В настоящее время система вооружения войсковой ПВО Российской Федерации, представляющая собой совокупность функционально взаимосвязанных огневых средств (зенитных ракетных комплексов и систем), средств разведки и целеуказания, автоматизированных средств управления и других средств, находится в процессе коренного обновления. Начата и успешно выполняется работа по формированию облика системы вооружения войсковой ПВО, затем последует ряд ОКР по разработке отдельных образцов вооружения и далее - их серийное производство.
Необходимость разработки нового вооружения, а также принципы и порядок формирования облика системы вооружения войсковой ПВО, изложены в статье [1]. Основной причиной, определившей необходимость обновления вооружения, является дальнейшее развитие средств воздушно-космического нападения противника и существенное повышение их возможностей по преодолению ПВО, а технической базой обновления - успехи в развитии электронной компонентной базы, микроэлектронике, а также созданные новые технологии в различных областях науки и техники, в том числе в радиолокации.
Основными источниками информации в создаваемой системе вооружения войсковой ПВО, как и ранее, остаются РЛС различного назначения, однако они создаются на новой элементной базе и с использованием новых технологий. Существующие РЛС (рис. 1) используют пассивные ФАР и построены по технологиям 80-х годов, в связи с чем не в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым к перспективному вооружению как по эксплуатационным показателям, так и по показателям назначения.
Рис. 1. Основные современные РЛС войсковой ПВО: 1 - РЛС Х-диапазона 9С19 «Имбирь»; 2 - РЛС S-диапазона 9С15 «Обзор-3»; 3 - РЛС S-диапазона 9С18М1 «Купол»; 4 - РЛС VHF-диапазона 1Л13 «Небо-СВ» (четыре транспортные единицы - аппаратная кабина, антенно-поворотное устройство, дизельная электростанция, прицеп с антенным устройством запросчика)
Создаваемые средства ПВО, и РЛС в том числе, входящие в состав соединений и частей ПВО, развертываться будут в боевых порядках на большой площади, и работать они будут по разнообразным баллистическим и аэродинамическим средствам, в том числе новых типов, с характеристиками, существенно превосходящими характеристики современных средств нападения. В [1] на основе анализа летно-технических и отражательных характеристик целей и с учетом боевых порядков войск определена рациональная номенклатура создаваемых РЛС. Она включает РЛС разведки и целеуказания командных пунктов соединений ПВО и ЗРС, ведущие круговой и секторный обзор (РЛС КО-СО), РЛС секторного обзора для обнаружения баллистических целей (БЦ) - РЛС СО зенитных ракетных систем и РЛС БЦ зенитных ракетных комплексов, а также РЛС обнаружения низколетящих целей (РЛС НЛЦ) ЗРК. В зависимости от своего предназначения и особенностей обнаруживаемых целей перечисленные типы РЛС перекрывают широкий диапазон длин волн активной радиолокации - от сантиметровых до метровых волн (поддиапазоны X, C, S, L, UHF и VHF).
От возможностей создаваемых РЛС по обнаружению целей, от точности оценки ими координат целей и их пропускной способности зависят возможности группировки ПВО по поражению целей. Исходя из этого, обоснование облика перечисленных типов создаваемых РЛС является одной из важнейших задач формирования облика всей системы вооружения войсковой ПВО.
Рассматриваемая задача обоснования облика РЛС является задачей начального этапа конструирования и представляет собой разработку предложений по конструктивному исполнению РЛС и определение потребных количественных значений наиболее важных конструктивно-технических параметров.
В последующем сформированный облик изделия конкретизируется в ходе выполнения ОКР - прорабатывается в эскизном и техническом проектах и в конечном итоге реализуется в виде опытного образца.
Целью формирования облика РЛС является определение основных конструктивных особенностей построения РЛС, недопущение системных ошибок, которые впоследствии, на этапе выполнения ОКР, могут привести к необходимости переконструирования изделия.
В основу подхода к формированию облика РЛС может быть положено одно из важнейших требований, предъявляемых к вооружению войсковой ПВО: необходимость его высокой мобильности. Для перспективных РЛС это требование особенно значимо в связи с необходимостью быстрой смены позиций вследствие существенно выросших возможностей противника по вскрытию излучающих средств и оперативному применению по источнику излучения высокоточного оружия (ВТО).
Исходя из этого требования, вся аппаратура и оборудование РЛС, в том числе средства автономного энергоснабжения (САЭС), должны размещаться на высокомобильном шасси (гусеничном или колесном, в зависимости от штатной принадлежности - см. [1]), обеспечивающем передвижение в боевых порядках войск по различной местности. При этом требуемое время свертывания/развертывания РЛС ограничивается единицами минут.
Для высокопотенциальных РЛС с антенными системами больших размеров, исходя из того что они работают в глубине боевых порядков, на достаточном удалении от линии боевого соприкосновения и под эшелонированным прикрытием от ВТО, время свертывания/развертывания может составлять несколько десятков минут.
Аппаратура и оборудование высокопотенциальных РЛС, исходя из ограничений по грузоподъемности и мобильности, могут размещаться на нескольких шасси, предназначенных, соответственно, для размещения антенного поста, системы энергоснабжения и аппаратных средств с боевым расчетом, однако время стыковки этих средств на боевой позиции не должно ограничивать требуемое время свертывания/развертывания РЛС.
Таким образом, шасси является элементом, задающим исходный облик РЛС в части ее максимально возможных массы, габаритов развертываемой антенной системы, а также потребляемой (а следовательно, и излучаемой) энергии.
Характеристики РЛС в основном определяются характеристиками ее антенной системы и высокочастотной приемо-передающей части (особенностями построения антенны, устройств формирования, излучения, приема и предварительной обработки сигнала). С позиций размещения аппаратуры и оборудования, шасси, ограничивая массу и габариты антенной системы, а также энергию сигнала, определяет предельно достижимые угловое разрешение, мощность излучаемого сигнала, отношение сигнал/шум и другие важнейшие параметры локатора.
С другой стороны, с позиций целевого назначения, характеристики создаваемых РЛС должны быть согласованы с характеристиками конечного потребителя - огневыми средствами. Получаемая локаторами информация должна обеспечивать полную реализацию огневых возможностей огневых средств по поражению целей на максимальной дальности действия зенитных управляемых ракет (ЗУР) и в глубине зоны поражения при массированных налетах (ударах).
В соответствии с этим характеристики огневых средств определяют показатели назначения создаваемых РЛС - потребные рубежи (дальности) выдачи информации, качество информации (разрешающую способность и точность оценки параметров целей) и пропускную способность РЛС.
Множество показателей назначения РЛС определенного типа обозначим УПН:
YПН = {Rобн, Ωδ, Тобз},
где Rобн - дальность обнаружения цели заданного типа в определенных условиях; Ωδ - множество показателей разрешающей способности и точности оценки параметров целей (угловых координат, дальности и скорости); Тобз - время обзора заданного сектора пространства (как основной показатель пропускной способности РЛС).
Множество основных конструктивно-технических параметров РЛС, определяющих ее облик, обозначим XКТП.
Наиболее значимыми конструктивно-техническими параметрами, на основе которых можно рассчитать показатели назначения РЛС на раннем этапе формирования облика, являются: λ - длина волны РЛС; Рср - средняя мощность излучаемого антенной сигнала; Sa - площадь раскрыва антенны; ρ - коэффициент использования раскрыва антенны; kш - коэффициент шума приемного устройства; kп - коэффициент потерь сигнала (суммарные потери на излучение, прием и обработку сигнала); Δf - полоса сигнала.
Конструктивно-технические параметры разнонаправленно влияют на показатели назначения. Так, при прочих равных увеличение длины волны ведет к повышению пропускной способности РЛС и одновременно к снижению точности оценки координат.
С учетом фактора разнонаправленности влияния, постановка задачи формирования облика РЛС является оптимизационной - необходимо найти компромиссные (рациональные) значения конструктивно-технических параметров ХКТП, обеспечивающие требуемый уровень показателей назначения YПН в рамках объективно-существующих массогабаритных и энергетических ограничений, определяемых используемым шасси, при минимальной стоимости создаваемого образца РЛС СРЛС:
где Rтр, Ωτρ, Tобз тр - требования назначения (соответственно требования по дальности обнаружения цели, разрешающей способности, точности оценки параметров целей и времени обзора заданного сектора пространства); Мтр, РСАЭС, Sш - ограничения, определяемые используемым шасси (соответственно по массе РЛС, мощности САЭС, площади раскрыва антенны); Рпотр - потребляемая локатором мощность.
Задача формирования облика РЛС может быть дополнена за счет учета других требований и факторов, не формализованных в постановке (1). В частности, современное требование обеспечения наработки на отказ РЛС в сотни часов однозначно определяет необходимость построения РЛС на базе активной твердотельной ФАР. Кроме повышения эксплуатационных показателей, применение АФАР, и особенно цифровых АФАР (ЦАФАР), имеет ряд других преимуществ (см. [2, 3]) и обеспечивает эффективное решение задачи обнаружения и сопровождения целей в сложной воздушной и помеховой обстановке сценариев будущих действий.
В связи с этим, несмотря на относительное удорожание РЛС, для перспективной системы вооружения далее рассматриваются только варианты создания РЛС с АФАР.
Решение оптимизационной задачи (1) требует наличия математических соотношений для расчета показателей назначения Аобн, Ωδ, Тобз, а также показателей конструктивных ограничений, определяемых используемым шасси МРЛС, Рпотр, Sa, и показателя стоимости РЛС СРЛС в зависимости от конструктивно-технических параметров ХКТП. Получим далее такие соотношения, используя в качестве опорной переменной, от которой зависят все показатели, используемые в (1), длину волны λ.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСНОВ И БАЗОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛИКА РЛС
1.1. АФАР как основной элемент конструкции РЛС и объект ограничений по возможностям применяемых шасси
Начальным, не формализуемым этапом формирования облика РЛС, предваряющим решение оптимизационной задачи (1), является определение архитектуры построения РЛС и конструктивных ограничений Мтр, РСАЭС, Sш в рамках которых может быть реализован конкретный вариант построения РЛС.
С целью определения возможной архитектуры построения создаваемых РЛС войсковой ПВО, во всем интервале длин волн, в котором они должны работать, от сантиметровых до метровых, выполнен анализ построения перспективных (наиболее современных существующих или находящихся в разработке) отечественных и зарубежных РЛС различного назначения с АФАР. Внешний вид некоторых из этих РЛС приведен на рисунке 2.
Рис. 2. Перспективные локаторы различных диапазонов: 1 - радиолокационный модуль (РЛМ) высокопотенциальной РЛСХ-диапазона AN/TPY-2 (США) [4]; 2 - РЛМ высокопотенциальной отечественной РЛСХ-диапазона (вариант построения) [8]; 3 - РЛС С-диапазона LTAMDS перспективного ЗРК Patriot (США) [4]; 4 - РЛС типа «Енисей» [5]; 5 - РЛМ сантиметрового диапазона (модуль РЛМ-С) из состава РЛК 55Ж6М «Небо-М»; 6 - РЛМ дециметрового диапазона (модуль РЛМ-Д) из состава РЛК «Небо-М»; 7 - РЛС метрового диапазона 1Л119 «Небо-СВУ»; 8 - РЛМ метрового диапазона (модуль РЛМ-М) из состава РЛК «Небо-ММ»; 9 - РЛМ метрового диапазона (модуль РЛМ-М) из состава РЛК «Небо-М»
Также выполнен анализ колесных и гусеничных шасси, удовлетворяющих требованиям по мобильности, предъявляемым к перспективному вооружению войсковой ПВО, и пригодных для размещения аппаратуры и оборудования РЛС различного назначения. На рисунке 3 в качестве примера показаны типовые средства подвижности максимальной грузоподъемности, обеспечивающие создание мобильных РЛС войсковой ПВО.
Рис. 3. Средства подвижности максимальной грузоподъемности для создания мобильного вооружения войсковой ПВО (колесный тягач повышенной проходимости БАЗ-6909 и модифицированное самоходное шасси типа «Объект 830» [6])
Анализ показал, что мобильные перспективные РЛС на основе АФАР для войсковой ПВО конструктивно могут включать три основных элемента, размещаемые на едином шасси, - антенный пост, аппаратный контейнер и САЭС. Антенный пост строится на основе АФАР и обеспечивает формирование и излучение сигнала, его прием и первичную обработку сигнала. В антенном посту размещаются также другие устройства, свойственные локаторам, например обеспечивающие госопознавание целей.
В аппаратном контейнере, как правило, размещаются аппаратура и вычислительные средства вторичной и последующей обработки сигнала, аппаратура рабочих мест операторов, в том числе индикаторные устройства, другая аппаратура, обеспечивающая управление работой РЛС, связь и взаимодействие в составе системы вооружения.
Элементы высокопотенциальной РЛС ввиду повышенных массогабаритных характеристик антенной системы могут размещаться на нескольких подвижных шасси и включать, соответственно, несколько отдельных единиц техники, например РЛМ с АФАР, модуль боевого управления РЛС (аппаратный контейнер) и модуль энергопитания РЛС.
С учетом развития цифровых технологий построения аппаратуры РЛС их отличительные особенности практически полностью определяются антенным постом (радиолокационным модулем) и прежде всего - особенностями построения АФАР. Аппаратные контейнеры различных РЛС в перспективной системе вооружения войсковой ПВО выполняются максимально унифицированными по составу аппаратуры и выполняемым функциям (более подробно - см. [1]).
АФАР антенного поста в значительной мере определяет как показатели назначения РЛС, так и возможность удовлетворения накладываемым на создаваемый локатор ограничениям: анализ показал, что стоимость РЛС на 60-80 % определяется стоимостью АФАР (в метровом диапазоне, ввиду меньшего количества элементов решетки - в меньшей степени, в сантиметровом - в большей); на АФАР приходится 70-80 % всей потребляемой локатором энергии; размеры антенны и время ее свертывания существенно определяют мобильность РЛС.
В связи с этим при решении оптимизационной задачи (1) вариативной частью конструкции локатора является АФАР - ее конструктивно-технические параметры, масса, площадь раскрыва антенны и потребляемая мощность. Аппаратный контейнер является унифицированным, с фиксированными характеристиками для различных вариантов создания локатора.
Конструктивные ограничения для АФАР, необходимые для решения задачи (1), определим исходя из характеристик перспективных шасси.
Для обеспечения высокой мобильности (требуемого времени свертывания/развертывания) антенный пост, аппаратный контейнер, САЭС и другое оборудование РЛС должны размещаться на едином шасси. Исходя из величины максимальной массы мобильных средств ПВО, на перспективном шасси может размещаться до 20 т полезной нагрузки. При этом, учитывая потенциальные массогабаритные характеристики аппаратного контейнера и другого оборудования, унифицированного для различных вариантов РЛС, а также аппаратуры антенного поста, масса АФАР ограничена величиной mогр ≈ 8 т.
На едином мобильном шасси, с учетом массогабаритных характеристик, может размещаться САЭС мощностью до 400 кВт. При этом, с учетом характеристик энергопотребления других видов аппаратуры и оборудования РЛС, потребление АФАР ограничивается величиной Рогр ≈ 350 кВт.
Анализ конструкций антенных систем перспективных РЛС позволяет сделать вывод, что максимальная площадь раскрыва антенны мобильной РЛС (в метровом диапазоне волн) ограничена величиной Sогр ≈ 130 м2.
1.2. Особенности конструкций АФАР перспективных РЛС
1.2.1. Конструктивная база и примеры реализации АФАР сантиметрового диапазона
Известные отечественные и зарубежные перспективные РЛС с АФАР создаются (или созданы) в различных областях применения для решения своих специфических задач. Конструкции РЛС выработаны на основе компромиссов, связанных с необходимостью обеспечения требуемых значений показателей назначения и эксплуатационных характеристик, а также упрощения процесса и выдерживания сроков конструирования (см., например, [2, 3, 7-9]). В связи с этим АФАР перспективных РЛС имеют большое разнообразие в части аппаратной реализации, особенно в разных диапазонах длин волн (что отражает даже их внешний вид). Вместе с тем АФАР перспективных РЛС имеют одинаковые конструктивные основы.
Общие основы построения АФАР перспективных РЛС рассмотрим на примере АФАР сантиметрового диапазона волн.
В этом диапазоне волн к конструкции АФАР предъявляются наиболее жесткие массогабаритные требования. Жесткость требований обусловлена тем, что для исключения побочных направлений излучения излучающие элементы антенны должны располагаться на расстояниях друг от друга, не превышающих приблизительно 0,6 длины волны. Соответственно, при малых длинах волн требуется весьма плотная компоновка приемо-передаю- щих каналов (ППК) антенной решетки. (Под ППК поднимется излучатель и подключенные к нему через переключатель (циркулятор) высокочастотные элементы передающего и приемного трактов.)
Так, при длине волны 3 см на каждый ППК АФАР в поперечном сечении приходится около 3 см2 полотна антенны (при гексагональном размещении элементов). На этой площади размещается излучающий элемент решетки, и далее, в глубину антенного полотна, - связанные с ним элементы ППК. В связи с большим количеством ППК, размещаемых на полотне решетки (десятки тысяч), и сравнительно невысоким коэффициентом полезного действия (КПД) твердотельных усилителей мощности передающих каналов (по сравнению с электровакуумными приборами пассивных ФАР) вследствие плотной компоновки полотна одной из основных конструктивных проблем построения решеток с малым шагом является отвод тепла от элементов передающего канала.
Проблема обеспечения плотной компоновки полотна перспективных АФАР решается путем миниатюризации ППК за счет создания основных элементов ППК (усилителей мощности передающего канала (УМ), малошумящих усилителей приемного канала (МШУ), фазовращателей (ФВ) и аттенюаторов (АТТ) каналов, защитных устройств приемного канала (ЗУ) и др. - см. рисунок 4) с использованием микроволновых монолитных интегральных схем (МИС), выполненных по бескорпусной технологии.
Рис. 4. Простейшая функциональная схема ППК и 4-канальный ППМ (отдельно выделен усилитель мощности передающего канала)
В качестве материала для изготовления твердотельных активных элементов ППК используется в основном арсенид галлия (GaAs) или более перспективный материал - нитрид галлия (GaN).
Плата с элементами ППК выполняется обычно по LTCC-технологии (Low Temperature Co-Fired Ceramic - технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики). Эта технология при сравнительно невысокой стоимости изготовления обеспечивает высокую прочность платы, хорошую теплопроводность и одновременно многослойность для размещения элементов ППК и создания пассивных элементов.
Несколько ППК, построенных на основе бескорпусных МИС, объединяются в одном металлическом корпусе в виде многоканального приемо-передающего модуля (ППМ). В этом же корпусе размещаются общие для нескольких ППК устройства электропитания (преобразователи напряжения DC/DC), схемы синхронизации, цифрового управления фазой и амплитудой каналов, а в металлическом основании модуля размещаются трубки системы жидкостного охлаждения для отвода выделяющегося тепла. На рисунке 4 в качестве примера показан ППМ, включающий элементы четырех ППК (за исключением излучателей) и различные общеканальные устройства.
ППМ является первичным конструктивным сменным элементом АФАР.
Несколько ППМ конструктивно и функционально объединяются в блок подрешетки АФАР.
Блок подрешетки является функционально законченной единицей АФАР (самостоятельной мини-АФАР) с собственными системами управления, электропитания (AC/DC) и охлаждения. В ЦАФАР, кроме этого, в блоке подрешетки может выполняться преобразование принятого сигнала в цифровой вид.
Блок подрешетки может использоваться в качестве базового элемента для создания АФАР различных размеров и конфигурации для РЛС различного назначения (т.н. технология масштабирования АФАР [4]).
Фактически вся АФАР перспективной РЛС сантиметрового диапазона волн состоит из определенного количества блоков подрешеток, размещенных в несущем каркасе антенного полотна, а также формирователя диаграммы направленности (устройства объединения сигналов подрешеток), устройств управления и синхронизации работы подрешеток, устройств электропитания и охлаждения решетки.
При таком построении перспективных АФАР их характеристики в конечном итоге определяются характеристиками и количеством ППК, в основном - мощностью и КПД усилителя мощности передающего канала, коэффициентом шума МШУ приемного канала, массогабаритными характеристиками и стоимостью ППК.
Представительным примером РЛС Х-диапазона, в которой реализованы описанные принципы построения АФАР, является мобильная (буксируемая) РЛС AN/TPY-2 с АФАР Х-диапазона системы противоракетной обороны (ПРО) США.
РЛС AN/TPY-2 является высокопотенциальным локатором - максимальная дальность обнаружения ею цели с ЭПР 0.01 м2 оценивается в 870 км (при длительности сигнала 0,1 с) [4]. В состав этой РЛС входят 4 основные единицы: антенный модуль с АФАР, электронный модуль, охлаждающее устройство для АФАР (кулер) и источник электроэнергии мощностью 1300 кВт, напряжением 4160 В (3×60 Гц).
Антенный модуль представляет собой АФАР (рис. 2, 5) площадью 9,2 м2, построенную из 72 одинаковых блоков подрешеток, всего 25 344 канала. Средняя мощность излучения АФАР равна 81 кВт (средняя мощность излучения одного передающего канала - 3,2 Вт). ППК АФАР выполнены в виде твердотельных МИС на GaAs.
Рис. 5. Архитектура АФАР AN/TPY-2. Выделены блок подрешетки и один ППМ
Стоимость антенного модуля - 140 млн долл., масса - 24 т.
Электронный модуль формирует управляющие сигналы, выполняет обработку принятых сигналов, задает порядок работы АФАР при обзоре и сопровождении целей, формирует передающие сигналы, взаимодействует с системой управления комплекса ПРО. Стоимость электронного модуля - 23 млн долл., масса - 16,4 т.
Кулер и источник электроэнергии имеют стоимости, соответственно, 7,5 и 15,5 млн долл. и массы - 18,6 и 28,6 т.
В настоящее время реализуется программа последовательной модернизации всех 12 имеющихся на вооружении Армии США РЛС AN/TPY-2 с заменой ППК на новые, выполненные на основе GaN. Ориентировочная стоимость модернизации одной РЛС составляет 63,0 млн долл. Модернизация позволит значительно (предположительно на десятки процентов) повысить мощность излучения при прежнем уровне энергопотребления РЛС.
Каждая из 72 подрешеток (Transmit/Receive element assembly - T/REA) АФАР AN/TPY- 2 состоит из 11 ППМ (Transmit/Receive (T/R) module). Каждый ППМ состоит из двух плат- субмодулей, включающих по 16 ППК. Два субмодуля, смонтированные зеркально на едином металлическом основании, конструктивно составляют единый 32-канальный ППМ. В состав ППМ кроме 32 ППК входят 8 преобразователей напряжения DC/DC, 4 микросхемы контроллера системы управления и 2 - формирования луча.
Основание ППМ служит для крепления субмодулей и одновременно выполняет роль радиатора с целью отвода выделяющегося тепла, для чего здесь расположены трубки с охлаждающей жидкостью.
Субмодули монтируются на основании со смещением по вертикали на четверть длины волны друг относительно друга для образования гексагональной антенной решетки.
В состав каждого блока подрешетки (T/REA) кроме 11 32-канальных ППМ входит блок из 352 излучателей, соединенных с соответствующими приемо-передающими каналами, а также 2 модуля управления работой подрешетки (SAM) и 2 преобразователя напряжения AC/DC.
В результате блок подрешетки представляет собой плотно упакованный функционально законченный элемент АФАР, являющийся основным сменным элементом при оперативном ремонте.
В состав АФАР кроме 72 блоков подрешеток входят также блоки управления подрешетками и преобразования входного напряжения (4160/150 В).
Схожее с локатором AN/TPY-2 конструктивное построение имеет и разрабатываемая отечественная перспективная мобильная РЛС с АФАР Х-диапазона, описанная в статьях [8-11] (возможный внешний вид приведен на рисунке 2). Ее АФАР состоит из 128 блоков подрешеток, размещенных на полотне в 16 столбцов и 8 строк.
Блок подрешетки представляет собой 256-канальную антенную систему. В его состав входят восемь 32-канальных ППМ, блок излучателей с укрытием, модуль суммирования и деления, модуль распределения, модуль усиления, кабели, электро- и гидроразъемы (рис. 6).
Рис. 6. Структура блока подрешетки АФАР отечественной перспективной мобильной РЛС: внешний вид блока подрешетки; схема одного ППМ (3 ВУМ и 2 ВИП не показаны для демонстрации трубки охлаждения); излучающий элемент
Каждый ППМ состоит из двух субмодулей, размещенных со сдвигом каналов на общем металлическом основании (сплав Al-Li). Внутри основания ППМ под выходными усилителями мощности (ВУМ) каналов и вторичными источниками питания (ВИП) проходит плоская медная трубка с циркулирующей охлаждающей жидкостью, обеспечивающая отбор тепла обоих субмодулей. Трубки жидкостного охлаждения отдельных ППМ гидравлически объединены между собой в пределах конструкции блока подрешетки. Субмодуль включает 16 ППК, 4 ВИП, модуль управления фазовращателями и аттенюаторами и модуль суммирования сигналов.
Излучающий элемент каждого ППК выполнен в виде цилиндрического ферритового стержня, охваченного разнополярными постоянными магнитами.
Общее тепловыделение всех ППМ АФАР составляет сотни киловатт. Для отбора такого количества тепла и отвода его в атмосферу в каждом столбце АФАР (на каждые 8 блоков подрешеток) имеется специальный прибор жидкостного охлаждения (ПЖО), содержащий теплотехническое оборудование (насос, теплообменники, вентиляторы и др.) и электронные блоки [12].
В состав РЛМ кроме АФАР и 16 ПЖО входят блоки пространственно-временной обработки, управления и команд, синхронизации и контроля, управляющий компьютер и технологическое рабочее место [8, 11].
1.2.2. Особенности АФАР дециметровых и метровых диапазонов волн
АФАР перспективных РЛС дециметровых и метровых диапазонов волн, так же как и АФАР сантиметрового диапазона, строятся на основе ППМ, созданных по технологиям МИС на материалах GaAs или GaN.
Отличительными особенностями АФАР дециметровых и метровых диапазонов волн является увеличение расстояний между излучающими элементами в конструкции АФАР и, соответственно, уменьшение количества ППК в составе ППМ. Так, например, в разрабатываемой АФАР S-диапазона перспективной МФРЛС AN/SPY-6( V) корабля ПРО Aegis BMD (США) в составе блока подрешетки используются 6-канальные ППМ (по два 3-канальных субмодуля в каждом ППМ), расстояния между каналами составляют ~ 0,06 м (рис. 7).
Рис. 7. МФРЛС AN/SPY-6(V): вид одной грани МФРЛС (всего четыре грани); несущий каркас АФАР для размещения блоков подрешеток; один блок подрешетки (24 ППМ, один 6-канальный ППМ выдвинут)
По мере увеличения длины волны в перспективных РЛС количество ППК в составе ППМ уменьшается. В длинноволновой части дециметрового диапазона и в метровом диапазоне волн ППМ АФАР выполняются одноканальными.
С увеличением длины волны также снижается величина удельного тепловыделения на единицу поверхности АФАР, что позволяет в коротковолновой части дециметрового диапазона вместо жидкостного применять принудительное воздушное охлаждение ППМ, а в длинноволновой части дециметрового диапазона и в метровом диапазоне волн - естественное воздушное охлаждение.
Так, в АФАР VHF-диапазона модуля РЛ- М-М из состава РЛК «Небо-М» ППМ и источники питания к ним расположены возле каждого излучающего элемента, имеют естественное воздушное охлаждение и объединены в единый конструктивный элемент - столбец (рис. 8).
Рис. 8. Конструктивные элементы АФАР больших длин волн: 4-канальный ППМ L-диапазона (принудительное воздушное охлаждение); одноканальный ППМ VHF-диапазона (естественное воздушное охлаждение); элементы столбца АФАР РЛМ-М из состава РЛК «Небо-М»
Другой особенностью АФАР длинноволновой части дециметрового и метрового диапазонов волн является переход от гексагональной структуры размещения ППК на полотне антенны к размещению по прямоугольной сетке. Это обусловлено тем, что в настоящее время не существует достаточно надежных технологий свертывания конструкции большеразмерных антенн с гексагональной структурой.
Выполненный анализ построения перспективных АФАР различных диапазонов волн позволяет сделать вывод, что особенности и характеристики АФАР различных диапазонов волн определяются главным образом характеристиками и количеством ППК. В свою очередь, характеристики и возможное количество ППК АФАР зависят от используемой длины волны и ограничений по грузоподъемности шасси. Определим эти зависимости.
1.3. Определение зависимости характеристик АФАР от длины волны
Базовыми характеристиками, на основе которых выполняются все последующие расчеты для АФАР создаваемых РЛС войсковой ПВО, являются: Рк - средняя мощность излучения одного канала АФАР, mк - приведенная масса канала, Ск - приведенная относительная стоимость канала, η - КПД АФАР.
Для этих характеристик получены зависимости Рк(λ), mк(λ), Ск(λ), η(λ) при изменении длины волны в диапазоне 0,03-1 м. Перечисленные зависимости в виде средних значений и границ диапазона изменения (с вероятностью 90 %) представлены на рисунке 9.
Рис. 9. Зависимости Рк(λ), mк(λ), Ск(λ), η(λ), характеризующие технологические возможности создания АФАР перспективных РЛС войсковой ПВО
Зависимости получены на основе анализа имеющихся данных по конструктивным характеристикам 12-ти отечественных и зарубежных перспективных РЛС различных диапазонов волн. Кроме этого, при получении этих зависимостей учитывались данные по отечественной элементной базе, которая доступна (по ценовым параметрам и срокам создания) и может быть использована при создании АФАР перспективных РЛС войсковой ПВО.
Средняя мощность излучения канала Рк определяется характеристиками выходного усилителя мощности и особенностями его построения (например, применением LDMOS-технологии [13]), характеристиками и количеством каскадов предварительного усиления, используемым материалом (GaAs, GaN).
Полученная зависимость Рк(λ) является монотонно-возрастающей. Так, в Х-диапазоне волн элементная база, доступная для серийного производства ППК АФАР перспективных РЛС войсковой ПВО, позволяет создавать АФАР со значениями средней мощности излучения одного канала Рк = 2-9 Вт. С ростом длины волны значение средней мощности канала Рк существенно возрастает. В метровом диапазоне обеспечиваются значения Рк = 140220 Вт и более.
Показатели mк и Ск являются показателями полной массы и стоимости АФАР, приведенными (в долевом отношении) к одному каналу. При их определении учитывалась только аппаратура АФАР (в том числе и аппаратура системы охлаждения). Аппаратура радиолокационного модуля, не входящая в состав АФАР, для разрабатываемого вооружения войсковой ПВО считается максимально унифицированной для различных длин волн (см. [1]), а масса и стоимость этой аппаратуры (в рамках решаемой задачи формирования предварительного облика РЛС) - не зависящими от диапазона волн.
Так, приведенная масса канала mк представляет собой величину массы АФАР, приходящейся на один ППК. При этом учитывается масса собственно одного ППМ, а также масса общеканальных модулей блока подрешетки и его каркаса, масса аппаратуры объединения сигналов подрешеток, преобразователей питающего напряжения, системы охлаждения и другой общей аппаратуры АФАР, приходящаяся на один ППМ.
Полученная зависимость mк(λ) является монотонно возрастающей с двумя скачками снижения на ~15 и ~5 % в L и UHF-диапазонах волн, связанными с изменением типа системы охлаждения - с переходом, соответственно, от жидкостного на принудительное воздушное охлаждение и затем на естественное воздушное охлаждение. Для определенности последующих расчетов принято, что скачки функции mк(λ) происходят, соответственно, на длинах волн 0,23 и 0,7 м. (Значения длин волн, на которых возможен переход от одного типа системы охлаждения к другому, могут быть и другими, в зависимости от наличия соответствующих технологий.) Среднее значение функции mк(λ) изменяется от 0,6 до 13 кг.
Стоимость на этапе формирования облика является наиболее сложноопределяемым показателем создаваемой РЛС. Абсолютные значения стоимости зависят как от собственно технологических факторов создания РЛС, так и от производственных и других внешних факторов. Например, стоимость РЛС AN/TPY-2 в разные годы производства изменялась до 20 % (в зависимости от цены комплектующих, освоения технологий и наличия вложений в развитие производства) [4].
Постановка задачи формирования облика РЛС (1) в виде задачи минимизации стоимости позволяет исключить необходимость оценки абсолютных величин стоимости и учитывать только изменение стоимости АФАР (при изменении λ), обусловленное технологическими факторами, относительно некоторого базового уровня. В качестве такой начальной точки отсчета, относительно которой оценивается стоимость вариантов АФАР различных диапазонов волн, принята стоимость АФАР 3-сантиметрового диапазона. Особенности построения АФАР этого класса подробно рассмотрены выше.
Факторами, повышающими стоимость ППК в сантиметровом и коротковолновой части дециметрового диапазонов волн, являются затраты на системы жидкостного и принудительного воздушного охлаждения ППК АФАР. Вместе с тем анализ показал, что приведенная относительная стоимость ППК имеет тенденцию роста с увеличением длины волны, что обусловлено удорожанием усилительных элементов МИС, вторичных источников питания, а также введением АЦП в состав ППМ [14].
КПД АФАР η, определяемый как отношение средней излучаемой к средней потребляемой мощности АФАР, зависит от КПД и количества каскадов усиления мощности передающего канала, КПД источников питания (преобразователей напряжения) ППМ, блока подрешетки и всей АФАР и на порядок менее значимо - от КПД пассивных элементов канала передачи (аттенюаторов и фазовращателей), а также уровнем потребления электроэнергии другой аппаратурой АФАР. В связи с длинной цепью преобразований энергии и сравнительно невысоким КПД твердотельной излучающей элементной базы (по сравнению с электровакуумной) КПД твердотельных АФАР невысок, особенно на малых длинах волн. Так, КПД АФАР РЛС AN/TPY-2 разработки начала 2000-х годов составляет около 8 %.
Для твердотельной элементной базы, доступной для создания АФАР перспективной РЛС войсковой ПВО, КПД усилителей мощности характеризуется значениями от 25-40 % в сантиметровом диапазоне до 50-65 % в метровом диапазоне волн, при этом наибольшие значения КПД возможны при использовании GaN-материалов (см., например, патенты [15-17]). Соответственно, КПД АФАР по параметру λ монотонно возрастает от 11-20 % в Х-диапазоне до 30-50 % в UHF, VHF диапазонах волн.
Полученные зависимости Рк(λ), mк(λ), Ск(λ), η(λ) при появлении новых данных могут уточняться в части своих абсолютных значений. Однако выявленные общие тенденции, основанные на анализе конструктивных особенностей перспективных АФАР, останутся неизменными - это опережающий рост мощности излучения одного канала с увеличением длины волны λ при одновременном росте КПД АФАР против не столь значимого увеличения приведенной массы и стоимости канала. Эти тенденции позволяют сделать вывод о потенциальной предпочтительности длинноволнового диапазона волн перспективных РЛС по показателю мощности излучения.
На основе зависимостей Рк(λ), mк(λ), Ск(λ), η(λ) с учетом массогабаритных ограничений по шасси могут быть выполнены расчеты предельного количества ППК в составе создаваемой АФАР, предельных размеров плотна АФАР и предельной излучаемой мощности.
Предельное количество ППК nк в составе АФАР с учетом ограничений АФАР по массе mогр равно nк = mогр/mк
Зависимость предельного количества ППК nк(λ), рассчитанная исходя из ранее полученного ограничения по массе АФАР перспективной РЛС mогр = 8 т, приведена на рисунке 10.
Рис. 10. Предельное количество ППК в составе АФАР при тогр = 8 т
Площадь раскрыва антенны зависит от характера размещения элементов.
При размещении элементов в углах квадратов или равносторонних треугольников (квадратная или гексагональная структура решетки) площадь, приходящаяся на один излучающий элемент, вычисляется (см. [18]), соответственно, по формулам
где θмах - предельный угол отклонения луча от нормали в вертикальной (горизонтальной) плоскости, определяемый условием единственности луча.
Гексагональная структура является более предпочтительной с позиций минимизации количества элементов, приходящихся на единицу площади для обеспечения требуемого значения θмах. Однако такая структура неудобна при создании складных (свертываемых) антенных решеток.
График зависимости площади АФАР, приходящейся на один канал, от длины волны приведен на рисунке 11. При построении графика принято, что в диапазоне длин волн λ < 0,5 м используется гексагональная структура решетки, а при λ ≥ 0,5 м - квадратная, θмах = 45°.
Рис. 11. Площадь АФАР, приходящаяся на один канал
Площадь раскрыва антенны определяется как произведение количества ППК nк и площади, приходящейся на один канал Sк. С учетом ограничения на величину раскрыва антенны Sогр предельная площадь раскры- ва антенны Sа определяется как наименьшее из двух величин:
Sа = min{nкSк; Sогр},
где Sк принимает значение Sтр, или Sкв в зависимости от структуры решетки.
На рисунке 12 приведен график зависимости предельной площади раскрыва АФАР Sа(λ), рассчитанный с учетом ограничений по массе (mогр = 8 т) и по максимальной площади антенны (Sогр = 130 м2), размещаемой на мобильном шасси.
Рис. 12. Предельная площадь раскрыва антенны
Скачки функции Sа(λ) на рисунке 10 в точках λ = 0,23 и 0,7 м обусловлены изменением типа охлаждения ППК, а в точке λ = 0,5 м - изменением структуры решетки.
Для использования зависимости nк(λ) в дальнейших вычислениях ее необходимо пересчитать с учетом влияния на количество ППК ограничений по размеру антенны Sогр:
nк(λ) = Sа(λ)/Sк(λ).
Предельная средняя мощность излучения АФАР Ра определяется произведением количества ППК nк и средней мощности одного канала Рк с учетом ограничения на потребляемую мощность:
Ра = min{nкРк; Рогрη}.
На рисунке 13 приведен график изменения предельной мощности излучения АФАР с учетом ограничения Рогр = 350 кВт по мощности САЭС, применяемой на мобильном шасси.
Наличие функции предельного количества ППК nκ(λ) позволяет оценить изменение максимальной стоимости АФАР в зависимости от длины волны. Относительная максимальная стоимость АФАР (относительно стоимости базовой АФАР с длиной волны λб = 0,03 м) равна
График относительной максимальной стоимости АФАР приведен на рисунке 14.
Рис. 14. Относительная максимальная стоимость АФАР
Из графика Са(λ) следует, что с увеличением длины волны λ, несмотря на рост относительной стоимости канала Ск, благодаря опережающим темпам снижения количества ППК происходит существенное удешевление АФАР.
Монотонный в целом характер снижения функции Са(λ) позволяет сделать вывод, что решение оптимизационной задачи (1) в случае наличия нескольких альтернатив, удовлетворяющих заданным требованиям, находится в области более высоких значений длины волны.
Рассмотренных характеристик достаточно для вычисления показателей назначения, используемых в постановке задачи формирования облика РЛС (1). Другие характеристики АФАР (например, коэффициент шума kш) не имеют существенной зависимости от длины волны λ, значимой в рамках решения задачи предварительного формирования облика РЛС.
Дальнейший порядок решения задачи (1) основывается на вычислении показателей назначения РЛС в зависимости от длины волны и сопоставлении полученных результатов с требуемыми. Для наглядности порядок действий рассмотрим с одновременным выполнением числовых расчетов применительно к решению задачи формирования облика РЛС СО, размещаемой на командном пункте ЗРС дальнего действия (см. [1]), отмечая попутно особенности расчетов для других типов РЛС.
2. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАЗНАЧЕНИЯ РЛС С УЧЕТОМ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ЕЕ ОБЛИК
2.1. Оценка дальности действия РЛС
Дальность действия РЛС различного типа определяется произведением
RРЛС = R0 Кп.атм Кинт, (2)
где R0 - дальность действия РЛС в свободном пространстве (без учета влияния земной поверхности и затухания сигнала в атмосфере); Кп.атм, Кинт - соответственно коэффициент потерь энергии сигнала при распространении в атмосфере и интерференционный множитель земли.
Дальность действия РЛС в свободном пространстве по цели с эффективной площадью рассеивания (ЭПР) σц при согласованной обработке сигнала определяется формулой
где Gпер = ρ(4πSа/λ2) - коэффициент усиления антенны на передачу; τс - длительность сигнала (одиночного или пачки когерентных импульсов); kТ0 - произведение постоянной Больцмана на шумовую температуру антенны; kш - коэффициент шума приемного устройства; kр - коэффициент различения (заданное отношение «сигнал/шум»); kп - коэффициент суммарных потерь сигнала в РЛС при излучении и приеме; ρ - коэффициент использования раскрыва.
Показатели Ра, Sа, Gпер являются функциями длины волны λ. Предельные значения Ра(λ), Sа(λ), рассчитанные с учетом ограничений по шасси, определены выше. Показатель Gпер вычисляется по формуле
Gпер = ρ(4πSа/λ2)
Параметры kТ0, kш, kп для создаваемой РЛС СО, исходя из анализа особенностей ее построения, принимаются равными: kТ0 = 4×10-21 (Втхс), kш = 2,5 дБ; kп = 8 дБ.
Коэффициент различения связан с вероятностями ложной тревоги F и правильного обнаружения D:
Значения F, D выбираются, в том числе, с учетом анализа пропускной способности РЛС (см. ниже). Для создаваемой РЛС CO принято kр = 13 дБ, что соответствует выделению сигнала на фоне шумов с вероятностью ложной тревоги F = 10-6 при вероятности правильного обнаружения D ≈ 0,52.
Формула (3) позволяет определить наклонную дальность действия РЛС по цели, наблюдаемой под углом 0 относительно нормали к полотну ФАР. В зависимости от значения этого угла значение коэффициента ρ вычисляется по формуле:
ρ = ρ0cosθ,
где ρ0 - значение коэффициента использования раскрыва антенны при работе по нормали.
Для РЛС CO принято ρ0 = 0,7, предельное значение θ равно 45°.
Показатели τс, σц зависят от назначения РЛС. Для определенности будем считать, что основным назначением РЛС СО является обнаружение баллистических целей на дальностях Rтр = 300 км и более. Целями являются баллистические ракеты малой дальности и боеголовки ракет средней дальности. ЭПР целей в общем случае является функцией длины волны. Для БЦ рассматриваемого класса используем зависимость σц(λ), приведенную на рисунке 15 [4].
Рис. 15. Эффективная площадь рассеивания БЦ
Для обнаружения малоразмерных целей типа БЦ на больших дальностях необходимо увеличивать энергию сигнала, в том числе увеличивая его длительность. Однако увеличение длительности сигнала ограничено возможностью его когерентной обработки, а также допустимым временем стояния луча в одном угловом положении для обеспечения высокой пропускной способности РЛС. Из этих соображений для создаваемой РЛС СО принято τс = 1 мс.
Результаты расчетов дальности действия РЛС СО R0 в зависимости от длины волны при выбранных значениях конструктивно-технических параметров приведены на рисунке 16.
Коэффициент потерь энергии сигнала при распространении в атмосфере Кп.атм определяется известным соотношением [19-22]:
Кп.атм = ехр{–0,115βзат2Rп}, (4)
где βзат - коэффициент, характеризующий удельное затухание (в децибелах на километр) при распространении радиоволн в атмосфере в одном направлении; Rп - длина пути радиоволн при прохождении атмосферы в одном направлении (удвоение пути соответствует прохождению радиоволны в прямом и обратном направлениях).
Коэффициент затухания βзат как функция длины волны является известной величиной. В диапазоне длин волн от сантиметровых до дециметровых коэффициент βзат монотонно снижается, а при λ ≥ 0,5 м принимается равным нулю.
Вычислить длину пути радиоволн в атмосфере можно, задавшись толщиной атмосферы Натм и зная угол места цели ε.
Можно показать, что для шарообразной модели Земли радиуса Rз, покрытой равномерным слоем атмосферы толщиной Натм, длина пути в одном направлении выражается формулой
Более 80 % всей массы атмосферного воздуха сосредоточено в тропосфере. Толщина слоя тропосферы зависит от географической широты. В умеренных широтах она составляет 10-12 км. Исходя из этого, примем толщину атмосферы в умеренных широтах равной Натм ~ 12 км.
Графики зависимости длины пути от угла места цели и коэффициента потерь от длины волны для некоторых углов места цели, рассчитанные соответственно по формулам (5) и (4) для умеренных широт, приведены на рисунке 17.
Дальность действия РЛС с учетом потерь энергии сигнала в атмосфере определим как произведение
R0п.атм = R0Кп.атм.
Для рассматриваемой РЛС CO графики дальности действия R0п.атм(λ) на направлении нормали АФАР (0 = 0°) для различных углов места нормали приведены на рисунке 18.
Для РЛС CO характерна работа с большими углами места нормали АФАР (не менее 20°). При этом, как видно из рисунка 18, потери энергии сигнала в атмосфере незначительно сказываются на дальности действия РЛС.
При малых углах места нормали АФАР (единицы градусов), что характерно для РЛС НЛЦ, влияние затухания сигнала в атмосфере существенно влияет на дальность действия, особенно в X, C, S-диапазонах волн.
Кроме влияния атмосферы, на малых углах места, сравнимых с шириной луча, на дальность действия РЛС оказывает влияние интерференция прямой волны и волны, отраженной от поверхности Земли. Это влияние может быть учтено с помощью интерференционного множителя земли Кинт рассчитываемого по формуле [19-22]
где Нант - высота фазового центра антенной решетки; ε - угол места цели; р - коэффициент отражения волн, р ∈ [0, 1]; φ - изменение фазы волны при отражении от поверхности земли, φ ∈ [0, π].
Влияние интерференции волн наиболее существенно для РЛС НЛЦ, которые работают на малых углах места, и особенно - при больших длинах волн. Для РЛС СО это влияние зависит от характера траектории БЦ.
Для оценки особенностей работы РЛС СО по БЦ, имеющим различные траектории, выполнено построение зон действия двух РЛС СО (работающих, соответственно, на длинах волн λ = 0,77 и 0,03 м) и двух траекторий БЦ (БРСД с дальностями полета, соответственно, Lп = 1000 и 3500 км) в вертикальной плоскости, проходящей через нормаль РЛС (рис. 19).
Рис. 19. Сечения зон действия двух вариантов РЛС СО (с λ = 0,03 и 0,77 м) и траектории двух целей класса БРСД
Зоны действия рассчитаны по формуле (2) в угломестном секторе 0,3-75° при угле места нормали 45°; параметры интерференционного множителя земли приняты равными р = 1, φ = π.
Траектории целей построены для случая полета по оптимальной программе (на максимальную дальность). Для расчетов использовались модели, приведенные в [4].
РЛС, работающая на длине волны 0,77 м, имеет максимальную дальность действия ~400 км. Для 3-сантиметровой РЛС дальность действия существенно меньше (не более ~190 км), к тому же велики потери сигнала при малых углах места (однако, как будет показано далее, достигается высокое разрешение целей).
Из рисунка 19 видно, что при полете БРСД по оптимальной программе углы входа целей в зоны действия РЛС СО находятся в пределах 45-60°. Согласованно с этим углы места нормалей антенн приняты равными 45°.
В нижней части зоны дальность действия снижается ввиду потерь энергии сигнала и уменьшения коэффициента использования раскрыва антенны. На λ = 0,77 м ширина луча в нижней части зоны составляет ~10°, при этом в пределах луча, направленного вдоль земли, имеются значительные интерференционные лепестки. За счет интерференционных лепестков возможно обнаружение БЦ малой дальности (на дальностях до 500-700 км) на восходящем участке траектории (в барьерной зоне) с последующей пролонгацией их движения.
Для последующих вычислений пропускной способности создаваемой РЛС оценены скорости входа целей в зону действия РЛС. На дальности 300 км они составили ~2,4 км/с для БЦ с Lп = 1000 км и ~5 км/с для БЦ с Lп = 3500 км.
Проведенные расчеты дополняются трехмерным представлением зон действия РЛС СО и траекторий целей, действующих с различных азимутальных направлений (рис. 20). Зоны действия РЛС построены по формулам и на основе исходных данных, приведенных выше. Ширина азимутального сектора каждой РЛС СО принята равной 90°. Траектории целей построены с использованием моделей [4].
Рис. 20. Трехмерное представление зон действия двух РЛС СО по двум целям класса БРСД
В целом приведенные формулы и порядок их применения позволяют оценить соответствие возможных вариантов РЛС, работающих на различных длинах волн, предъявляемым требованиям по дальности действия.
Применительно к рассматриваемой РЛС CO при требуемой дальности действия Rтр = 300 км решение задачи (1) находится в диапазоне длин волн от λ = 0,25-1 м с предпочтением (по критерию минимума стоимости) более длинным волнам.
Oкончaτельный выбор варианта РЛС может быть сделан по результатам оценки разрешающей способности, точности и пропускной способности РЛС.
2.2. Расчет разрешающей способности и точности оценки параметров цели
Разрешающая способность РЛС оценивается по следующим формулам [19]:
-
по угловым координатам (по углу места ε или азимуту β, в общем случае - по углу Θ) при использовании антенны на передачу и прием [19, с. 283]:
где La - линейный размер раскрыва антенны в плоскости рассматриваемого угла; Θ - величина углового отклонения направления приема сигнала от нормали;
ΔR = с/(2 · Δf)
где с - скорость света; Δf- полоса сигнала;
ΔV = λ/(2 · τс).
Для привязки показателя разрешающей способности РЛС по дальности к длине волны перепишем его в виде
ΔR = λ/(2 · kf),
где kf = Δf/fс - отношение полосы пропускания приемника к несущей частоте сигнала. Для перспективных РЛС коэффициент kf лежит в диапазоне kf = 0,05-0,1.
Точность измерения параметра цели (среднеквадратичное отклонение) прямо пропорционально разрешающей способности РЛС по этому параметру и обратно пропорционально корню из величины отношения «сигнал/ шум» (q), при которой производится измерение, с некоторым коэффициентом пропорциональности, зависящим от особенностей обработки сигнала. Для оценки потенциальной точности измерения угловой координаты, дальности и радиальной скорости цели соответственно могут использоваться формулы [19, с. 328, 331]:
Oτношение «сигнал/шум» с учетом потерь сигнала в атмосфере может быть определено из формул (2), (3):
q = q0 · Кп.атм4,
где 
- отношение «сигнал/шум» без учета влияния атмосферы.
Применительно к рассматриваемой РЛС CO графики зависимости максимально возможной величины q от длины волны λ на направлении нормали АФАР на дальности Rтр для различных углов места нормали приведены на рисунке 21.
Результаты расчета показателей разрешающей способности и точности оценки параметров цели приведены на рисунке 22.
Показатели разрешающей способности РЛС CO по угловым координатам и точность оценки угловых координат рассчитаны на направлении нормали (угол Θ = 0°). Размер раскрыва антенны определен исходя из ее площади: La = Sa1/2. Разрешающая способность РЛС CO по дальности оценена исходя из значения коэффициента kf = 0,05.
Следует обратить внимание на слабую зависимость точности оценки параметров цели от длины волны (при создании АФАР максимальной массы, значение которой ограничено грузоподъемностью шасси, и фиксированных значениях параметров сигнала). Такое поведение показателей точности определяется увеличением отношения сигнал/шум с ростом длины волны вследствие выявленной ранее тенденции роста отношения «средняя мощность ППК/масса ППК».
Необходимо отметить, что рассчитанные показатели разрешающей способности и точности оценки параметров цели являются предельно-достижимыми. На практике следует ожидать худших значений, однако тенденция зависимости показателей от длины волны сохранится.
2.3. Оценка пропускной способности РЛС
Пропускная способность РЛС определяется временем обзора заданного сектора пространства. Размер осматриваемого сектора равен произведению угломестного и азимутального центральных углов ΔΕ×ΔΒ. Количество угловых положений луча в секторе обзора с коэффициентом перекрытия лучей Кпер.л можно оценить по формуле
Nл = ΔE · ΔB/(Δε · Δβ · Кпер.л2),
где Δε, Δβ - разрешение РЛС соответственно по углу места и азимуту (определяется по формуле (6)).
Чистое время обзора сектора (при отсутствии задержек обзора на завязку трасс целей, их сопровождение и отработку ложных тревог) равно
Тч.обз = ТлNл,
где Тл - время стояния луча в одном угловом направлении.
Величина Тл может быть определена исходя их необходимости обнаружения цели на заданной дальности Rтр:
Тл = 2Rтр/C,
при этом она не должна быть меньше, чем длительность сигнала τс.
В процессе обзора выполняется оценка дальности, а в некоторых случаях - и по скорости обнаруженных целей. Количество ячеек дальности и скорости определяется, соответственно, по формулам
Nяч.R = (Rтр – Rн)/ΔR, Nяч.V = (Vтр – Vн)/(ΔV · Кпер.V),
где Rн, Vн - начальные значения диапазонов наклонной дальности и радиальной скорости соответственно; Vтр - заданное значение максимальной радиальной скорости обнаруживаемых целей (для РЛС СО выше получено Vтр~ 5 км/с); Кпер V - коэффициент перекрытия фильтров скорости.
Общее количество тестируемых ячеек дальности и скорости на наличие цели составляет
Nяч = Nл Nяч.RNяч.V
Обзор пространства осуществляется тестированием ячеек на превышение порога обнаружения. Порог обнаружения может быть превышен с вероятностью F за счет шумового выброса (событие «ложная тревога»). Общее количество ячеек, в которых при обзоре пространства произойдет «ложная тревога», составляет
Nяч.лт = NячF.
На отработку ложных тревог затрачивается некоторое время, в связи с чем обзор замедляется. Суммарные затраты времени на проверку всех ложно сработавших ячеек составляют
Тлт.сум = NячТлт,
где Тлт - время отработки одной ложной тревоги.
Время Тлт определяется используемым критерием завязки трасс. Можно показать, что для наиболее распространенных критериев завязки трасс («два из двух», «три из четырех при обязательном втором») время на отработку ложной тревоги может быть принято равным времени стояния луча:
Тлт = Тл
Время обзора заданного сектора пространства с учетом возможных задержек на отработку ложных тревог равно
Тобз.лт = Тч.обз + Тлт.сум
Время обзора заданного сектора также увеличивается на время, затрачиваемое на сопровождение уже обнаруженных целей.
Увеличение времени на сопровождение целей вычисляется рекурсивно. Можно показать, что общее время обзора заданного сектора с учетом затрат времени на сопровождение Nсц целей при этом равно
Тобз = Тобз.лт /(1 – Kсц),
где коэффициент Kсц = Nсцτсц/Тсц; Тсц - период обращения РЛС к сопровождаемой цели; τсц - время выполнения операций сопровождения одной цели в одном угловом положении луча.
Результаты расчета времени обзора для РЛС СО приведены на рисунке 23. Расчеты выполнены для сектора размером 75×90 град2 в диапазоне дальности 20-300 км. Предполагается, что для завязки трасс используется критерий «два из двух», вероятность ложной тревоги F = 10-6; одновременно с обзором осуществляется сопровождение 10 целей с периодом обращения к цели Тсц = 1 с и временем на операцию сопровождения цели при каждом обращении к ней τсц = 1 мс.
3. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ОБЛИКА РЛС
Все полученные аналитические соотношения для расчета основных показателей назначения РЛС представляют собой функции одной общей независимой переменной - длины волны, что обеспечивает возможность графического решения оптимизационной задачи формирования облика РЛС (1). Для решения задачи (1) необходимо построить графики показателей назначения, рассчитанные с использованием конкретных значений учитываемых переменных, характеризующих РЛС, и отобразить ограничения, накладываемые на показатели назначения. Результатом решения задачи (1), вследствие выявленной ранее монотонно убывающей зависимости стоимости АФАР от длины волны (рис. 14), являются наибольшее значение длины волны в области допустимых значений показателей назначения и соответствующие количественные значения учитываемых конструктивно-технических параметров РЛС.
Так, для рассматриваемой РЛС СО, основными задачами которой являются обзор пространства в заданном секторе размером 75×90 град2 за время не более 2 с, обнаружение баллистических целей на рубеже Rтр = 300 км и оценка их параметров с установленными требованиями по разрешающей способности и точности, рассчитанные графики показателей назначения представлены на рисунке 24.
Рис. 24. Oсновные показатели назначения РЛС CO и их ограничения
Для заданных по отдельным показателям требований, приведенных на графиках, решение лежит в диапазоне длин волн ~0,65-0,8 м. По критерию минимума стоимости наилучшим решением является создание РЛС СО с длиной волны 0,8 м. Этот вариант РЛС СО характеризуется следующими основными конструктивно-техническими параметрами: средняя мощность одного ППМ ~150 Вт, приведенная масса ППМ ~11,2 кг, количество ППМ в составе АФАР - 592, площадь раскрыва антенны - 130 м2, относительная стоимость АФАР (относительно АФАР с λ = 0.03 м) ~0,08, средняя мощность излучения ~89 кВт, полоса сигнала ~20 МГц, потребляемая РЛС мощность ~400 кВт. Обеспечение приведенных значений средней мощности ППМ при ожидаемом уровне КПД АФАР η = 35-40 % и воздушном охлаждении элементов решетки предполагает использование в ППМ GaN-материалов.
В случае если требования, накладываемые на показатели назначения, не могут быть удовлетворены, следует оценить возможность корректировки требований. Например, для РЛС СО сужение сектора обзора позволяет практически в той же пропорции в длинноволновой части рассматриваемого диапазона частот сократить время обзора.
Возможно также принятие различных неформализуемых конструктивных решений. Например, неудовлетворительная разрешающая способность обзорной РЛС СО, работающей в диапазоне метровых волн, может быть компенсирована за счет стрельбовой МФРЛС сантиметровых волн, дополняющей зону действия РЛС СО, как показано на рисунке 17.
Сформированный таким образом вариант облика РЛС следует считать первичным, требующим дальнейшей проработки.
Задачами проработки являются уточнение конструктивно-техническими параметров за счет применения различных конструктивных решений. Например, увеличение количества приемных каналов при снижении количества приемопередающих каналов (которые дороже приемных каналов) позволяет в рамках достигнутых показателей назначения, при некотором увеличении приемной апертуры, обеспечить снижение стоимости АФАР.
Важнейшим вопросом, также требующим дальнейшей проработки в рамках сформированного облика РЛС, является обеспечение помехозащищенности РЛС в заданных условиях функционирования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предлагаемая методика формирования облика радиолокационных станций различного назначения создаваемой системы вооружения войсковой KBO представляет собой комплекс взаимоувязанных аналитических соотношений, позволяющих оценить влияние основных конструктивных и внешних факторов на показатели назначения РЛС и выбрать решение, удовлетворяющее заданным требованиям при минимальных затратах на его реализацию.
Oсобенносτью методики является привязка всех рассматриваемых показателей к одной общей независимой переменной - длине волны РЛС, что обеспечивает возможность графического сопоставления вариантов и наглядность выбора лучшего решения.
В основу методики положены зависимости базовых показателей приемо-передающих модулей АФАР от длины волны, полученные на основе анализа особенностей построения перспективных РЛС с АФАР и обобщении известных данных по различным ППМ. На основе полученных зависимостей и с учетом массогабаритных ограничений, накладываемых на мобильные перспективные РЛС войсковой ПBO, предложены соотношения для расчета основных показателей назначения РЛС.
Предлагаемая методика позволяет выработать первоначальный вариант облика РЛС, подлежащий дальнейшей проработке с целью уточнения используемых конструктивных решений и дополнения не учтенных в методике факторов.
Авторы: Друзин С.В., Горевич Б.Н.
Материал предоставлен для публикации журналом "Вестник концерна ВКО "Алмаз - Антей"
Высокую награду за работы в сфере обороны и безопасности получили семь представителей предприятий и организаций, входящих в 
15 ноября 2013 года в 
- тензор напряжений; δ - символ Кронекера.
- полная энтальпия; выражение 
· SM характеризует работу внешних сил; SM, SE - источниковые члены для импульса и энергии соответственно.
- оператор Гамильтона; 
- тензорное произведение; w -молекулярная масса газа; p - давление газа; ρ - плотность газа; μ – коэффициент динамической вязкости газа; λ - коэффициент теплопроводности газа; h - энтальпия; 
- вектор скорости набегающего потока; t - время; R0 -универсальная газовая постоянная.
- скоростной напор; V -
для УБЛ минус 40 дБ и углом отклонения основного лепестка равным минус 20°.
, слагаемые которой можно представить линейными функциями от высоты неоднородности h:
- набег фазы на пустом участке волновода.
, а также поточная система координат с ортонормиро-ванным базисом 
, где орт 
направлен вдоль вектора скорости АЦ, орт 
направлен перпендикулярно v и его направление совпадает с направлением действия подъемной силы, орт 
дополняет тройку до правой. Для того чтобы обеспечить прохождение АЦ через некоторую контрольную точку, необходимо, чтобы векторы текущего и потребного направлений оказались сонаправленными. Реализуется это с помощью поворота вектора текущего направления в сторону вектора потребного направления до их совмещения.
- вертикальный орт земной системы координат; 
- единичный вектор, направленный вдоль направления действия подъемной силы.
- орты системы координат (рис. 4).
и b = 
и представляют собой фиксированные ненулевые величины.
от величины нагрузки на ступень, предварительно полученных на основе статистических данных. Далее выполняется расчет адиабатического КПД всего компрессора ηк* или турбины ηт* с использованием параметров термодинамического цикла. Подробно метод расчета максимально возможного КПД основных узлов двигателя изложен в 
, представленную на рисунке 1. Дополнительными исходными данными для расчета являются приведенный расход воздуха Gв прц и температура торможения Твх* на входе в ступень. Для одноступенчатого центробежного компрессора Gв прц = Gв прц0, Твх * - задано. Для замыкающей ступени осецентробежного компрессора Gв прц = Gв пр(z), Твх*= Тст*(z). При этом расчет адиабатического КПД ступени существенно упрощается:
охл ст(s) = f (Твх*) на охлаждение одной ступени турбины приведены в 
охлс(s) = 0.
— За последнее десятилетие войсковая ПВО претерпела существенные изменения, в первую очередь, связанные с совершенствованием боевого состава, поставкой современных и разработкой перспективных образцов вооружения.
Генеральный директор Концерна Я.В. Новиков:
Президент России В.В. Путин:
Исходя из соотношений величин в выражении (3), при Rвх ~100 Ом:
- вектор скорости набегающего потока; Δ - оператор Лапласа.
- тензор напряжений; 
- оператор Г амильтона; 
- тензорное произведение; 
- градиент скалярной функции φ(χ, y, z); 
- дивергенция векторной функции 
(x, y, z); μ - коэффициент динамической вязкости газа; p - давление газа; δ - символ Кронекера.
- полная энтальпия; T - температура; выражение 
· SM характеризует работу внешних сил SM, SE - источниковые члены для импульса и энергии соответственно.
и пульсационной F' компонент:
, а Δt - шаг интегрирования, достаточно большой по сравнению с характерным периодом турбулентных пульсаций, чтобы процедура осреднения не зависела от времени.
- скоростной напор; Cx - коэффициент продольной силы; S - характерная площадь ЛА.
Реализация проекта позволит освободить территории площадью более 40 га, в том числе и в историческом центре города
ФНПЦ "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" (
По словам генерального директора СЗРЦ концерна ПВО «Алмаз-Антей» 
Кимовский радиоэлектромеханический завод (к слову, стоящий на самой высокой точке Русской возвышенности) вот уже полвека является градообразующим предприятием для Кимовска. Традиционная продукция КРЭМЗа — автоматизированные системы управления для различных родов войск. Разработки ведутся конструкторами и технологами завода в содружестве с ГСКБ «Алмаз-Антей». Всего изделий более 50, по некоторым позициям КРЭМЗ — единственный поставщик для Минобороны, например, это комплексы средств автоматизации ротного звена «Фундамент» У предприятия в России — около 300 деловых партнеров. Главный из них, конечно, Минобороны, которое устраивает качество и надежность изделий. Известна в стране и гражданская продукция кимовчан, в частности, уникальные газовые котлы пульсирующего горения мощностью 100 кВт и 400 кВт.
Высокопрофессиональные кадры, прежде всего, рабочих специальностей сегодня необходимы всем предприятиям оборонной отрасли и, в первую очередь, Нижегородскому машиностроительному заводу, как наиболее динамично развивающемуся предприятию, потому что объем заказов в последнее время увеличивается, а это значит, что растет количество рабочих мест. Так, в 2013 году объем реализации выпускаемой продукции мы увеличили более чем в 1,5 раза по сравнению с 2012 годом. А в планах на 2014 год — рост этого показателя более чем на 30%, что, естественно, потребует увеличения числа рабочих мест.
Два дочерних предприятия 
В рамках реализации проекта строительства Северо-Западного регионального центра (СЗРЦ) 
В рамках реализации проекта строительства 
Заместитель генерального прокурора Российской Федерации Александр Гуцан посетил Северо-Западный региональный центр (СЗРЦ) 
ЗРК Тор-М2Е экспортируются в Азербайджан, Беларусь, Украину, Китай, Венесуэлу и Иран. Более ранние версии (М1) экспортировались также в Грецию, на Кипр и в Египет.
Наименование: Открытое акционерное общество «Ижевский электромеханический завод «Купол» (ОАО "ИЭМЗ "Купол")
9 октября 2013 года 
В Федеральной службе по военно-техническому сотрудничеству отмечают большой интерес зарубежных стран к новой зенитной ракетной системе С-400 «Триумф» и не исключают, что ее первым зарубежным покупателем может стать Китай.
В декабре 2013 года состоялось награждение коллектива разработчиков 
Концерн ПВО "Алмаз- Антей"
Сегодня, 21 июня, правительство Санкт-Петербурга и участники инновационного территориального кластера специального машиностроения и электроники «Северо-Западный региональный центр» заключили соглашение о сотрудничестве. Документ подписали губернатор Санкт-Петербурга Георгий Полтавченко и заместитель генерального директора 
ОАО 
На полигоне Капустин Яр в Астраханской области Министерству обороны РФ были переданы еще два полковых комплекта зенитно-ракетных систем ПВО С-400 "Триумф", сообщили "Интерфаксу" в четверг в управлении пресс-службы и информации 
В канун Нового года - на день раньше прогнозировавшегося срока - прекратил баллистическое существование отработавший российский спутник "Молния-3-45", сообщили в среду "Интерфаксу-АВН" в Информационно-аналитическом центре 
С 26 по 28 сентября в ОАО «ГСКБ «Алмаз-Антей» состоялась IV научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО», посвященная 105-летию со дня рождения академика А.А. Расплетина.
Сохранить интеллектуальное богатство людей, работающих в ГСКБ многие годы, восстановив связь поколений и привлекая молодых специалистов, – вот задача номер один для руководства предприятия. В коллектив ГСКБ приходят молодые ученые, инженеры. Перенимая опыт у мэтров, сохраняя и приумножая традиции расплетинской школы, они создают высокоточную технику 21 века.
В нынешнем году состоится много интересных экспозиций. Россия станет активным участником «модных» показов военной техники, предназначенной на продажу.
Мировой опыт в области международных военных конфликтов последнего десятилетия показывает, что во всех случаях нападающая сторона для достижения своих целей делала ставку на применение средств воздушного нападения: самолетов тактической авиации, крылатых ракет и высокоточного оружия (ВТО).
Системы ПВО являются одной из главных составляющих современной военной машины, обеспечивающих ее устойчивость в условиях постоянного совершенствования авиатехники и вооружения. Заместитель генерального директора 
Концерн ПВО "Алмаз-Антей" в рамках создания единой промышленной площадки на территории Обуховского завода планирует реконструировать принадлежащий ему Обуховский спортивный центр, находящийся в саду "Спартак" за 2,4 млрд рублей. Учитывая масштаб проекта и существующие обременения на территории сада, аналитики не рассчитывают на его скорую окупаемость, однако уверены, что проект будет нести социальную нагрузку и может быть популярен.
ОАО «Восточное оборонное предприятие „Гранит“» (ВОП «Гранит») — советское/российское военно-промышленное предприятие, выполняющее работы по монтажу, стыковке, вводу в эксплуатацию, доработке и техническому обслуживанию сложных образцов вооружения и военной техники (ВиВТ) на местах дислокации и на полигонах Министерства обороны России.
О предприятии. История
Для решения задач по вводу в эксплуатацию первой зенитно-ракетной системы противовоздушной обороны Москвы и московского промышленного района 21 февраля 1952 года, Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР при заводе № 304 было создано отдельное монтажное управление (СМУ-304) впоследствии: СМУ МОСНХ, ГПТП, ПО «Гранит», ОАО «ГПТП «Гранит», ОАО «ГНПО «Гранит», в настоящее время ОАО «Головной центр сервисного обслуживания и ремонта Концерна ПВО «Алмаз-Антей» «Гранит» (ОАО «ГЦСО ПВО «Гранит»). Впервые в стране специалистами предприятия была разработана технология внедрения уникальных радиоэлектронных систем в местах их дислокации.
Открытое акционерное общество «Завод радиотехнического оборудования» (ОАО "ЗРТО")
Открытое акционерное общество "Лантан" (ОАО Лантан) образовано в 1991 году.
ОАО «Машиностроительный завод имени М. И. Калинина» (МЗиК, ЗиК) — российское промышленное предприятие — производитель военной техники. Входит в ОАО "Концерн ПВО «Алмаз-Антей».
ОАО «Муромский завод радиоизмерительных приборов» одно из крупных современных предприятий страны, входит в состав ОАО «Концерн ВПО «Алмаз-Антей» ,выпускает сложную радиоэлектронную аппаратуру высокого качества, и является головным предприятием по выпуску наземных радиолокаторов обнаружения низколетящих целей. Продукция завода – радиолокационные станции обнаружения воздушных целей, радиолокационные системы посадки самолетов.
Открытое акционерное общество «НИИ измерительных приборов – Новосибирский завод имени Коминтерна» (ОАО «НПО НИИИП-НЗиК») является предприятием, выпускающим радиолокационные станции обнаружения для зенитно-ракетного комплекса С300, С400, а также наземные радиолокационные запросчики системы Пароль, которые поставляются как в интересах Вооружённых сил РФ так и на экспорт. Общество обладает мощной материально-технической базой: конструкторско-технологической документацией, парком оборудования, технологической оснасткой специальным полигоном для проведения испытаний.
ОАО «НПО „Лианозовский электромеханический завод“» (НПО «ЛЭМЗ») — головное предприятие российского научно-производственного центра «Утес-Радары».
Научно-производственное объединение «Правдинский радиозавод» является одним из ведущих предприятий радиоэлектронной промышленности России.
Открытое акционерное общество "Научно-технический центр" Государственного Комитета по оборонным отраслям промышленности было создано Постановлением Правительства Российской Федерации от 30.04.1993 г. №403, в качестве головной организации для предприятий промышленности, участвующих в модернизации единой системы организации воздушного движения Российской Федерации (ЕС ОрВД). В 2002 г. в состав предприятия вошли научные подразделения ОАО "Научно-исследовательский институт экономики и информации по радиоэлектронике" (ОАО "НИИЭИР"), бывшего головным институтом в области стратегии развития радиопромышленности. В настоящее время ОАО "Научно-технический центр промышленных технологий и аэронавигационных систем (ОАО "НТЦ Промтехаэро") является системным институтом, головным в радиоэлектронной промышленности.
Открытое акционерное общество «Особое конструкторское бюро «Пеленг» (ОКБ «Пеленг») - одно из ведущих предприятий в России в области проектирования систем управления среднего звена авиации и систем метеорологического обеспечения межвидового применения.
Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" (ОАО "РИРВ") был образован с целью разработки и создания системы единого времени высокой точности, средств дальней радионавигации, квантовой электроники на основе атомно-молекулярных стандартов частоты, а также аппаратуры потребителей навигационных систем и систем единого времени.
ОАО "РПТП "Гранит" выполняет работы по монтажу, стыковке, вводу в эксплуатацию, доработкам и техническому обслуживанию сложных образцов вооружения и военной техники (В и ВТ) на местах дислокации и на полигонах Министерства обороны. ОАО "РПТП "Гранит" является головным предприятием по сервисному обслуживанию В и ВТ войсковой ПВО ВС РФ и осуществляет организацию и координацию работ свыше 70 предприятий-соисполнителей по техническому обслуживанию и ремонту около 30 образцов В и ВТ.
Новую портативную радиолокационную станцию (РЛС) разведки и наведения "Фара-1" тестируют разведчики мотострелкового соединения Южного военного округа в ходе полевого выхода на учебном полигоне Прудбой (Волгоградская обл.).
Пятеро молодых специалистов
"
"Мы стремимся учитывать потенциальные потребности заказчиков, предлагая, в частности, ЗРК "Тор-М2Э" и "Бук-М2Э" в различных вариантах, которые могут в большей степени адаптироваться к запросам конкретных покупателей (с учетом специфических географических и климатических условий стран), - подчеркнул Новиков. - 
3 октября 2014 года свой 55-летний юбилей отмечает