http://www.youtube.com/watch?v=xihaegrqiy4

http://www.youtube.com/watch?v=4t7mDmb8k1g&feature=related
http://www.raspletin.ru/company/persones/bunkin/biografy.aspx
http://www.cplire.ru/joined/win/lection7/

Бункин Б. В. и др.. Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, с. 61.

Студенты могут задавать лекторам вопросы по электронной почте:

К.ф.-м.н. Виктор Владимирович Кулагин - kul@sai.msu.su
профессор Соколов Андрей Владимирович - sokolov@mail.cplire.ru
профессор Черепенин Владимир Алексеевич - cher@mail.cplire.ru
Моноимпульсная локация с помощью мощных наносекундных микроволновых импульсов
http://www.cplire.ru/joined/win/lection5/

. Введение

Одной из основных задач радиолокации является пеленгование целей, заключающееся в определении направления на цель и дальности до цели. В традиционных методах радиолокации для точного определения направления на источник сигналов обычно применяется коническое (плоскостное) сканирование и последовательное переключение диаграмм направленности, реализуемые в одноканальных пеленгаторах. Характерным для этих методов является то, что направление на источник определяется сравнением сигналов, последовательно принимаемых антеннами с различными диаграммами направленности, а угловая информация о цели формируется в виде амплитудной модуляции принимаемых сигналов. При этом глубина модуляции определяет величину сигнала ошибки, а фаза - направление рассогласования оси антенны по отношению к направлению на пеленгуемую цель.

Модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки требует приема последовательности отраженных импульсов, что определяет его чувствительность к флуктуациям амплитуды принимаемых сигналов, порождаемых случайными изменениями эффективной площади рассеяния цели. Это является наиболее существенным недостатком одноканального метода пеленгования, использующего коническое и линейное сканирование луча или последовательное переключение диаграмм направленности.

Этого недостатка лишена моноимпульсная (одноимпульсная) пеленгация. Основу моноимпульсного метода определения направления на цель, при котором отраженный импульс содержит полную информацию об угловом положении цели, составляет многоканальный прием, когда отраженные сигналы принимаются одновременно двумя независимыми приемными каналами по каждой координатной плоскости пеленгации (двумя в азимутальной плоскости и двумя в угломестной). Так как в моноимпульсных системах пеленгование осуществляется по одному импульсу, и используются одновременно два независимых канала приема в каждой координатной плоскости, то амплитудные флуктуации отраженного сигнала не оказывают заметного влияния на точность измерения угловых координат.

2. Основные принципы моноимпульсной локации

В настоящем параграфе будут кратко сформулированы основные принципы моноимпульсной локации, а также намечены пути совершенствования характеристик обнаружения и сопровождения цели при моноимпульсной локации. Будет показано, что требования одновременного увеличения дальности и разрешающей способности обнаружения могут быть выполнены в случае применения для локации мощных сверхкоротких (наносекундных) импульсов СВЧ диапазона.

2.1. Методы пеленгации цели по углам

В зависимости от характера извлечения угловой информации о цели из принимаемых сигналов различают три основных способа определения координат в моноимпульсных системах: амплитудный, фазовый и комплексный.

В моноимпульсных системах с амплитудной пеленгацией для определения угловой координаты в одной плоскости формируются две перекрещивающиеся диаграммы направленности антенны, разнесенные на углы q от равносигнального направления (рис. 1). Когда цель отклоняется на угол q от равносигнального направления (например, цель находится в точке А), сигнал, принятый антенной, имеющей нижнюю диаграмму направленности, больше сигнала, принятого антенной, имеющей верхнюю диаграмму направленности. Разность амплитуд принятых сигналов определяет угол отклонения цели от равносигнального направления. Знак этой разности характеризует направление смещения равносигнального направления относительно цели. Когда равносигнальное направление совмещается с целью, амплитуды отраженных сигналов, принятых по обеим диаграммам, равны, а их разность обращается в нуль.

Рис. 1. Взаимное расположение диаграмм направленности антенн двух каналов в моноимпульсной радиолокационной станции при амплитудном методе пеленгации цели. РСН - равносигнальное направление, А - направление на цель.

В моноимпульсных системах с фазовой пеленгацией направление на цель в одной координатной плоскости определяется сравнением фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами. В дальней зоне каждая антенна облучает практически один и тот же объем пространства, в результате чего исходящие от точечной цели отраженные сигналы близки по амплитуде, но различаются по фазе. На рис. 2 показано, как происходит сравнение по фазе в моноимпульсной системе, имеющей две антенны, отстоящие одна от другой на расстояние .

.2. Пути совершенствования характеристик обнаружения и сопровождения цели при моноимпульсной локации

Одним из основных требований к радиолокационным системам является требование возможности разрешения цели, имеющей малую эффективную площадь рассеяния на фоне неподвижной (малоподвижной) цели с большой эффективной площадью рассеяния. Такая задача может возникать, в частности, при локации небольших объектов на земной и морской поверхности, а также при обнаружении низколетящих объектов. В традиционных радиолокационных системах с длинными импульсами разрешение по дальности достигается применением частотной модуляции лоцирующего импульса, существенно расширяющей его эффективный спектральный диапазон. При этом отраженный сигнал обрабатывается с помощью цифровых методов. В процессе обработки отраженный импульс эффективно сжимается, что существенно увеличивает разрешение по дальности по сравнению с немодулированными сигналами. Однако, в процессе цифровой обработки возникают паразитные боковые полосы, через которые может осуществляться подмешивание к выходному сигналу отраженных сигналов от близлежащих целей. Таким образом, отраженный сигнал от цели с большой
********************************************************************************************
эффективной площадью рассеяния может полностью маскировать сигнал от цели с малой эффективной
******************************************************************************************
площадью рассеяния, находящейся вблизи большой цели. Такой проблемы не существует для
*********************************************************************************
радиолокационных систем с короткими микроволновыми импульсами, так как там не требуется использовать
*********************************************************************************************
схем сжатия импульсов. Действительно, электромагнитное излучение распространяется на 30 см за 1 наносекунду, поэтому при использовании лоцирующих импульсов длительностью в несколько наносекунд может быть непосредственно обеспечено метровое разрешение радиолокационных измерений. Таким образом может быть обнаружена низкоотражающая движущаяся цель на фоне значительной стационарной помехи.
***********************************************************************************

Уменьшение длительности лоцирующего импульса при прочих равных условиях сокращает максимальную дальность обнаружения цели. Действительно, максимальная дальность обнаружения определяется в числе прочих параметров общей энергией сигнала посылки (произведением эффективной мгновенной мощности на длительность сигнала), применяемого в радиолокационной системе. Чем меньше длительность сигнала посылки при неизменной его амплитуде, тем меньше общая энергия сигнала, и, следовательно, тем меньше максимальная дальность обнаружения цели. Таким образом, происходит ухудшение одного из важнейших параметров радиолокационной системы. Возможным способом исправления ситуации является использование
*************************************************************************************************
сверхмощных микроволновых импульсов.
************************************
В этом случае при переходе к более коротким импульсам посылки при сохранении общей энергии сигнала максимальная дальность обнаружения цели остается неизменной, в то же время разрешение целей по дальности существенно возрастает. Таким образом, проблема улучшения характеристик обнаружения и сопровождения целей естественным образом приводит к необходимости использования сверхкоротких (наносекундных) мощных импульсов микроволнового диапазона для моноимпульсной локации малозаметных объектов.

3. Возможные виды наносекундных микроволновых импульсов большой мощности

В настоящее время экспериментально получены сверхмощные микроволновые импульсы наносекундной длительности двух видов - видеоимпульс, не имеющий четко выраженной несущей частоты, и радиоимпульс с несущей частотой, на один - два порядка превышающей ширину спектра импульса. Рассмотрим более подробно характеристики обоих типов импульсов.

3.1. Параметры радиоимпульсов

Мощные наносекундные радиоимпульсы Х-диапазона могут быть получены, в частности, в релятивистской лампе обратной волны [1,2]. В Институте прикладной физики и Институте сильноточной электроники (г. Томск) создана установка, позволяющая получать радиоимпульсы с несущей частотой 10 ГГц, длительностью 5 нс ("длина" электромагнитного импульса в пространстве порядка 1,5 м) и эффективной мощностью порядка 0,5
*********************************************************************************************
ГВт, причем частота повторения импульсов достигала 100 Гц. При этом стабильность импульсов достигалась
********************************************************************************************
жестким контролем за питающим напряжением и током лампы обратной волны, которые поддерживались постоянными на уровне 1 процента, что позволило стабилизировать амплитуду импульсов на уровне 1 процента и частоту на уровне 0,1 процента. Средняя мощность генератора составляла 250 Вт.
*************************************************************************

В установке был использован кольцевой электронный пучок с током 10 кА, формируемый холодным графитовым катодом с взрывной эмиссией; питающее напряжение составляло 500 кВ. Длительность импульса была столь мала, что катодная плазма не успевала сформироваться, таким образом, расход графита в течение импульса был минимальным, что определяло ресурс катода порядка 10 импульсов.

Генератор был испытан в составе радиолокатора на реке Обь. Пробои в линии передачи от лампы обратной волны к антенне исключались с помощью применения сверхразмерных структур и оптической техники передачи излучения. Линия была хорошо согласована с антенной, так что отражение почти полностью исключалось. Наносекундный радар состоял из двух антенн - приемной и передающей, разделенных специальным экраном,
******************************************************************************************
обеспечивающим подавление на 60 дБ излучения от передающей антенны, попадающего напрямую в приемную
*****************************************************************
антенну. Принимаемый сигнал гетеродинировался и усиливался, полоса усилителя составляла 210 МГц. Далее сигнал подвергался цифровой обработке.

При испытаниях радар показал хорошие результаты. Так, например, маленький самолет с эффективной
****************************************************************************************
площадью рассеяния порядка 1 м был отчетливо виден на фоне острова на расстояниях порядка 100 км,
****************************************************************************************
разрешение по дальности составляло порядка 1 м.
*******************************************
В дальнейшем была построена усовершенствованная версия радара, названная НАГИРА (НАносекундный ГИгаваттный РАдар), для проведения тестовых испытаний компанией Маркони на южном побережье Великобритании [3]. Мощность и длительность лоцирующих импульсов не изменились, а частота повторения составляла 150 Гц. Ширина диаграммы направленности была 3 градуса. Цифровая обработка отраженного
********************************************************************************************
сигнала позволила на 30 дБ уменьшить уровень стационарной помехи по сравнению с движущимися целями.
*******************************************************************************************
Метровое разрешение по дальности дало возможность идентифицировать различные цели по характеру отраженного импульса и определять параметры целей. Так, например, отчетливо было видно вращение лопастей вертолета.

Совершенствование технических характеристик релятивистской лампы обратной волны позволяет надеяться на увеличение мощности излучения до 1 ГВт. В то же время длительность импульса может быть снижена до 1 нс,
*********************************************************************************************
что будет соответствовать разрешению по дальности порядка 30 см.
************************************************************

3.2. Параметры видеоимпульсов

i dallee http://www.cplire.ru/joined/win/lection5/

. Преимущества использования сверхкоротких мощных импульсов в моноимпульсной локации

Приведем аргументы, обосновывающие преимущества использования сверхкоротких мощных микроволновых импульсов в моноимпульсной локации.

1. Использование наносекундных импульсов обеспечит хорошее разрешение по дальности (порядка 1 м), что даст возможность обнаруживать и сопровождать движущиеся цели с малой эффективной площадью рассеяния на фоне больших стационарных помех.

2. Измерение скорости цели в традиционных радиолокационных станциях осуществляется по доплеровской модуляции частоты отраженного импульса. При этом если скорость достаточно велика, то ее определение осуществляется по одному лоцирующему импульсу. В этом случае есть некоторая минимальная скорость, которая может быть измерена данным способом. Для небольших скоростей применяется также доплеровская оценка по нескольким импульсам пачки. Однако в этом случае есть так называемые "слепые" скорости, когда фаза отраженного импульса меняется на целое число от импульса к импульсу, и цель кажется неподвижной. При определенных условиях таких слепых скоростей может быть достаточно много. При моноимпульсной локации мощными наносекундными импульсами эти проблемы полностью снимаются, так как благодаря высокому разрешению по дальности определение скорости цели происходит по наблюдению ее перемещения по координатам.

3. При указанном соотношении длительности импульса (5 нс) и длительности интервала между импульсами (около 0,01 с) проблемы "мертвого" времени, когда блокирован приемник радиолокационной станции, и невозможно получение информации о целях, практически не существует.

4. Так как при моноимпульсной локации определение всех параметров цели происходит по одному импульсу, то при частоте повторения импульсов в 100 Гц не возникает неоднозначности по дальности. Действительно, за время 0,01 с все эхо-импульсы успевают достигнуть приемной антенны, если максимальная дальность обнаружения не превышает 1500 км, что представляется более чем достаточным для современных радиолокационных установок.

5. Высокое разрешение по дальности позволяет проводить идентификацию целей по отраженному импульсу. Действительно, все детали объекта с размерами порядка 1 м2 (плоскости, винты и т. п.) будут работать как независимые отражатели, создавая "пространственный портрет" цели, что даст возможность классифицировать
*********************************************************************************************
цели в режиме реального времени по созданным заранее образцам эхо-откликов.
********************************************************************
6. Высокое разрешение по дальности может дать информацию о высоте низколетящего над относительно гладкой местностью объекта по временному разделению одиночного отклика и диффузного эхо-сигнала от подстилающей поверхности.

Кроме вышеперечисленного, следует отметить, что параметрами лоцирующего импульса можно относительно просто управлять, изменяя характеристики генератора. Более того, в стационарных радиолокационных установках, организованных по модульно-блочному принципу, может быть использована линейка стандартных генераторов, настроенных на разные частоты и с разными параметрами импульсов, что позволит оперативно изменять характеристики лоцирующих импульсов непосредственно в процессе работы станции.
###########################################################

http://www.cplire.ru/rus/index.html

The Triumf S-400 is a new generation of air defense and theater anti-missile weapon developed by the Almaz Central Design Bureau as an evolution of the S-300PMU [SA-10] family. This new system is intended to detect and destroy airborne targets at a distance of up to 400 km (2- 2.5 times greater than the previous S-300PMU system). The Triumf system includes radars capable of detecting low-signature targets. And the anti-missile capability of the system has been increased to the limits established by the ABM Treaty demarcation agreements -- it can intercept targets with velocities of up to 4.8 km/sec, corresponding to a ballistic missile range of 3,500 km.
http://www.fas.org/nuke/guide/russia/airdef/s-400.htm

he Fakel Machine Building Design Bureau has developed two new missiles for Triumf.

* The "big" missile [designation otherwise unknown] has a range of up to 400 km and will be able to engage "over- the-horizon [OTH]" targets using a new seeker head developed by Almaz Central Design Bureau. This seeker can operate in both a semiactive and active mode, with the seeker switched to a search mode on ground command and homing on targets independently. Targets for this missile include airborne early warning and control aircraft as well as jammers.

On condition of normal funding, radars with an acquisition range of 500-600 km should become operational by 2002-2003. However, other sources report that while it was ordered by the Defence Ministry, the military has nothing to pay for it with, so it is unclear when the Russian military will get this new weapon.
----------------------

Missile
9M96
Type Surface-to-air missile
Place of origin Russia
Production history
Variants 9M96, 9M96E and 9M96E2
Specifications (9M96[2])
Propellant solid propellant rocket motor
Operational
range 400 kilometres (250 mi)[2]
Boost time cold launch ejection system
Guidance
system inertial guidance with radio command corrections
Steering
system gas dynamic flight control system

* The S-400 is intended to intercept and destroy airborne targets at a distance of up to 400 km (250 miles).[4]
* The ABM capabilities are near the maximum allowed under the (now void) Anti-Ballistic Missile Treaty.
*************************************************************************************

* The radar system is claimed to possess advanced capabilities against low flying and (possibly) low RCS targets.[18][19]

23 divisions (8 - 12 launchers each) of S-400 are planned for purchase to 2015.[15]

http://en.wikipedia.org/wiki/S-400

The S-400 is also targeting the export market, with China reportedly already having spent $500 million on it. It has also been reported China may have been part of the development process[12]. Russia has also offered the system to the United Arab Emirates and Greece.[13]

Perhaps the biggest impact for in particular the United States is nations like Iran expressing interest in the system.[6] Vice Chairman of Russia's State Duma Vladimir Zhirinovsky has urged the fast delivery of the S-400 anti-aircraft missile systems to Iran. Such a move is likely seen as bolstering ties between Moscow and Tehran, something Washington has found difficult to deal with. [14]
* Detection ranges of 500-600 km have been theorized for future radars.[4]
######################################################

http://en.wikipedia.org/wiki/USA_193

On February 21, 03:26 GMT an SM-3 missile was fired from the Ticonderoga class missile cruiser USS Lake Erie, and intercepted USA 193 about 133 nautical miles (247 kilometers)[25] above the Pacific Ocean. The satellite was travelling with a velocity of about 17,500 mph (around 28,000 km/h or 7.8 km/s). The velocity of the impact was about 22,000 mph. The Department of Defense expressed a "high degree of confidence" that the fuel tank was hit and destroyed.[27] The satellite's remnants were expected to burn up over the course of the next 40 days, with most of the satellite's mass re-entering the atmosphere 24 to 48 hours after the missile strike.[25][28]