книги / Эксплуатация авиационного радиоэлектронного оборудования

Рис. 6.10. Схема оптимального приемника пачки на базе оптимального фильтра:

•СФ — согласованный фильтр; ЛЗ — линия задержки; Дет — детектор; Z0 — вычислитель корреляционного интеграла

Структурная схема оптимального приемника некогерентной пачки

•строится на базе коррелятора (рис. 6.9) или оптимального фильтра (рис. 6.10). Характеристики обнаружения, т. е. зависимость Рп.0 = / (<72, Рл.т):

те же, что и для сигнала с неизвестной начальной фазой и флюктуирующей амплитудой. Однако для случая некогерентного накопления энергия одного импульса

^и1н.к < Ес/пн Fи1н.к = Л^и1 »

где = 1 + 2 (V ли — 1)//2 In (1/Ял .т) — функция потерь некогерентного накопления.

63. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЭО

Выбор и расчет основных параметров выполняют в такой последователь­ ности: по заданным ПфИ рассчитывают показатели РЭО с оптимальной •структурой передатчика, приемника и оконечного устройства; оценивают возможности технической реализации оптимальных структур. Затем опти­ мальные структуры заменяют квазиоптимальными, которые оказываются проще в исполнении, определяют значения коэффициентов потерь от замены •оптимальных структур, рассчитывают энергетический потенциал РЭО — им­ пульсную (Ри) или среднюю (Рср) мощности. Возможность создания оптималь­ ных структур и алгоритмов следует оценить с точки зрения надежности и эксп­ луатационной технологичности.

Квазиоптимальные структуры играют важную роль при выборе ЭП и ТП РЭО. Примером такой структуры является фильтр, форма амплитудночастотной характеристики которого задается, а максимум отношения сигнал/ шум обеспечивается подбором ширины полосы пропускания. При этом UJ JUm оказывается несколько меньше оптимального на 15 20 %. Заменяя оптимальный фильтр фильтром с прямоугольной полосой пропускания ши­ риной AF = 1,37/ти, получим на выходе Рс/Р ш = 0,82 Q, т. е. энергетичес­ кие потери составят 1 дБ.

При приеме реальных радиоимпульсов с огибающей, аппроксимируемой

кривой Гаусса U (2) = Ac~at, проигрыш от замены оптимального фильтра квазиоптималъным уменьшается. В общем случае технические решения не могут обеспечить реализацию потенциальных характеристик РЛС, т. е.

А РЛС (0 = ?^пот (0* где Лпот (/) — оценка потенциальных характеристик,

т

а е — коэффициент потерь (£ > 1, £ = 2£*). При расчете параметров РЛС следует учитывать как можно больше составляющих коэффициента £.

Максимальная дальность действия Dmax задается для определенных зна­ чений статистических характеристик (например, Яц.0 и Ял .т) и определяется из основного уравнения дальности РЭО (без учета влияния атмосферы).

Для бортовой РЛС (ДИСС) и других автономных систем

S a — эффективная площадь антенны; т]Прм _ Прд — к.п.д. тракта «прием-

передача»; £i» £2, §з — коэффициенты потерь, обусловленные соответственно энергетическими преобразованиями, конструктивными особенностями, дей­ ствиями оператора РЛС.

Входящие в это уравнение параметры связаны между собой следующими зависимостями:

Ga = 4nSa/k*\ Sa = kndl9

где da — раскрыв антенны;

ба = 0 ,7 ва —60X/da\ nH^=Qa/Q a T ,

где Qa — скорость обзора заданной зоны по угловой координате;

£ Прм min = ^ P k T ; K p = QlnpM ,

где Q — отношение сигнал/шум на выходе оптимального приемника, оп­ ределяемое вероятностями Рп 0 и Рл.т; Мш — коэффициент шума приемни­ ка; k — постоянная Больцмана, равная 1,38-10—23 Вт/градус, Гц; Т — аб­ солютная температура, К; /Ср — коэффициент различимости; £Прм — ко­

эффициент потерь;

ти= 2 (6Dpjl 6D0 yj/c ,

где 60 РЛ — разрешающая способность РЛ по дальности; бD0#y — разре­

шающая способность оконечного устройства.

При расчетах максимальной дальности необходимо учитывать, что для малых значений угла места ДНА становится лепестковой вследствие интер­ ференции прямых радиоволн и волн, отраженных от поверхности земли. Чис­ ло лепестков связано с высотой расположения антенны под отражающей по­ верхностью Ла: пЛ = 2/iaA, угол максимума нижнего лепестка ДНА Pmln~ = Х/4Ла.

Дальность действия РЛС в атмосфере зависит от длины волны и погод­

ется функцией к и состояния атмосферы (рис. 6.11).

Задаваясь значениями Dmax, можно из графика (рис. 6.12) получить зна­ чение для D0.

Коэффициент шума приемника в полосе его пропускания позволяет ко­ личественно оценить шум приемника

Мш~ (Ес/ £ш)вх/ (Ес/Ет) вых-

мального приемника одиночного импульса квазиоптимальным; £в.и — коэф­ фициент потерь в визуальном индикаторе.

Потери некогерентного накопления вызваны применением некогерентной обработки когерентного сигнала. Последний широко используется в ТРЛ и ОРЛ, однако в силу сложности технической реализации когерентное накоп­ ление часто заменяется некогерентным — последетекторным. Возникают по­ тери, которые при расчете учитываются коэффициентом

1 н . к = 2 У ^ /1 У 2 1 п т + 2 1 п (1 /Р л. т - 2 ,8 ) + У 2 In (1/Я„р - 2.8)].

Потери растут с увеличением пИ (рис. 6.13). При ли > 1 5н.к — откуда следует, что разделение непрерывного сигнала на последовательность некогерентных импульсов с точки зрения потерь невыгодна. При уменьшении Рл.т и ^пр проигрыш в энергии сигнала уменьшается.

Потери возникают, если в тракте применяется цифровая обработка, и учи­ тываются с помощью коэффициента потерь дискретной обработки (квантования) 5дискРешение о наличии отраженного сигнала принимается при усло­ вии, что из п0 на выходе квантователя формируется п импульсов. Пачка обна­ руживается при удовлетворении критерия из пъ. Оптимальное число на­

капливаемых импульсов nopt = 1,5*]/ли-

Коэффициент £к.о учитывает потери при квазиоптимальной обработке сигнала. Техническая реализация оптимального фильтра для пачки достаточ­ но сложна (см. рис. 6.8). Проще реализовать квазиоптимальный фильтр на базе рециркулятора (рис. 6.14), который может работать на видеочастоте или на радиочастоте. Эффект накопления в рециркуляторе зависит от коэффици­ ента обратной связи /Со:

где £ cS — энергия суммарного сигнала на выходе накопителя-рецир­

кулятора; £ 1и — энергия одиночного импульса. Отношение сигнал/шум на выходе накопителя

« i j l д * ? ;

выигрыш в отношении сигнал/шум при накоплении

р = ( » - ^ и) к 1+ ^ ) / ( 1- ^ ) ] -

Зависимость UBVIXIUBX = “j/p = / (Кр, пя) показывает значение выигры­ ша для определенного числа пИ (рис. 6.15).

UBUX/^BX

6 ---

Потери в накопителе на рециркуляторе по сравнению с оптимальным на­ копителем учитываются коэффициентом

&K.o = n„/p = n „ ( l - /C p ) /( l - K " " ) ( l+ K p ) .

С изменением формы огибающей пачки импульсов выигрыш накопления может меняться.

Коэффициент £в.у характеризует потери, вызванные заменой в приемнике оптимального фильтра для одиночного импульса квазиоптимальным, согласо­ ванным со спектром сигнала только по полосе пропускания. Потери в отноше­ нии сигнал/шум для различных фильтров лежат в пределах 2...3 дБ.

А/прм < Д /С, вычисляют эффективное число импульсов лэ= р д^ли, после чего по графику потерь в детекторе £дет = / (ли) (рис. 6.16) определяют потери

5дет = £в.у*

Коэффициент £в>и учитывает потери в визуальном индикаторе, которые возникают при использовании ЭЛТ с яркостной отметкой, причина которых — разное время накопления полезных сигналов и шума. Методика вычисления этих потерь аналогична вычислению потерь £в у, но вместо рд^ следует ис-

считывают: а км з—коэффициенткилометрического затухания; vKM>3 — эффек­

Тп; ти. Зная атмосферные условия, коэффициент vKM.3 и заданную дальность Dmax a :. находят величину Dmax.

Импульсная мощность

^max ^Прм min (^Jl)3//1и Ти G| X2 S0Лп-n -

В формуле для расчета РИ можно заменить к. н. д. Ga = 4nSa/X2.

При обнаружении объектов с малой ЭОП можно использовать k обзоров и соответственно вероятность ЯПв0Е= 1 — (1 — Рп.0)* возрастает по бино­

миальному закону. Вероятность Рп#0 при расчетах, как правило, задается рав­ ной 0,9. Допустим, что ложная тревога возникает 1 раз за 1000 обзоров (1 раз в час). Если число информационных элементов в одном обзоре т = mDma-

= 10s, то вероятность Ял tS = /лРл.т1, Рл.т1 = Рл.т2/т , Рл .т1 = 10-*.

Глава 7

РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КАК ОБЪЕКТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

7.1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЭО НА ВС

Эксплуатация РЭО ВС часто осуществляется в сложных нестационар­ ных условиях. Это накладывает на процесс ТЭ определенную специфику При этом важную роль играют особенности, которые присущи РЭО вообще и позволяют выделить эксплуатируемые изделия РЭО в особый класс, а тех­ ническую эксплуатацию РЭО в особую систему.

Особенности РЭО как объекта технической эксплуатации, можно услов­ но разделить на три группы: системные, конструктивные, эксплуатационные.

Системные особенности РЭО (группа А):

частотный диапазон действующих токов и напряжений от 0 (постоянный ток питания) до 1011 Гц (миллиметровый диапазон). Тенденции к его дальней­ шему расширению связаны с разработкой и внедрением лазерных систем по­ садки и управления;

широкий диапазон временных интервалов сигналов РЭО от 2 ...3 с (ин­ тервал обзора БРЛ) до 10-7 с (длительность метки дальности в РЛ);

большой динамический диапазон действующих мощностей излучаемых и принимаемых сигналов от 103 (излучаемая в импульсе мощность) до 10~12 Вт (чувствительность приемного тракта). Этот диапазон имеет тенденции к даль­ нейшему расширению за счет применения малошумящих усилителей и дру­ гих технических усовершенствований;

разнохарактерность физических процессов, протекающих в схемах и узлах РЭО. В состав РЭО входят энергетические преобразователи, слаботоч­ ные радиоузлы, мощные выходные СВЧ-каскады, ферритовые мосты, элект­ ромеханические системы сканирования антенны и другие элементы;

автономность в работе радиоэлектронных систем; они являются частью сложного бортового измерительного комплекса и на него работают;

формирование на выходе РЭО большого объема информации с высокой скоростью (до 105 бит/с в РЛ);

функциональная избыточность изделий РЭО информационной точки зре­ ния и организации использования информации. При этом часть информа­ ционных возможностей не используется, особенно в РЛС, ВРЛ и связных ка­ налах;

необходимость решения задач электромагнитной совместимости (ЭМС) и борьбы с непреднамеренными электромагнитными помехами (НЭМП) вслед­ ствие насыщенности ВС РЭО;

разнообразность и высокая степень нестационарности условий примене­ ния бортового РЭО. В течение небольших временных интервалов перепад дав­ лений можетдостигать сотен гектопаскалей, перепад температур — десят­ ков градусов. Динамика воздействия внешних условий, стимулирующих деградационные процессы, велика;

разнообразие видов отказов в изделиях РЭО: постепенные и внезапные, явные и скрытые;

влияние отказов РЭО на регулярность и экономичность полетов;

влияние отказов изделий РЭО на безопасность полетов; влияние отказов РЭО на возникновение отказов в других системах ВС.

Конструктивные особенности РЭО (группа Б):

структурная сложность, многоэлементность РЭО. Не умаляя сложно­ сти других систем АТ, подчеркнем, что ни в одной из них нет такого числа де­ талей, узлов, соединений, выходов, входов, обратных связей, как в издели­ ях РЭО;

последовательная с точки зрения надежности структура соединения по­ давляющего большинства элементов;

высокая степень безотказности отдельных элементов и низкая степень бе­ зотказности устройств и систем;

уход параметров элементов, трактов, устройств и систем в процессе экс­ плуатации;

скрытность физических процессов и изменения параметров, наличие вне­ запных отказов;

значительный разброс параметров, характеризующих безотказность отдельных элементов, узлов, блоков;

необходимость восстановления параметров в процессе эксплуатации и обеспечение восстанавливаемости;

наличие в РЭО съемной и стационарной частей; взаимозаменяемость блоков и узлов;

жесткие требования к массе, габаритным размерам, размещению ап­ паратуры и ее энергопотреблению;

необходимость ТО на различных этапах эксплуатации устройств различ­ ного типа с различными физическими принципами функционирования.

Эксплуатационные особенности (группа В):

сложность системы технической эксплуатации, состоящей из сложных управляемой и управляющей подсистем, в которых действует закон необхо­ димого разнообразия;

системный подход к решению эксплуатационных задач; необходимость ТО и Р на стадии эксплуатации большинства систем РЭО;

недостаточная (в большинстве случаев) эксплуатационная технологич­ ность и ремонтопригодность;

разнообразие и сложность КПА и КИА, вытекающие из необходимого разнообразия управляющей подсистемы;

фупкцгспальная избыточность КПА и КИА; высокая точность КПА и КИА и достоверности получаемой информации; высокая надежность КПА и КИА;

необходимость лабораторного ТО с помощью стендовой аппаратуры; разнообразие и сложность оценок эффективности ТО; разнообразие стратегий, методов, видов и форм ТО;

необходимость прогноза технического состояния РЭО по данным теку­ щих наблюдений.

Перечисленные особенности можно считать основными, так как они не охватывают все виды параметров и показателей систем. Они выбраны в ка­ честве наиболее отличительных для изделий РЭО.

7Лш СОСТОЯНИЯ РЭО

РЭО состоит из набора элементов А (а1э... а п) и набора связей в (Р, ... Pm). Каждый элемент РЭО может быть определен двумя состояния­ ми: работоспособным (годным к эксплуатации) а* и неработоспособным, то же можно сказать и о внутрисистемных связях Pj и pf.

Процесс изменения параметров элементов и связей непрерывный. По­ этому, говоря строго, число состояний, в которых пребывает РЭО, стремится к бесконечности. Однако для удобства анализа принято считать, что для элементов и связей промежуточных состояний не существует. Они могут на­ ходиться только или в работоспособном, или в неработоспособном состояниях.

ПО