В режиме «2К»				В режиме «8К»
0	0	0		0	0	0
-13,9	224,0	0		-26,3	298,7	0
-26,4	74,7	0		-28,0	224,0	225
-26,7	280,0	0		-30,8	149,3	445
- 27,7	56,0	895		-34,8	74,7	670
-29,1	149,3	0		-36,6	298,7	890

 

 

Таблица 4. Радиолокационные характеристики сигналов подсвета

Сигнал	Эффективная ширина спектра, кГц	Разрешение  по дальности,    м	Примечание
аналогового ТВ: несущая сигнала  изображения	-	-	Обеспечивает определение только скорости цели
яркости	100-250	600-1500	Неоднозначное определение дальности  с интервалом 9,6 км
звукового сопровождения	10-100	1500-15000	Высокая нестабильность характеристик
УКВ ЧМ-радиовещания	10-100	1500-15000	Высокая нестабильность характеристик
DAB	1536	98	-
DVB-T	7610	20	-

 

Однако установлено, что метод  модуляции не оказывает заметного  влияния на корреляционную функцию  или ФН. Кроме того, данные характеристики обладают высокой стабильностью во времени.

Сравнительный анализ источников подсвета

Существующая сеть передатчиков аналогового  ТВ и радиовещания и развертываемая сеть передатчиков цифрового ТВ и радиовещания по пространственно-временному покрытию и диапазону частот удовлетворяют требованиям к источникам сигнала подсвета ПА PJIC. Сравнение существующих аналоговых и перспективных цифровых сигналов следует производить по таким важнейшим радиолокационным свойствам, как характеристики обнаружения и разрешения.

 

Рис. 7. Функция неопределенности сигнала цифрового ТВ в режиме «8К»

 

Поскольку все рассматриваемые  сигналы являются непрерывными, их ФН является однолепестковой по частоте  и гарантирует однозначное определение  доплеровской частоты сигнала с  разрешающей способностью, обратной времени когерентного накопления. Характер ФН по задержке существенно различен. Из данных, приведенных в табл. 4, следует явное преимущество цифровых сигналов.

Цифровые сигналы обеспечивают лучшую на 1-2 порядка потенциальную  разрешающую способность по дальности  цели и лишены таких недостатков  аналоговых сигналов, как нестабильность характеристик и неоднозначность  определения дальности.

Сравнение характеристик  обнаружения не может быть выполнено  однозначно, так как зависит от мощностей передатчиков, условий  распространения радиоволн, технических  характеристик ПА РЛС. Поэтому приведем результаты анализа характеристик  обнаружения, сделанного для конкретного  телецентра, расположенного вблизи г. Минска (табл. 5).

В данном телецентре для  трансляции сигналов аналогового ТВ используются передатчики мощностью 5 кВт, из которой приблизительно 2/3 приходится на несущую и 1/3 на модуляционную  составляющую сигнала яркости. Колебания  полезной мощности, связанные с изменением в течение трансляции ширины спектра  сигнала, количественно определяются коэффициентом q, указанным в таблице.

Порог обнаружения определялся  по отношению сигнал/помеха (4), при  котором обеспечивается вероятность  правильного обнаружения 0,8 и вероятность  ложных тревог  10^-2. Запас по мощности представляет собой отношение полезной мощности передатчика к порогу обнаружения и определяет максимальную дальность обнаружения цели.

Таблица 5. Сравнение качества обнаружения сигналов при подсвете от телецентра в п. Колодищи

Сигнал	Номинальная   мощность    передатчика,   Вт	Фактор,   Определяю   щий   полезную    мощность	Полезная    мощность    передатчика,     Вт (дБ мВт)	Порог   Обнаружен   ия,     дБ мВт	Запас по   мощности, дБ
несущей   изображения	5000	p = 2/3	3333 (65,2)	-126	191,2
яркости	5000	p = 1/3 q = 0,6...1	1000-1667 (60-62,2)	-109	169-171,2
ТВ     звукового    сопровожде       ния	500	q = 0,2...1	100-500 (50-57)	-119	169-176
цифрового   ТВ	1000	-	1000 (60)	-133	193