10 января, 2007

РЛС “Противник-Г”- ломка стереотипов

До этого ННИИРТ имел успешный опыт  разработки мощных двухкоординатных станций метрового диапазона волн. В 1975 г. им была разработана трехкоординатная РЛС 5Н69, использующая один из самых распространенных в радиолокации диапазонов 1200-1400 МГц. Фактически это был первый выпущенный серийно отечественный трехкоординатный локатор, ставший этапным для РТВ ПВО.

В РЛС "Противник-Г" используется так называемый одновременный (параллельный) обзор пространства с заданным распределением в вертикальной плоскости излучаемой энергии.
Фото: Анатолий ШМЫРОВ

Специалисты-эксплуатационники радиолокационного вооружения получили принципиально новую технику, отличающуюся многочисленными новациями. В конструкции РЛС 5Н69 практически воплотились передовые для последней трети ХХ в. технические решения. Эта станция стала одной из первых отечественных и зарубежных РЛС с частотным качанием луча и управляемым распределением энергетики в вертикальной плоскости.

Благодаря зеркальной антенне с большим вертикальным раскрывом и волноводно-щелевому облучателю в РЛС формировался очень узкий луч в вертикальной плоскости, пространственное положение которого в этой плоскости определялось несущей частотой зондирующего сигнала. Для защиты от активных шумовых и пассивных помех в РЛС использовалась система корреляционной автокомпенсации.

В РЛС 5Н69 был реализован целый ряд перспективных технических решений по адаптивному зонообразованию, стабильным показателям качества радиолокационной информации  и достигнуты высокие тактико-технические характеристики (ТТХ). В РТВ впервые увидели, что такое микросхемы, интегральные узлы и модули, функционирование которых обеспечивалось низковольтным питающим напряжением. До 5Н69 для построения аппаратуры, в основном, использовались электровакуумные приборы, навесной монтаж. Блочно-модульное исполнение аппаратуры 5Н69 с точки зрения эксплуатации явилось подлинным прорывом.

В РЛС была реализована разветвленная автоматизированная система контроля работоспособности. Достаточно высокими оказались и эргономические показатели РЛС. Условия обитаемости, освещение, отопление и кондиционирование воздуха – во всем этом 5Н69 отличалась от предшественников в лучшую сторону. Сопрягаясь с перспективными и стоящими на вооружении РТВ средствами автоматизации, РЛС 5Н69 обеспечивала информацией АСУ ПВО.

Преимущество большей информативности локатора особенно проявлялось при работе по высокоскоростным маневрирующим воздушным объектам (ВО). Локатор мог обнаруживать цели и измерять их пространственные координаты на самых дальних рубежах (на средних и больших высотах – до 450 км). 5Н69 устойчиво сопровождала аэродинамические цели и некоторые классы оперативно-тактических баллистических ракет, поэтому РЛС  была использована в создаваемой в то время системе ПВО Москвы и Центрального промышленного района СССР.

Однако эти возможности РЛС были достигнуты за счет сложного многоканального построения и большого объема аппаратуры, реализованной на ИМС малой степени интеграции. В каком-то смысле эта станция опередила свое время. Конечно, необходимо было срочно начать цикл работ по внутрисерийной модернизации станции, направленной на упрощение, уменьшение объема аппаратуры, повышение надежности и технологичности в производстве. Но на постановку таких работ, видимо, не хватило ни должной целеустремленности и настойчивости разработчика, ни терпения и прозорливости заказчика.

В связи с этим РЛС 5Н69 не стала массовой и, как показали последующие события, отечественная военная радиолокация надолго осталась без хорошо развитого ряда станций боевого режима в традиционном локационном диапазоне частот. Об этом в статье "Локатор – "Мастодонт" (журнал "Воздушно-космическая оборона" № 6 (19) 2004 с. 26-29) со знанием дела написал М. Демченко, в прошлом начальник РЛС 5Н69.

"С началом эксплуатации 5Н69 в войсках стало понятным, что именно это направление в вооружении РТВ – наиболее перспективное... Сам факт, что эти комплексы уже более двадцати лет продолжают находиться на позициях и выполнять возложенные на них задачи, говорит о многом. До недавнего времени они были просто незаменимы. Вот почему инженерно-технический состав РТВ и промышленность продлевали жизненный цикл 5Н69 как могли. По многим своим ТТХ радиолокатор до сих пор уникален и, с точки зрения боевых возможностей, неплохо смотрится даже сегодня. Хотя вряд ли полностью соответствует характеру и динамике современной войны с применением высокоточного оружия".

За счет применения цифровой антенной решетки РЛС в "Противник-Г" достигнуты уникальная помехозащищенность и точность измерения координат.
Фото: Анатолий ШМЫРОВ

В последующий после создания РЛС 5Н69 период институт выполнил ряд НИР по поиску путей дальнейшего развития этого направления, получивших реальное воплощение в созданной в 1997 г. РЛС "Противник-Г" (главный конструктор доктор технических наук Лейких М.А., 1946-2002 гг.).  Ее рождению предшествовал цикл обширных исследований, целью которых являлся поиск путей повышения электромагнитной скрытности и принципов построения мобильной РЛС повышенной скрытности и помехозащищенности.

Результатом выполнения этих работ стало создание комплексного макета трехкоординатной РЛС на базе цифровой антенной решетки (ЦАР) с режимом повышенной скрытности работы. Правильность принципов построения перспективной РЛС с высокими характеристиками обнаружения, измерения координат и помехозащищённости подтвердилась в процессе лётных испытаний комплексного макета, проведённых с мая по октябрь 1989 г. на полигоне Капустин Яр.

Эти испытания явились хорошим фундаментом для начавшейся в 1991 г. опытно-конструкторской работы по созданию трехкоординатной РЛС боевого режима, предназначенной заменить выработавшую свой ресурс РЛС 5Н69.

Разработка и изготовление опытного образца РЛС "Противник-Г" пришлись на сложные годы обвала экономики страны, галопирующей инфляции, разрушения устоявшихся кооперационных связей предприятий. Тем не менее, уже в 1996 г. изготовление опытного образца РЛС в основном завершилось и начались его заводские испытания. В разработке РЛС за все эти годы участвовало огромное число специалистов и рабочих не только института, но и многочисленных предприятий-соисполнителей. К созданию современной, во многом уникальной станции причастны ученые и инженеры Нижнего Новгорода, Москвы и других городов России. Весьма плодотворным было и сотрудничество с военными.

РЛС "Противник-Г" относится к классу современных мобильных трехкоординатных локаторов боевого режима с расширенной зоной обнаружения аэродинамических и баллистических целей с потолком по высоте до 200 км, углу места – до 45  и предельными дальностями до 400 км, повышенной точностью измерения координат, разрешающей способностью и высокой помехозащищенностью от активных, пассивных и комбинированных помех с гибкой адаптацией к воздушной и помеховой обстановке. Совокупность высоких ТТХ, эксплуатационных параметров, наличие эффективной системы жизнеобеспечения при высокой степени автоматизации работы позволяют рассматривать РЛС в качестве межвидовой, а также как средство двойного назначения, применяемое в интересах ПВО и Служб управления воздушным движением.

Станция предназначена для:

обнаружения воздушных целей, определения координат (дальности, азимута, высоты) и сопровождения самолетов стратегической и тактической авиации, авиационных ракет типа АСАЛМ, малоразмерных малоскоростных летательных аппаратов;

распознавания классов целей;

определения государственной принадлежности ВО;

пеленгации постановщиков активных шумовых помех (АШП);

выдачи радиолокационной информации для наведения истребительной авиации и целеуказания зенитным ракетным комплексам при работе в составе автоматизированных и неавтоматизированных подразделений ПВО ВВС;

отображения индивидуальной и полетной информации по своим воздушным объектам на рабочих местах операторов (РМО) РЛС и выносных устройств, получаемой в системах СТРАЖ (ПАРОЛЬ) для обеспечения безопасности полетов своей авиации, а также отображения путевой скорости ВО и информации превышения (принижения) высоты полета истребителя и цели (по запросу оператора).

По основным ТТХ – помехозащищенности, точности измерения координат, производительности, характеристикам распознавания, времени развертывания и приведения в боевую готовность РЛС "Противник-Г" превосходит все ныне эксплуатируемые отечественные станции такого класса и не уступает лучшим зарубежным аналогам.

Аппаратура РЛС разработана на современной отечественной элементной базе, позволившей минимизировать объем аппаратуры и ее энергопотребление.
Фото: Анатолий ШМЫРОВ

РЛС "Противник-Г" представляет собой высокоавтоматизированный радиотехнический комплекс, в котором использованы самые передовые достижения в области радиолокации, вычислительной техники, конструкторско-технологических решений и отечественной элементной базы. За счет применения ЦАР достигнуты уникальная помехозащищенность и точность измерения координат.

В РЛС реализованы эффективные средства адаптации к помеховой обстановке и техническому состоянию изделия, что существенно повышает его боевую эффективность. Компьютеризация обеспечила новый уровень технического обслуживания РЛС, документирования и высокое качество отчётной информации. Основные эксплуатационные характеристики РЛС – время наработки на отказ, уровень автоматизации при развёртывании и боевой работе также соответствуют самым высоким требованиям и заметно выделяют ее в существующем ряду отечественных станций боевого режима. Перечисленные преимущества по ТТХ и эксплуатационным характеристикам проверены в реальных условиях и полностью подтверждены на исследовательских учениях "Оборона-2000".

Получение высоких характеристик в РЛС кругового обзора связано с правильным выбором способа обзора пространства в угломестной плоскости. В РЛС "Противник-Г" используется так называемый одновременный (параллельный) обзор пространства с заданным распределением в вертикальной плоскости излучаемой энергии. По углу места в каждом зондирующем импульсе формируется широкая диаграмма направленности (ДН) на передачу и веер узких лучей на прием.

В отличие от последовательного такой способ обеспечивает требуемую зону обнаружения и достаточно высокие точности измерения азимута и угла места ВО при наличии помех различного рода – АШП, дипольных (пассивных), комбинированных, помех из-за отражений от "местных" предметов и гидрометеообразований ("ангелов") и др. – без использования специальных режимов работы. Это существенным образом упрощает эксплуатацию станции в боевых условиях.

Одной из самых сложных задач, стоящих перед современными РЛС, является задача одновременного обнаружения высокоскоростных (V > 1 км/с) баллистических ракет и малоскоростных, малоразмерных летательных аппаратов. Пролетное время ракет в зоне обнаружения даже высокопотенциальной РЛС составляет несколько десятков секунд. Для того, чтобы за это время не только обнаружить, но и завязать трассу, выдать информацию целеуказания на огневые средства, необходимо иметь регулярную зону обзора во всём диапазоне ожидаемых углов места, высот, дальностей.

Обзор пространства по азимуту осуществляется путем электромеханического вращения антенны с переключаемыми двумя постоянными скоростями.
Фото: Анатолий ШМЫРОВ

Обнаружение и сопровождение малоскоростных ВО серьезно затрудняют мешающие отражения от гидрометеобразований, характерных для дециметрового диапазона волн. Реализованный в РЛС способ обзора пространства, а также измерение радиальной скорости позволяет уже при первом обнаружении определить цель. В дальнейшем с учетом измеренной скорости и направления движения цели в автоматическом режиме производится завязка трассы и сопровождение. Обзор пространства по азимуту осуществляется путем электромеханического вращения антенны с переключаемыми двумя постоянными скоростями.

Для сопровождения ракет, летящих по баллистической траектории, в РЛС предусмотрен режим управления формой ДН на передачу и прием. Такое гибкое зонообразование повышает боевые возможности РЛС. Реализуется это качество аппаратурно-программными методами.

За счет большего вертикального размера полотна антенна РЛС "Противник-Г" имеет достаточно большую высоту фазового центра. Это обеспечивает сравнительно высокие параметры обнаружения маловысотных ВО с высокой точностью измерения угла места. А подняв антенну на стандартную вышку типа 64Н6, РЛС можно эксплуатировать  даже в лесных массивах.

К другим отличительным особенностям, повышающим боевую эффективность станции, можно отнести:

сверхнизкий уровень боковых лепестков и фона ДН антенны, обеспечивающий наряду с высокой помехозащищенностью лучшие условия для электромагнитной совместимости;

адаптацию способов обработки сигналов к помеховой обстановке и техническому состоянию локатора;

высокую точность измерения угла места и высоты, в частности, на малых углах места;

высокоэффективную цифровую селекцию движущихся целей (СДЦ) с элементами структурной адаптации (автоматическим выбором параметров и структуры ее организации), осуществляемую во всей зоне видимости и обеспечивающую устойчивую проводку ВО в интенсивных гидрометеообразованиях;

адаптивное подавление боковых лепестков ДН антенны;

возможность выдачи информации потребителям в автоматическом режиме одновременно в два адреса;

вывод необходимой информации на многоцветный широкоформатный дисплей телевизионного типа, обеспечивающий возможность работы в освещённом помещении;

автоматическое формирование карты местных предметов и пассивных помех;

высокую степень автоматизации боевой работы (обнаружение, сопровождение, съём координат, определение государственной принадлежности, распознавание класса ВО, документирование, выдача информации внешним потребителям) и технического обслуживания;

наличие автоматизированной системы контроля и поиска неисправностей аппаратуры, полного документирования информации по контролируемой радиолокационной обстановке и техническому состоянию локатора, поддержки решений оператора в конфликтных ситуациях, имитации и тренажа;

выносное индикаторное устройство с дополнительными РМО, размещаемое в помещении пользователя на расстоянии до 1000 м от РЛС;

возможность автоматической топопривязки и ориентирования с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

РЛС состоит из антенно-аппаратного и аппаратного комплексов, размещенных на одном шасси, системы автономного электроснабжения (дизельной электростанции) и поставляемого в тарной упаковке выносного устройства с четырьмя РМО. Электроснабжение станции многовариантно. При автономном электропитании используются входящая в состав РЛС дизельная электростанция, возможна работа от промышленной электросети, либо в комбинированном варианте.

Развертывание АС из транспортного положения в рабочее с высокой точностью установки заданного угла наклона полотна антенны и свёртывание выполняется гидравлической системой за малое время. РЛС может развертываться на площадке размерами до 25х25м без какой-либо специальной подготовки позиции.
Фото: Анатолий ШМЫРОВ

Антенная система РЛС состоит из антенн каналов локации, компенсации АШП и определения государственной принадлежности, объединенных единым пространственным каркасом. Антенны всех каналов пространственно совмещены в плоскую антенную решетку. Из транспортного положения в рабочее АС за ~ 4 мин. разворачивается с помощью гидравлических механизмов.

Антенна канала локации представляет собой фазированную антенную решетку из горизонтальных приемо-передающих линеек полуволновых вибраторов, изготовленных по печатной технологии, которая не требует их индивидуальной регулировки, обеспечивает малые потери на прием и передачу и высокую фазовую стабильность. Уникальные для мобильных станций боевого режима пространственные характеристики ДН обеспечивают высокую защищённость РЛС от АШП.

Каналы локации и компенсации наряду с антенными линейками включают в себя  приёмные устройства с цифровыми выходами. Вся дальнейшая обработка принимаемых сигналов производится цифровыми методами с использованием аппаратных и программируемых средств РЛС. Это исключает необходимость настроек и регулировок аппаратуры при штатной эксплуатации и техническом обслуживании станции.

Передающее устройство сконструировано на базе импульсного клистрона пакетированной конструкции с высоким КПД. Аппаратура передатчика охвачена системой фазовой автоподстройки, обеспечивающей необходимую амплитудно-фазовую стабильность зондирующего сигнала.

Система первичной обработки информации включает в себя аппаратуру пространственно-временной обработки сигналов. Амплитудно-фазовая цифровая автоподстройка всех приемных каналов значительно повышает точность измерения координат и эффективность защиты от помех различного типа.

Аппаратура пространственной обработки формирует 21 луч, 20 из которых используются для перекрытия угломестной зоны с требуемой точностью измерения угла места, один – для канала картографирования.

Средства адаптации РЛС к внешней помеховой обстановке включают в себя устройства картографирования и измерения частот Доплера, СДЦ и защиты от АШП с использованием каналов автокомпенсации и стабилизации уровня ложных тревог, селекции "ангелов", анализа помеховой обстановки и выбора режима перестройки несущей частоты. Адаптация к техническому состоянию самой РЛС дает возможность эффективно использовать аппаратурный резерв. Алгоритмы адаптации к внешней помеховой обстановке с формированием карты помех, анализом АШП и выбором режима перестройки несущей частоты обеспечивают высокую степень помехозащищенности.

Важнейшим качеством работы всех средств адаптации является то, что в условиях отсутствия помех они не ухудшают основные ТТХ.

Система вторичной обработки информации обеспечивает автоматическую селекцию отметок по амплитуде и радиальной скорости, завязку трасс ВО и сопровождение одновременно до 150 различных ВО, в том числе постановщиков активных помех и ВО с баллистическими траекториями. В РЛС осуществляется распознавание до 8 классов ВО по совокупности траекторных и сигнальных (ЭПР) признаков.

Для эффективной эксплуатации РЛС не требуется высокая квалификация расчета вследствие минимального числа режимов работы, высокой степени автоматизации аппаратуры и небольшого числа органов управления.
Фото: Анатолий ШМЫРОВ

Для отображения радиолокационной информации, управления режимами работы РЛС и выполнения штатной работы в состав станции могут входить 6 одинаковых по своим функциональным возможностям РМО. Два из них расположены в кабине аппаратного комплекса и 4 – в выносном устройстве, которое может быть удалено от РЛС на расстояние до 1 км.

Захват целей на сопровождение возможен как в автоматическом – в назначенных оператором зонах завязки трасс, так и полуавтоматическом режимах с вводом координат обнаруженного каналом первичной обработки ВО. В процессе автосопровождения оператор может вводить требуемые корректуры по трассе.

Для уменьшения вероятности завязки ложных трасс возможно оперативное назначение зон бланкирования автоматического обнаружения и отмена бланкирования в стробах сопровождения ВО. Заданный уровень ложных трасс при сопровождении групповых целей типа СКР АСАЛМ, пускаемых сериями, обеспечивается и в режиме автосопровождения.

Для эффективной эксплуатации РЛС не требуется высокая квалификация расчета вследствие минимального числа режимов работы, высокой степени автоматизации аппаратуры и небольшого числа органов управления. Часть режимов адаптации к помеховой обстановке (автокомпенсация, выработка карт областей, пораженных отражениями от местных предметов и дипольных помех, работа СДЦ) включаются автоматически.

Встроенная автоматизированная система контроля и документирования (ВАСК) локализует неисправности аппаратуры РЛС с точностью до системы, шкафа, блока, субблока, ячейки. Непрерывный контроль технического состояния и локализация неисправностей выполняется по контрольным точкам с охватом до 98% аппаратуры РЛС.

Методы контроля текущего технического состояния РЛС приближены к методам контроля аппаратуры на соответствие ТУ, тем самым повышена информативность и достоверность по сравнению с допусковым контролем параметров. Программное обеспечение ВАСК содержит базу данных по техническому обслуживанию (ТО), ремонту, размещению ЗИП. Это позволяет оперативно получать необходимую информацию, сокращает время ТО и ремонта.

Система контроля и документирования обеспечивает оперативную информационную поддержку действий оператора, а также документирование и последующее воспроизведение на экране РМО эпизодов боевой работы.

Аппаратура сопряжения обеспечивает возможность совместной работы с большинством эксплуатируемых и перспективных КСА по трассовой, аналоговой и цифровой информации. Возможна одновременная работа с потребителями в два адреса. Встроенная учебно-тренажная аппаратура позволяет проводить автономный и комплексный (в составе подразделений) тренаж и обучать операторов боевой работе в условиях  воздушной обстановки различной сложности с числом ВО до 150, имитируемых на различных дальностях, азимутах и высотах полета в условиях помех и при их отсутствии.

Система обеспечения тепловых режимов, кондиционирование воздуха на рабочих местах операторов создают комфортные условия и позволяют эксплуатировать РЛС в различных климатических и метеорологических условиях. Фильтровентиляционные устройства надежно защищают расчет от воздействия оружия массового поражения. Система противопожарной защиты охватывает все составные части станции.

Аппаратура РЛС разработана на современной отечественной элементной базе, позволившей минимизировать объем аппаратуры и ее энергопотребление. В составе цифровой аппаратуры широко используются БИС и СБИС высокой (4 и 5) степени интеграции, микропроцессорные комплекты, сверхбольшие интегральные схемы ОЗУ и ПЗУ. В аппаратуре обработки применено около 450 цифровых толстопленочных микросборок АЛУ.

Вся электронная аппаратура  выполнена с использованием унифицированных базовых несущих конструкций по схеме "ячейка-блок-шкаф". Аппаратура антенно-аппаратного комплекса содержит набор одинаковых приемных блоков-модулей и излучающих элементов, изготовленных по технологии печатного монтажа.

Развертывание АС из транспортного положения в рабочее с высокой точностью установки заданного угла наклона полотна антенны и свертывание выполняется гидравлической системой за малое время. РЛС может развертываться на площадке размерами до 25х25м без какой-либо специальной  подготовки позиции.

В результате исследовательских испытаний "Оборона-2000" не только подтвердились высокие ТТХ РЛС, но и выявились ее преимущества в условиях интенсивных организованных помех над специализированными РЛС по обнаружению и сопровождению различных целей, в том числе маловысотных.

В ходе испытаний проверена помехозащищенность РЛС при воздействии одновременно с интенсивными АШП дипольных помех с эквивалентной плотностью до 6 пачек на 100 м пути. Обнаружение, захват на сопровождение и проверка целей в указанных условиях выполнялись устойчиво и без какого либо ухудшения точности и трассовых характеристик, независимо от высоты полета и характера маневров целей.

В ходе массированных ударов СВН, проведенных в сложной помеховой обстановке с экстремально мощными организованными активными и пассивными помехами при интенсивных отражениях от гидрометеообразований и неблагоприятных климатических условиях (высокая температура, ливневые дожди с грозами) РЛС "Противник-Г" оказалась основным радиолокационным средством информационного обеспечения подразделений радиотехнических войск и обеспечила выполнение поставленной боевой задачи. Как отмечает руководство радиотехнических войск, "…станция способна выполнять боевые задачи в условиях интенсивных помех по различным классам целей и подтвердила заданные на нее ТТХ…".

Опыт разработки трехкоординатных РЛС в дециметровом диапазоне успешно используется сегодня в Нижегородском НИИ радиотехники. А принципы построения РЛС "Противник-Г" получили дальнейшее развитие и воплощение в других разработках предприятия.