Пространственно-частотная модуляция зондирующих сигналов в РЛС с плоской активной ФАР

Введение. Многополосные и многочастотные сигналы находят широкое применение в радиолокации. Использование активных фазированных антенных решеток (ФАР), имеющих в каждом пространственном канале приема свой передатчик и приемник, открывает дополнительные возможности для скрытной работы РЛС, что повышает ее помехозащищенность и электромагнитную совместимость. В статье исследуется энергетическая скрытность РЛС с многочастотным зондирующим сигналом с пространственно-частотной модуляцией в плоской многоэлементной ФАР по срав нению с аналогичным многочастотным сигналом без дополнительной пространственной модуляции.
Цель работы. Анализ характеристик направленности и энергетической скрытности в режиме излучения многополосного эквидистантного по частоте квазинепрерывного сигнала РЛС с плоской приемо-передающей активной ФАР (АФАР) при использовании дополнительной пространственно-частотной модуляции.
Материалы и методы. Анализ скрытности выполняется с помощью классического энергетического приемника (ЭП) с входным фильтром и амплитудным детектором. Для получения характеристик скрытности в пространстве азимутальных углов и углов места используется компьютерное моделирование работы РЛС и ЭП, а также аппарат функций неопределенности (ФН) во временной, частотной и пространственной областях. Рассматриваются реальные сигналы с квазинепрерывным излучением и низкой скважностью.
Результаты. С помощью компьютерной модели построены угловые зависимости интенсивности сигналов в накопительном фильтре ЭП для РЛС с ФАР без пространственной модуляции и с пространственной модуляцией. Получены оценки выигрыша в уровне сигнала, поступающего на вход накопительного фильтра ЭП при различных расположениях на частотной оси многополосного сигнала относительно центральной частоты накопительного фильтра. Анализ производился при полном и половинном совпадении спектра сигнала с полосой фильтра ЭП. Для трех видов сигналов получены количественные соотношения в среднем уровне сигнала в накопительном фильтре ЭП. Сравнение энергетической скрытности РЛС с пространственной модуляцией и обычной РЛС с аналогичным по энергетике и числу полос многочастотным зондирующим сигналом проводилось при полной идентичности основных параметров сигналов и ФАР. В статье приводится структурная схема РЛС с многополосным сигналом и АФАР, а также структурная схема каналов приема, соответствующая технологии MIMO.
Заключение. Проведенные исследования подтвердили возможность и эффективность введения дополнительной пространственной модуляции многополосного сигнала в РЛС с АФАР для повышения скрытности ее работы. Предложенная структура формирования и обработки сигнала с пространственно-частотной модуляцией технологична и может быть реализована на современной элементной базе цифровой схемотехники.

1. Principles & Applications of Random FM Radar Waveform Design / S. D. Blunt, J. K. Jakabosky, C. A. Mohr, P. M. McCormick, J. W. Owen, B. Ravenscroft, C. Sahin, G. D. Zook, C. C. Jones, J. G. Metcalf, T. Higgins // IEEE Aerospace & Electronic Systems Magazine. 2020. Vol. 35, № 10. P. 20–28. doi: 10.1109/MAES.2019.2953763

2. Пискунов А. В., Литвинов Н. Н., Энверов А. И. Применение частотно-фазоманипулированных сигналов в целях повышения скрытности излучения РЛС // Вестн. Концерна ВКО "Алмаз–Антей". 2023. № 2. С. 11–18.

3. Levanon N., Mozeson E. Radar signals. New Jersey: John Wiley &Sons, 2004. 432 p.

4. Ипатов В. П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов. Принципы и приложения. М.: Техносфера, 2007. 487 с.

5. Основы проектирования многопозиционных декаметровых РЛС пространственной волны / В. М. Кутузов, А. В. Бархатов, А. В. Безуглов и др.; под ред. В. М. Кутузова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2012. 191 с.

6. Volkov V. Yu. Investigation of the Characteristics of a Frequency Diversity Antenna System // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems, St Petersburg, Russia, 03–07 June 2024. IEEE, 2024. Art. № 10564608. doi: 10.1109/WECONF61770.2024.10564608

7. Volkov V., Avramenko A., Nguyеn V. A. Investigation of the Characteristics of a Frequency Diversity Array Antenna // Communications in Computer and Information Science. 2024. Vol. 2112. P. 53–67. doi: 10.1007/978-3-031-60318-1_5

8. Кутузов В. М., Ипатов В. П., Овчинников М. А. Пространственно-частотная модуляция зондирующих сигналов РЛС с ФАР // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2025. Т. 28, № 4. С. 57–72. doi: 10.32603/1993-8985-2025-28-4-57-72

9. Морская радиолокация / В. И. Винокуров, В. А. Генкин, С. П. Калениченко и др.; под ред. В. И. Винокурова. Л.: Судостроение, 1986. 256 с.

10. Радиоэлектронные системы и комплексы. Ч. 1 / В. И. Веремьев, Е. Н. Воробьев, А. А. Коновалов и др. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2022. 156 с.

11. Приемопередающие модули АФАР СВЧ-диапазона / В. А. Иовдальский, А. Г. Далингер, И. А. Соколов, М. С. Карасев; под ред. А. А Борисова. М.: КУРС, 2025. 200 с.

12. Кутузов В. М., Ипатов В. П., Соколов С. С. Оценка энергетической скрытности РЛС с пространственно-временной модуляцией зондирующего сигнала // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27, № 6. С. 30–43. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-6-30-43

13. Хансен Р. С. Фазированные антенные решетки / пер с англ.; под ред. Синани. 2-е изд. М.: Техносфера, 2012. 566 с.

14. Фомин Д. М., Жилина Т. Е. Моделирование в MATLAB/Simulink и SCILAB/Scicos / под ред. П. В. Пакшина; Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р. Е. Алексеева. Н. Новгород, 2011. 289 с.

15. Кутузов В. М., Май Тунг Зыонг, ЖанБертранд Баражегетера. Пространственно-временная модуляция зондирующего сигнала на основе функций Уолша в РЛС с ФАР // Сб. докл. Всерос. науч.-практ. конф. "Мультимодальные технологии мониторинга и телекоммуникаций (МТМТ'25)", Санкт-Петербург, 01–03 окт. 2025. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2025. С. 29–34.