|
| |
|
Слаботочка Книги значений. Обеспечение ЭМС, как правило, является комплексной задачей, и упомянутые выше мероприятия должны разрабатываться на возможно более ранней стадии создания РЭС и РТК, поскольку взаимные непреднамеренные помехи могут определяться такими факторами, как количество и геометрия расположения излучающих и распределительных систем, характер спектра передающих и уровни восприимчивости приемных РЭС, степень экранирования аппаратуры и геометрия ее размещения, трас:иров-ка сигнальных, управляющих и силовых линий, временной регламент работы отдельных частей РТК и т. д. Требования по обеспечению ЭМС вступают, как правило, в противоречия с другими требованиями к комплексу - по использованию частот в РЭС, массогабаритными и стоимостными характеристиками, поэтому окончательное решение является компромиссным. По указанной причине весьма важна конструктивная оптимизация этих требований. На практике реализация этого положения, однако, затрудиена из-за малого объема (особенно в начальной стадии проектирования РЭС) априорной информации об электромагнитной обстановке и недостаточного числа апробированных математических моделей, описывающих затухание электромагнитной энергии в различных каналах на пути от источника (эмиттера) к приемнику (рецептору). Попытки решить этот вопрос введением нормативных документов , регламентирующих параметры, определяющие ЭМС РЭС: уровни побочных излучений (ПИ) передатчиков (ПРД); одно-, двух- и трехсигиальные характеристики частотной избирательности приемников (ПРМ); чувствительвость каналов побочного приема (КПП) и т. п., полного успеха не имеют, так как эти параметры неизбежно носят усредненный характер и далеко не всегда гарантируют обеспечение ЭМС конкретной пары эмиттер - рецептор. На каждом этапе проектирования РЭС и РТК Для обеспечения ЭМС любой пары эмиттер - рецептор необходимо получить ответы на следующие вопросы: какой фактический уровень наводимой на входе рецептора мощности Рт и какой из каналов проникновения электромагнитной (э/м) энергии вносит наибольший вклад; какой уровень мощности Ptr является допустимым с точки зрения приемлемой деградации рабочих характеристик рецептора; какие технические или организационные мероприятия необходимо осуществить, чтобы обеспечить выполнение неравенства Рг Ptr. Для ответа на эти вопросы необходимо знать: физические процессы, происходящие в эмиттерах, и уровень генерируемых ими излучений в широком диапазоне частот; Первоначальный подход к проблеме обеспечения ЭМС состоял в том, что переработка стандартов и технических условий - наиболее экономичный и эффективный метод достижения ЭМС в системах перед экспериментальной доработкой опытных образцов. Другая точка зрения исходит из того, что усредненный характер общих технических требований не позволяет оптимизировать ЭМС комплекса в целом и отрицательно сказывается иа экономичности сис темы в процессе последующей эксплуатации, зависимость от частоты затухания э/м энергии от эмиттера до рецептора - простраиствеииое затухание с учетом эффектов затенения и дифракции иа элементах конструкции носителя или группировки РЭС, эффективность экранирования аппаратуры, затухание в селективных элементах, индуктивные н емкостные наводки, потерн нз-за рассогласования в трактах н т. п.; критерии количественной оценки деградации рабочих характеристик РЭС и подсистем РТК при воздействии непреднамеренных помех в зависимости от их спектрального состава - уменьшение потенциала за счет снижения чувствительности ПРМ (блокирование), снижение вероятности приема информации, увеличение частотных отстроек в системе связных РЭС, возрастание уровня шумов на выходе ПРМ и т. п.; количественные характеристики возможных технических мер по увеличению развязок между эмиттером и рецептором в зависимости от частоты, а также возможные организационные мероприятия: оптимальное размещение аппаратуры; синтез антенн с низкими уровнями боковых лепестков (БЛ) диаграммы направленности (ДН); оптимизация формы импульса излучаемого сигнала, использование промежуточных устройств и поверхностей, позволяющих увеличить рассеяние э/м энергии на пути к рецептору; оптимизация процедуры назначения частот и времейное регламентирование работы РЭС; супрессированне ПРД н бланкирование ПРМ в группе импульсных РЭС и т. п. Экспериментальное определение перечисленных зависимостей в большинстве случаев, особенно на первых стадиях проектирования, невозможно, а имеющимися в литературе разрозненными результатами часто трудно воспользоваться по аналогнн>, поскольку большие РТК редко повторяют друг друга. По этой причине в последнее десятилетне за рубежом создан ряд системных вычислительных программ для оценки радиолокационных систем, позволяющих осуществить с большей или меньшей полнотой прогнозирование непреднамеренных помех рецепторам и деградации рабочих характеристик РЭС. Эти программы разработаны иа основе математических моделей спектров излучаемых сигналов эмиттеров, восприимчивости рецепторов, передаточных функций разлнч-  Рис. 2.1 Pif), де 7ff 10° Ю 70 Г.МГц  12 16 20-f, МГц На рис. 2.1,0,6 приведены огибающие Р(1) спектров мощности импульсов длительностью т= 1 мкс различной формы при одинаковой их энергии в зависимости от расстройки от несущей частоты; / - прямоугольный импульс-2 - косниусоидальный импульс; 5 - косинус-квадратный импульс; 4 -гауссов импульс. 2-178 33 ных каналов распространения э/м энергии. Многие из этих программ используют на государственном уровне, а библиотека подпрограмм непрерывно корректируется (по мере накопления экспериментальных данных) и пополняется новыми моделями, учитывающими различные нелинейные эффекты, например перекрестную модуляцию, снижение чувствительности ПРМ из-за блокирования, насыщение феррита в специальных суперэкранированных кабелях и т. д. На восприимчивость к помехам существенно влияют нелинейные характеристики смесителей, а также такие линейные элементы, как частотно-избирательные устройства и усилители. Удовлетворительных моделей для описания этих факторов и устройств пока не создано. В больших РТК наблюдаются влияния эмиттера на рецептор по многим каналам, например пространственные электродинамические взаимодействия блоков РЭС, кабельных линий, кабельных линий и блоков РЭС и т. п. Однако большинство наблюдавшихся на практике н отмеченных в литературе воздействий эмиттера на рецептор связано с влиянием через излучающие я распределительные устройства антенн. Учитывая прогресс в экранировании аппаратуры и многочисленные публикации об успехах в разработке информационных линий передачи фотонной связи, которые позволят в ближайшей перспективе избавиться от влиянии непреднамеренных э/м помех в потенциально опасных сигнальных линиях и цепях управления, ограничимся в дальнейшем прогнозированием ЭМС канала антенна эмиттера - антенна рецептора. Проблему прогнозирования ЭМС РЭС и РТК традиционно принято подразделять на две части [1]: внутрисистемную ЭМС, для которой характерно близкое расположение РЭС, учет их взаимодействия в пределах одного РТК и анализ характеристик антенн в ближней и дальней зонах с учетом влияния конфигурации поверхности носителя или окружающих устройств; межсистемную ЭМС, для которой характерно электродинамическое взаимодействие антенн разных РТК в дальней зоне с учетом подстилающей поверхности и условий распространения радиосигналов через промежуточную среду. Электродинамическая ситуация в случае внутрисистемной ЭМС отличается от межсистемиой ЭМС тем, что взаимодействие антенн происходит, как правило, в ближнем поле, где еще ие сформировались диаграммы направленности (ДН), а реальные коэффициенты усиления (КУ) отличны от их значений в дальней зоне. Поскольку, однако, для учета межантенных развязок широко используется метод геометрической теории дифракции (ГТД), одинаково применимый как для ближней, так и для дальней зон, можно в ряде случаев ие проводить различия между внутри- и межсистемной ЭМС. 2.2. ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ КАНАЛА ЭМИТТЕР-РЕЦЕПТОР Необходимо отметить, что сложность РЭС и РТК, геометрии носителя и подстилающей поверхности обычно таковы, что строгое решение соответствующих электродинамических задач (даже с привлечением современных ЭВМ) представляется весьма затруднительным. Пусть в состав РТК входит N передающих и М. приемных РЭС различного назначения. Тогда в общем случае в РТК имеет место NM взаимодействий (дуэльных ситуаций). Количество си- туаций NM в реальных РТК может достигать нескольких десятков или сотен, так что их оперативный анализ возможен только методами моделирования на ЭВМ. Пусть для всех .V передатчиков и М приемников известны соответственно зависимости Pe,n{f) ( =1, 2, N) от частоты мощности спектров излучения ПРД - и пороговые уровни мощности восприимчивости Ptr,m{f) {т=1, 2, Л1), где fF некоторому множеству контролируемых частот. Тогда для обеспечения приемлемого совместного функционирования РЭС РТК (т. е. ЭМС) в канале пт (между -м ПРД и т-м ПРМ) необходимо реализо- вать развязку Snmif): Pe.nif) = S<°Km{f). Практически задача Ptr.mif) обеспечения ЭМС сводится для каждой пары ПРД - ПРМ к определению фактических развязок Snmif) и в случае, когда Snm(/) <S(°)nm(f), К изменению (в допустимых для данного РТК пределах) параметров РЭС или геометрии расположения их антенн для увеличения Snmif). По технической реализации варьируемые параметры можно разделить на три группы, базирующиеся на: рациональном выборе основных частот ПРД и ПРМ, оптимизации спектра сигнала ПРД, ограничении полос частот излучаемого и принимаемого сигналов, фильтрации побочных и внеполос-ных излучений на выходе ПРД и входе ПРМ; оптимизации геометрии расположения антенн РЭС, учете их направленных и поляризационных характеристик, использовании избирательных свойств антенн и фидерных трактов ПРД и ПРМ; введении единого временного регламента работы всех РЭС данного РТК, бланкировании или супрессировании РЭС. Если при всех допустимых вариациях параметров величина Snmif) <iS<°inmif), то приходится прибегзть К дополнительным техническим мерам - использованию в трактах передачи или приема мощности фильтров соответствующих частот. Очевидно, что эти дополнительные элементы снижают потенциал РТК в целом, ухудщают его массогабаритные характеристики и потому являются нежелательными. Для определения фактических значений развязок Snmif) пользуются (в порядке увеличения точности расчетов) методами: амплитудной оценки, учитьгвающей только уровни мощности излучаемых помех; амплитудно-частотной оценки, дополнительно учитывающей избирательные свойства излучающих и распределительных систем антенн ПРД и ПРМ; детальной оценки, учитывающей еще и пространственную или временную вероятности появления помех. Любая спектральная составляющая сигнала ПРД на пути ко входу ПРМ проходит через фидерный тракт и антенну ПРД внешнее пространство между антеннами ПРД и ПРМ. антенну и фидерный тракт ПРМ. На каждом из этих участков процесс распространения э/м поля имеет свои физические особенности- мощность спектральных составляющих в фидерных трактах может переноситься разными модами воля со своими фазовыми скоростями и коэффициентами затухания; антенна ПРД по-разному трансформирует во внешнее пространство подводимую iK ней мощность основной, внеполосных и noj бочных частот -в зависимости от структуры ее распределительной и излучающей систем; электромагнитное поле в апертуре антенны ПРМ является суперпозицией нескольких полей, порождаемых как прямым полем антенны ПРД, так и отраженными или дифрагированными его слагаемыми, возникающими из-за наличия окружающих проводящих поверхностей; мощность, поступающая на вход ПРМ, определяется как избирательными свойствами антенны и приемного тракта, так и параметрами возбуждающего их поля - амплитудно-фазовым распределением (АФР) и поляризацией. В соответствии со сказанным математическая модель реальной развязки Snm{f) может быть представлена в виде ,{f)=Uhk if), (2.1) где hkif) {k=l, 2, К) - множитель, определяющий изменение э/м энергии на пути от эмиттера к рецептору, обусловленное учетом -го физического фактора. Для большинства практических случаев определения развязки в (2.1) достаточно учесть следующие девять {К=9) факторов: пространственная развязка с учетом многотрассовости h,{f); избирательные свойства тракта ПРД (/i2(/)); избирательные свойства тракта ПРМ (Лз(/)); КУ антенны ПРД на частоте / (/14(f)); КУ антенны ПРМ на частоте f {hsif)); нормированная ДН антенны ПРД (/гб(/)); нормированная ДН антенны ПРМ {hrlf)); ослабление, обусловленное дифракцией на промежуточных поверхностях {hs{f)); различие в поляризациях возбуждающего поля и антенны ПРМ (/l9(/)). Основные расчетные соотношения. Конкретные значения множителей hk{f), входящих в формулу (2.1), определяются типом используемых в РТК антенн и избирательных элементов трактов. Если количество типов трактов сравнительно невелико - коак-сиалы, волноводы различного поперечнаго сечения и микрополос-ковые линии, то разнообразие типов антенн и конфигурация металлических и диэлектрических поверхностей носителя на пути распространения э/м энергии между антеннами весьма значительны. По этой причине создание общих математических моделей, представляющих интерес для большого класса задач, затруднено. В большинстве работ, посвященных данной проблеме, задача рассматривается применительно к антеннам на подвижных носителях, в основном на самолетах, размеры элементов конструкции которых велики по сравнению с рабочими длинами волн анализируемых РЭС. Это обстоятельство позволяет воспользоваться для расчета э/м полей и развязки приближенными методами, например методами ГТД. Фюзеляж реального самолета аппроксимируется комбинацией более простых геометрических тел - круговым или эллиптическим цилиндром и конусом, а крылья - прямоугольными или скошенными тонкими пластинами. Результаты подробных исследований влияния корпуса летательных аппаратов на ДН бортовых антенн методом ГТД ориве-дены в [2, 3], посвященных выбору геометрии размещения антенн на определенных типах самолетов [Боинг-747, Варсити, ВАС-1-11, Торнадо, Харриер]. Получены сечения ДН как в трех главных плоскостях (азимутальной, угломестной, поперечной), так и в промежуточных. Описьпваются изменения в программах, потребовавшиеся для более точного учета формы фюзеляжа конкретных самолетов. Основной вывод заключается в том, что метод ГТД обеспечивает приемлемые результаты, но при этом постулируется, что не удается, к сожалению, создать типовую модель фюзеляжа, пригодную одновременно для раэных типов самолетовПоскольку модельные эксперименты не позволили создать общий алгоритм коррекции модели фюзеляжа, целесообразно разделить конкретную ситуацию распространения э/м поля на ряд более простых - распространение в пределах прямой видимости, отражение от металлической поверхности, дифракция на цилиндре, конусе, клине (или крае полуплоскости) - и компоновать из них в случае необходимости более сложные и близкие к реальным траектории. Такой модульный подход позволяет конкретизировать аналитические модели для ряда множителей h.k(f). Пространственная развязка с учетом многотрассовости h,{f). Потери мощности при распространении волн в свободном пространстве увеличиваются по мере роста расстояния d между антеннами ПРД и ПРМ из-за сферической расходимости фронта волны. Кроме того (в зависимости от величины d, длины волны X, высот поднятия антенн ПРД и ПРМ над подстилающей поверхностью, геометрии последней, вида поляризации радиоволн, а также от ст;епени неоднородности промежуточной среды, подверженной значительным случайным изменениям), потери мощности в реальных условиях распространения могут увеличиваться за В частности, модель фюзеляжа в виде эллиптического цилиндра, как показали эксперименты, не оправдала себя для Торнадо (его поперечное сечение ближе к прямоугольному) и для Харриера (из-за массивных воздухозаборников и конической носовой секции между ними). Особенностью Боиига-747 является утолщение фюзеляжа в носовой части, что также потребовало специальной модификации его модели. 1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 |