Широкополосная приемная система станции РЭБ

В статье приводится обзор опубликованных в открытой печати структурных схем широкополосной приемной системы станции радиоэлектронной борьбы. Предлагается новое построение такой системы, основанное на сочетании ряда существующих технических решений.

Ключевые слова: широкополосная приемная система, станция РЭБ, станция радиотехнической разведки, станция помех, многоканальная приемная система.

В настоящее время для обеспечения возможности приема радиолокационных сигналов в широкой полосе частот (единицы — десятки ГГц при относительной полосе пропускания 10–80 % и более) приемные системы станций радиотехнической разведки и радиоэлектронных помех (далее — станции радиоэлектронной борьбы; станции РЭБ) строятся по сканирующей, многоканальной либо матричной схеме [1].

Сканирующий приемник выполняет поиск и определение частоты путем изменения частоты гетеродина (синтезатора частот) и детектирования принятого сигнала в диапазоне ПЧ (рис. 1). Совместно с гетеродином могут перестраиваться и частотно-зависимые цепи (фильтры и усилители ВЧ) [2]. При использовании сканирующего приемника возможен пропуск цели. Вероятность пропуска уменьшается с увеличением скорости перестройки частоты сканирования, однако при этом ухудшается разрешающая способность по частоте и снижается чувствительность. В общем случае сканирующий приемник может работать в различных диапазонах длин волн, в том числе и с пропуском отдельных участков. Частным случаем сканирующего приемника является панорамный приемник, выполняющий обзор во всем рабочем диапазоне.

Многоканальный приемник (рис. 2) позволяет уменьшить время анализа за счет разбиения диапазона ПЧ и детектирования сигналов в каждом поддиапазоне отдельно [1, 3]. Соответственно уменьшается вероятность пропуска цели. Недостатками приемника являются необходимость обеспечения высокой избирательности канальных фильтров, уменьшающей неоднозначность измерений при попадании в тракт мощных сигналов (особенно в смежных областях каналов), а также необходимое для обеспечения хорошей точности усложнение аппаратуры, влекущее за собой увеличение массогабаритных показателей.

Время разведки многоканального приемника составляет не менее [1]

что приблизительно соответствует времени установления переходных процессов в фильтрах приемника с полосой пропускания .

Рис. 1. Структурная схема сканирующего приемника [1]

Рис. 2. Структурная схема многоканального приемника [1]

В матричном приемнике (рис. 3) входной сигнал, попадая в первую ступень, разделяется по частоте на несколько каналов и преобразуется в единый для всех каналов первой ступени диапазон промежуточных частот (ПЧ). Далее сигнал ПЧ поступает на следующую ступень, где снова разделяется по частоте и переносится во второй диапазон ПЧ (единый для всех каналов второй ступени) и так далее до последней ступени. Каждый частотный канал во всех ступенях снабжается индикатором, указывающим номер сработавшего канала. По набору сработавших индикаторов можно определить частоту принятого сигнала. Недостатком матричного приемника можно считать более жесткие требования к избирательным свойствам фильтров и их взаимной развязке, поскольку неоднозначность определения частоты за счет влияния каналов друг на друга по сравнению с предыдущей схемой возрастает.

Рис. 3. Структурная схема матричного приемника [1]

На рис. 4 сигнал находится в полосе канала K, но, учитывая неидеальность крутизны канальных фильтров, тот же сигнал попадает и в канал (K+1). В результате этого срабатывают индикаторы (детекторы) в обоих каналах, и сигналу ПЧ при попытке определения истинного значения частоты присваиваются два значения. Второе, ложное, значение показано пунктирной линией в канале (K+1). Такая ситуация возникает уже в первой ступени. С увеличением числа ступеней N количество возможных ложных значений частоты возрастает и равно 2^N.

Рис. 4. Попадание сильного сигнала в смежную область соседних каналов

В основе предлагаемого в данной работе построения лежит классическая матричная схема, в которой устраняется неоднозначность определения частоты, возникающая в смежных областях соседних каналов, а также упрощается конструкция, снижаются массогабаритные характеристики и повышаются технико-экономические показатели за счет использования только первой ступени с последующей цифровой обработкой сигнала ПЧ и следующих основных технических решений:

-          работа каждого гетеродина на два смесителя (количество гетеродинов уменьшается в два раза по сравнению с типовой схемой включения, в результате чего конструкция упрощается и удешевляется; такое построение затронуто в [4]);

-          применение смесителей, работающих на частоте N-ой гармоники сигнала гетеродина (необходимые частоты гетеродинов в N раз меньше, чем в обычных схемах, и не попадают в диапазон входных сигналов, что позволяет уменьшить требования к экранированию в преобразовательном узле каждого канала и получить более высокую чувствительность);

-          диапазон промежуточных частот (ПЧ) от 2 до 3 ГГц (диапазон выбран относительно высоким, что позволяет детально обрабатывать принятый сигнал; сигнал при этом можно считать узкополосным и реализация СВЧ-структур в этом случае упрощается; в то же время диапазон ПЧ ограничен сверху, т. к. обработка сигнала с частотой свыше 3 ГГц затруднена);

-          цифровая обработка сигнала ПЧ;

-          разбиение пополам диапазона ПЧ (в 2 раза увеличивается количество каналов, что позволяет подавать сигнал ПЧ в полосе шириной 500 МГц на устройство цифровой обработки; при этом количество ВЧ-каналов не увеличивается);

-          раздельное сложение сигналов четных и нечетных каналов ПЧ, исключающее неоднозначность определения частоты при попадании входного сигнала в смежные области соседних каналов;

-          наличие в каждом канале ПЧ цифровых компараторов, открываемых при превышении сигналом заданного порога (увеличивает чувствительность в режиме поиска сигнала);

-          программное управление порогом срабатывания компаратора, сообщающего о наличии сигнала в канале (обеспечивает возможность использования различных алгоритмов без изменения схемной части, позволяя сделать систему адаптивной);

-          наличие линии задержки, позволяющей принять и обработать передний фронт сигнала, либо короткий (единицы — десятки наносекунд) импульс, теряемый во время срабатывания цифрового компаратора.

В традиционной матричной структуре точность определения частоты составляет половину полосы пропускания канала последней ступени. В предлагаемой схеме точность определяется характеристиками АЦП и устройства цифровой обработки в целом, а, значит, учитывая современный уровень развития техники и технологий, могут быть получены достаточно высокие показатели при малых массогабаритных характеристиках. Так уже при воспроизведении сигнала в составе устройства DRFM (Digital Radio Frequency Memory) в диапазоне частот от 7 до 18 ГГц достигается точность не хуже 50 Гц при приеме сигнала длительностью 1 мс [4]. Данные о точности определения частоты не приводятся, поскольку являются менее информативными для устройств DRFM, поэтому можно ориентироваться примерно на те же показатели.

Рассмотренные технические решения позволяют упростить схемно-конструктивное построение приемной системы: количество каналов ВЧ уменьшается в 2 раза; количество гетеродинов уменьшается в 4 раза (по сравнению с матричной одноступенчатой схемой); снижаются требования к экранированию. Кроме того, одновременно обеспечиваются следующие возможности: работа в широкой полосе частот, прием коротких импульсов, отсутствие неоднозначности определения частоты в смежных областях соседних каналов, отсутствие пропуска сигнала.

Литература:

1.                  Куприянов, А. И. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: Учеб. пособие / А. И. Куприянов, А. В. Сахаров. — М.: Вузовская книга, 2007. — 356 с.

2.                  Вакин, С.А., Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки / С. А. Вакин, Л. Н. Шустов. — М.: «Советское радио», 1968. — 448 с.

3.                  Радзиевский, В. Г. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. 2-е изд., испр. и доп. / В. Г. Радзиевский, А. А. Сирота. — М.: «Радиотехника», 2004. — 432 с.

4.                  Добыкин, В. Д. Радиоэлектронная борьба. Цифровое запоминание и воспроизведение радиосигналов и электромагнитных волн / В. Д. Добыкин, А. И. Куприянов, В. Г. Пономарев, Л. Н. Шустов; Под общ. ред. А. И. Куприянова. — М.: Вузовская книга, 2009. — 360 с.