Радиолокационный комплекс для беспилотных летательных аппаратов

Полный текст

Введение

В данной работе рассматривается создание бортового радиолокационного комплекса (БРЛК) бокового обзора с синтезированной апертурой, установленного на беспилотном летательном аппарате (БЛА), а также автоматизированная обработка полученной информации на наземном комплексе. Возможность установки такого БРЛК на БЛА позволяет реализовать следующие характеристики интересующих потенциальных потребителей целей при ведении радиолокационного наблюдения:

• обеспечить возможность обнаружения и распознавания круглосуточно в любых погодных условиях как движущихся, так и стационарных наземных и надводных целей на дальности до 100 км с высоким разрешением (до 0,3 м) при обеспечении широкой полосы захвата (до 40 км);
• сформировать радиолокационные изображения как на борту БЛА (с разрешением в единицы метров), так и на наземном пункте обработки;
• обеспечить передачу информации о параметрах обнаруженных целей в сопряженные системы бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) БЛА или наземный пункт обработки информации.

1. Состав и основные характеристики радиолокационной системы

Радиолокационная система состоит из следующих элементов:

1. Бортовая аппаратура РЛК, включающая в свой состав следующие элементы:
   
   • антенная система;
   • приемо-передающее устройство;
   • аппаратура формирования и обработки сигналов;
   • вычислительный комплекс.
2. Наземный автоматизированный пункт обработки и анализа информации, который может быть интегрирован в наземный мобильный пункт управления, состоящий из:
   
   • аппаратных и общепрограммных средств;
   • программных компонентов первичной обработки информации;
   • программных компоненов вторичной обработки информации;
   • средств диспетчеризации и управления технологическими процессами обработки и анализа информации.
3. Высокоскоростная радиолиния (ВРЛ) со скоростью передачи информации 1,2 Гбит/с.

Основные технические характеристики рассматриваемой бортовой аппаратуры приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики РЛК в составе БЛА

Table 1. The main characteristics of the RLC as part of the UAV

При работе РЛК возможны формирование радиолокационного излучения (РЛИ) в реальном времени на борту БЛА и сброс РЛИ по каналам связи БЛА на пункт обработки и анализа информации, где она подвергается различным этапам автоматизированной обработки и анализа в соответствии с заложенными технологическими процессами. В процессе обработки проводится обнаружение и распознавание интересующих потребителя объектов. На основе полученных результатов обработки оператор принимает решение о формировании и выдаче целеуказаний или проведении дополнительного мониторинга в режиме высокого разрешения [1].

В режиме высокого разрешения формируемая на борту радиоголограмма (РГГ) (информация) сбрасывается по каналу связи БЛА на пункт обработки и анализа информации. Формирование РЛИ и автоматизированная обработка и анализ проводятся с применением других технологических процессов обработки и анализа информации.

2. Режимы работы БРЛК

Бортовая аппаратура комбинированного РЛК для БЛА предусматривает два режима работы:

1. Боковое визирование;
2. Визирование в передней полусфере.

Боковое визирование – съемка радиолокатором с синтезированной апертурой (РСА), которая обеспечивает получение двумерного яркостного радиолокационного изображения местности для контроля местоположения объекта и коррекции его координат по радиолокационной карте выбранного участка.

При боковом визировании радиолокатор осуществляет съемку поверхности с высоким пространственным разрешением, близким к оптическим средствам. Некоторые характеристики радиолокационного изображения существенно зависят от высоты съемки. В частности, рассматриваемая аппаратура обеспечивает получение кадра изображения размером 0,8 × 0,8 км – на высоте БЛА 100 м, до 7 × 7 км – на высоте БЛА 500 м при использовании антенны с косекансной диаграммой направленности в вертикальной плоскости [2].

Пространственное расширение РСА, устанавливаемое программным путем, составляет от 0,4 м до нескольких метров с возможным дополнительным увеличением (укрупнением) элементов разрешения.

Энергетические показатели РСА в рабочем диапазоне дальностей достаточно высокие, так, радиометрическая чувствительность составляет порядка –17 дБ при хорошем разрешении.

Визирование в передней полусфере – импульсно-доплеровский режим (ИДР) радиолокатора со сканированием антенного луча, обеспечивающий получение информации о поверхности и расположенных на ней объектах.

При импульсно-доплеровском режиме радиолокатора предусматривается съемка поверхности по курсу движения БЛА, для чего осуществляется электронное сканирование антенного луча в двух плоскостях. В качестве антенного устройства используется двумерная активная фазированная антенная решетка (АФАР). Диаметр апертуры антенны – 250 мм, коэффициент усиления излучающей системы – 26 дБ, а ширина диаграммы направленности (ДН) в каждой плоскости составляет порядка 5°.

Полоса захвата по дальности в диапазоне рабочих высот РЛС составляет 3–14 км. Величина азимутного следа ДН на дальности 5 км – порядка 600 м. Пространственное разрешение радиолокатора по наклонной дальности – более 0,25 м (устанавливается программным обеспечением).

3. Технический облик БРЛК бокового обзора

В локаторе предлагается использовать зеркальную антенну с секторальным рупором в качестве облучателя [3; 5], которая имеет косекансную диаграмму направленности в вертикальной плоскости.

Характеристики зеркальной антенны:

• полоса пропускания: 9,3–10,3 ГГц;
• ширина луча в Е-плоскости (вертикальной): 49° по уровню 8 дБ;
• ширина луча в Н-плоскости (горизонтальной): 7,0–8,4° дБ;
• УБЛ в обоих плоскостях: минус 22 дБ.
• масса антенны: не более 2,5 кг.

Приемо-передающий блок объединяет основные аналоговые компоненты радиолокационной аппаратуры:

• усилитель мощности;
• приемо-передающий модуль.

Усилитель мощности зондирующего сигнала (УМ ЗС), на его выходе формируется мощный сигнал на несущей частоте, который по фидерному тракту передается в зеркальную антенну, размещаемую на боковой части БЛА. В усилитель мощности также конструктивно входит циркулятор [6; 7].

Приемо-передающий модуль (маломощная часть приемопередатчика), в который функционально и конструктивно входят следующие устройства:

• предварительный усилитель мощности (ПУМ);
• приемник вместе с устройством управления коэффициентом усиления приемника.

Управление коэффициентом усиления приемника позволяет согласовать динамический диапазон АЦП с уровнем входного сигнала;

• многофункциональный высокочастотный генератор, предназначенный для генерации сетки когерентных сигналов, необходимых для переноса зондирующего сигнала на высокую частоту и обратно.

Основные характеристики приемо-передающего блока Х-диапазона представлены в таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики приемо-передающего блока Х-диапазона

Table 2. Main characteristics of the X-band receiving and transmitting unit

Контейнер с цифровым ядром объединяет все цифровые компоненты РСА:

• специальный вычислитель – ЭВМ управления, реализующая алгоритм автоматического управления съемкой заданных объектов. Программное обеспечение этого компьютера позволяет управлять радиолокатором во всех режимах функционирования;
• цифровой модуль формирования сигнала – многофункциональный формирователь зондирующего сигнала, который реализует формирование пачки зондирующего сигнала в соответствии с заданием, полученным от управляющего компьютера;
• аналого-цифровой сигнальный процессор с мезонинными модулями ЦАП и АЦП, который производит оцифровку аналогового сигнала, поступающего от приемо-передающего устройства радиолокатора, буферизацию и первичную обработку сигнала. На несущем модуле установлен процессор, реализующий обработку радиолокационной информации в реальном времени [4].

4. Описание автоматизированного пункта обработки и анализа информации

В наземном пункте для автоматизации процесса обработки и анализа информации БРЛК предлагается использовать различные программные компоненты обработки РЛИ в связке со специальным настраиваемым (адаптируемым) программным обеспечением автоматизации технологических процессов обработки и анализа информации. Для каждого режима обработки информации должен быть выстроен отдельный технологический процесс. В зависимости от поступивших исходных данных и требуемого представления результатов обработки информации специальное программное обеспечение в автоматизированном режиме применяет заложенный сценарий обработки информации. Применение специального программного обеспечения автоматизации технологических процессов обработки и анализа информации на наземном пункте БРЛК позволит решить следующие задачи:

• повышение автоматизации выполнения технологических процессов обработки и анализа информации БРЛК на наземном пункте и снижение вероятности ошибки оператора;
• сокращение времени обработки информации БРЛК на наземном пункте;
• автоматизация нештатных процессов обработки информации БРЛК на наземном пункте;
• снижение количества привлекаемого персонала для обработки информации на БРЛК наземного пункта.

Заключение

По результатам исследований разработаны предложения по составу и облику БРЛК для БЛА, в том числе обеспечивающего возможность реализации получения РЛИ в режиме реального времени на борту носителя.

Возможность установки рассмотренного БРЛК на БЛА совместно с автоматизированным пунктом обработки и анализа информации позволяют реализовать следующие характеристики интересующих потенциальных потребителей целей при ведении радиолокационного наблюдения:

• обеспечить возможность обнаружения и распознавания круглосуточно в любых погодных условиях как движущихся, так и стационарных наземных и надводных целей на дальности до 100 км с высоким разрешением (до 0,3 м) при обеспечении полосы захвата до 40 км;
• сформировать радиолокационные изображения как на борту БЛА (с разрешением в единицы метров), так и на наземном автоматизированном пункте обработки и анализа информации;
• обеспечить передачу информации о параметрах обнаруженных целей в сопряженные системы бортового радиоэлектронного оборудования БЛА или наземный автоматизированный пункт обработки и анализа информации.

Об авторах

Владислав Романович Скрынский

Автор, ответственный за переписку.
Email: skrynskij@mirea.ru

ведущий инженер инновационно-инжинирингового центра микросенсорики 

Список литературы

Дополнительные файлы