Помехи РЛС, создаваемые активными источниками

Внутренние шумы приемника РЛС обусловлены флуктуациями напряжений и токов активных элементов усилительно-преобразовательных ступеней, а также их флуктуациями в резистивных элементах и активных составляющих комплексных сопротивлений. Основное значение имеет шум, действующий во входных ступенях РПУ, поскольку он подергается наибольшему усилению [10-13 и др.].
Любое активное сопротивление R (или активная составляющая комплексного сопротивления) электрической цепи является источником широкополосного гауссового шума. Дисперсия напряжения σuш2 этого шума в эффективной (шумовой) полосе пропускания ∆fэф избирательной системы РПУ РЛС определяется выражением [6, с. 9]
σuш2=4kTR∙∆fэф, (1.2)
где k=1,38∙10-23 ДжК – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, К.
Эффективная (шумовая) полоса пропускания избирательной системы РПУ РЛС обычно принимается равной [11, с. 96]
∆fэф≈1,1∙Пс. (1.3)
Активное сопротивление как источник шума может быть характеризовано с помощью номинальной мощности шума Pш, выделяемой на сопротивлении и спектральной плотностью Guш шума
Pш=σuш24R=kT∙∆fэф, (1.4)
Guш=σuш2∆fэф=4kTR. (1.5)
Спектральная плотность шума активного сопротивления постоянна в диапазоне частот до f≤1012 Гц. На более высоких частотах спектральная плотность шума является функцией частоты и определяется следующей зависимостью [6, с. 10]
Guш=4Rhf∙exphfkT-1-1, (1.6)
где h=6,62∙10-34 Дж∙с – постоянная Планка.
Под коэффициентом шума понимается число, показывающее, во сколько раз ухудшается соотношение сигнал/шум по мощности на выходе приемника РЛС по сравнению с его входом [6, 11]
N=PсPшвхPсPшвых=1+Pш внkT0∆fэфKp, (1.7)
где Pш вн – внутренние (собственные) шумы приемника РЛС, T0=293 К, Kp –
коэффициент усиления РПУ по мощности.
Из формулы (1.7) следует, что коэффициент шума приемника обратно пропорционален коэффициенту усиления по мощности и внутренние (собственные) шумы на выходе приемника РЛС определяются как
Pш вн вых=N-1∙kT0∆fэфKp. (1.8)
Внутренний шум РПУ РЛС можно привести ко входу приемника по формуле
Pш вн вх=N-1∙kT0∆fэф. (1.9)
Коэффициент шума РПУ РЛС может быть выражен через коэффициенты шума отдельных усилительно-преобразовательных каскадов [6, 11]
N=N1+N2-1Kp1+N3-1Kp1Kp2+…, (1.10)
где Nj, Kpj – коэффициенты шума и коэффициенты усиления по мощности j-х каскадов приемника, j=1, n, n – число усилительно-преобразовательных каскадов приемника РЛС.
Из выражения (1.10) следует, что коэффициент шума многокаскадного РПУ РЛС в первую очередь определяется коэффициентом шума первого каскада N1. Каждый последующий каскад влияет на общую величину коэффициента шума тем меньше, чем дальше от входа РПУ он отстоит, и чем большее усиление по мощности имеют предшествующие ему каскады.
Коэффициент шума линейного тракта РПУ РЛС (до детектора) определяется зависимостью [11, с. 108]
Nлт=1KpфKpвх∙N1+N2-1Kp1+…+Nnлт-1Kp1Kp2∙∙∙Kpnлт-1, (1.11)
где Kpф, Kpвх – коэффициент передачи по мощности волноводно-фидерного тракта и входного устройства РПУ РЛС соответственно.
Коэффициент шума РПУ, при достаточно большом Kp1, определяется шумами входного устройства и первого каскада приемника [11, с. 109]
Nрпу≈1,1…1,1∙N1. (1.12)
Шумы антенной системы РЛС обусловленные сопротивлением потерь антенны Rп определяются дисперсией ЭДС
σп2=4kTпRп∆fэф (1.13)
и спектральной плотностью шума
Gп=4kTпRп, (1.14)
где Tп – температура антенны, K.
Шумы реальной антенны, связанной с пространством, на практике заменяют эквивалентными тепловыми шумами полного активного сопротивления потерь антенны RA=Rп+RΣ, где RΣ – сопротивление излучения антенны, при температуре антенны [15, с

. 24]
TA=TRпRп+TΣRΣRп+RΣ, (1.15)
где TRп, TΣ – температура сопротивления потерь и сопротивления излучения антенны соответственно. Тогда (1.13) преобразуется к виду
σп2=4kTп∙1-ηА∙∆fэф, (1.16)
где ηА=RΣRА=RΣRп+RΣ – КПД антенны, или дисперсия шума антенны –
σшА2=4kTАRА∆fэф. (1.17)
Величина температуры TА зависит от формы диаграммы направленности антенны, от характера шумовых источников, действующих в зоне радиоприема и от диапазона рабочих частот (рис. 1.2).
9685315842000
Рисунок 1.2 Зависимость шумовой температуры приемной антенны от частоты (1 – максимальная, 2 – минимальная) [14, с. 27]
Обычно Rп≪RΣ и TA≈TΣ и, следовательно, расчет уровня шумов антенной системы РЛС сводится к определению TA или TAT0 [7-15].
Грозовые разряды в атмосфере являются наиболее распространенными источниками мощных атмосферных помех РЛС. По приближенным подсчетам ежесекундно над земной поверхностью происходит около 100 грозовых разрядов (молний) [16, с. 12].
Разрядный ток молнии представляет собой импульс (рис. 1.3) с быстрым нарастанием тока от нуля до максимума (фронт импульса, длительностью τф) и сравнительно медленным спадом до нуля. Длительность импульса τи разряда молнии определяется временем от условного начала до значения, равного половине амплитуды импульса.
Средняя продолжительность главного разряда молнии (20…50) мкс, число повторных разрядов 2…10 с интервалами (0,001…0,5) с [16, с. 13].
15011407874000
Рисунок 1.3 Амплитудно-временные параметры импульса тока молнии
по ГОСТ 1516.2-76 [16, с. 14]
В табл. 1.1 приведены основные характеристики разряда молнии, используемые при оценке стойкости РЭС
Таблица 1.1 Основные характеристики разряда молнии, используемые
при оценке стойкости РЭС [16, 17]
2438406540500
Эквивалент волнового сопротивления канала молнии составляет примерно 200 Ом [17, с. 25]. Наибольшее значение амплитуд в спектре излучения молнии соответствует частотам (300…20000) Гц [16, с. 15].
Большое количество функциональных связей в РЛС, предназначенных для обеспечения приема и передачи информационных сигналов, системно-технической увязки составных элементов РЛС (1.1), энергетического питания блоков и узлов, развязки составных элементов по гальваническим и высокочастотным цепям и др. Все эти функциональные связи, как правило, являются путями проникновения мощных ЭМП грозовых разрядов в информационные сечения РЛС (рис. 1.4).
-133357620000
Рисунок 1.4 Схема воздействия мощных ЭМП грозовых разрядов на РЛС
При этом прямое воздействие мощных ЭМП грозовых разрядов на РЛС характеризуется непосредственным влиянием помех, приводящее к нарушению или ухудшению качества функционирования составных элементов РЛС.
Результат косвенного воздействия мощных ЭМП грозовых разрядов на РЛС сопровождается тем же последствиями, что и прямое воздействие. Однако это воздействие осуществляется опосредовано через составные элементы РЛС, когда они выступая рецепторами энергии помеховых ЭМП, трансформируют ее, являясь при этом сами источниками помех работе РЛС.
В целом воздействие мощных ЭМП грозовых разрядов осуществляется комплексно, в конечном итоге суммируясь или повторяясь на отдельных элементах РЛС, приводя к ухудшению или нарушению их функционирования.
Контактные помехи, воздействующие на РЛС возникают в результате воздействия внешнего ЭМП (радиопередатчиков в ближней зоне) на токопроводящие контакты с переменным сопротивлением [2, 18].
На любом подвижном объекте имеется большое количество токопроводящих контактов, сопротивление которых в результате ударов, толчков, тряски, вибрации или качки изменяется случайным образом