Следствием влияния поражающих факторов оружия на радиотехнические системы (РТС) является появление повреждений в виде вмятин, пробоин и прогибов антенно-фидерных трактов. Указанные повреждения рассматриваются как нерегулярности антенно-фидерных трактов, которые являются источником амплитудно-фазо-частотных искажений широкополосных сигналов РТС. При этом наиболее существенно проявляются гармонические искажения фазы широкополосных сигналов как результат интерференции, падающей и отраженной от нерегулярности волн. Следствием искажений является деформация фазочастотного спектра широкополосных сигналов на выходе согласованного фильтра, изменение формы и амплитуды автокорреляционной функции широкополосных сигналов.
В связи с этим представляет интерес оценка изменения автокорреляционной функции широкополосных сигналов в зависимости от степени повреждения антенно-фидерных трактов и определение компенсационных мер по результатам фазовых возмущений – корректирующего метода адаптации РТС к влиянию повреждений антенно-фидерного тракта.
Материалы и методы исследования
В случае гармонического фазового возмущения вида 
выходной широкополосный сигнал согласованного фильтра определяется выражением
(1)
где υ0(t) – автокорреляционная функция искаженного широкополосного сигнала;
– функции Бесселя;
β0 – скорость частотной девиации.
Во временной области широкополосный сигнал представляет сумму неискаженного сигнала и расположенных симметрично от него парных эхо, удаленных от центрального пика автокорреляционной функции на величину 
[1]. Частота искажений равна 
. Число осцилляций m фазы в диапазоне изменения частоты 
можно определить по фазовой скорости Vph и расстоянию lirreg до нерегулярности 
. При 
парные эхо располагаются в районе первого минимума сжатого широкополосного сигнала [2]. Для современных РТС величина m составляет 5–10 % от значения несущей частоты, а длина открыто расположенных АФТ lATS может достигать десятков метров. Отсюда следует, что наиболее вероятные значения m будут располагаться в диапазоне 0,5–10. При этом для максимальных значений m парные эхо будут располагаться на значительном удалении от центрального пика автокорреляционной функции широкополосных сигналов и не будут маскировать отметки от близкорасположенных целей. По этой причине наибольший интерес представляет оценка изменений автокорреляционной функции широкополосных сигналов при m = 0,5 … 3.
Результаты исследования и их обсуждение
В [3] приведена оценка изменений автокорреляционной функции сигнала для значения m = 0,5 и фиксированных величин коэффициентов отражения волны для двух нерегулярностей в антенно-фидерных трактах. Полученные результаты необходимо дополнить расчетом автокорреляционной функции широкополосных сигналов для других значений m и изменяемых величин коэффициентов отражения.
Максимальное значение фазового возмущения можно оценить по фазочастотной характеристике (ФЧХ) усилительного элемента сверхвысокой частоты (СВЧ), нагруженного на антенно-фидерные тракты с нерегулярностями (то есть с повреждениями) [4]:
(2)
где K – коэффициент передачи усилителя по напряжению; 
– произведение модулей коэффициентов отражения от соответствующих нерегулярностей (повреждений) антенно-фидерных трактов; αATS – постоянная затухания в антенно-фидерных трактах.
При условии равенства величины К единице в формуле (2), рассчитанный по формуле (1) уровень боковых лепестков для m = 2,3 в зависимости от величины Р или коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН или Ksw) для различных степеней повреждения антенно-фидерных трактов и с учетом весовой обработки составил 0,3 при Ksw = 10. Ухудшение отношения сигнал – шум в случае безвесовой обработки для значений m = 2,3 составляет примерно 4 дБ.
В соответствии с критериями ухудшения, принятыми в [2, 5], диапазон изменений КСВН Ksw и соответствующие им повреждения по степени увеличения уровня боковых лепестков следует разделить на три участка – слабые, сильные и очень сильные.
Расчет автокорреляционной функции для случая непериодических гармонических искажений (m = 0,5) показал, что при четной функции фазового возмущения уровень центрального пика с ростом Ksw снижается, импульс расширяется и при больших значениях Ksw расщепляется пополам.
При этом уровень боковых лепестков автокорреляционной функции широкополосных сигналов возрастает на 1,6 дБ, а центральный пик снижается на 1 дБ. На уровне 0,7 импульс расширяется на 50 %. В случае нечетной функции фазового возмущения происходит смещение центрального пика автокорреляционной функции широкополосных сигналов по оси времени на величину, пропорциональную Ksw или φmax/π. Нарушение симметрии центрального пика автокорреляционной функции широкополосных сигналов сопровождается перераспределением энергии и возрастанием уровня правого бокового пика на величину до 2 дБ.
Таким образом, нерегулярности, возникающие в антенно-фидерном тракте при его повреждении в результате воздействия поражающих факторов оружия, приводят к росту уровня боковых лепестков автокорреляционной функции широкополосных сигналов и изменению её формы. При этом в силу случайного характера степени и места повреждения антенно-фидерных трактов РТС, различные по характеру фазовые возмущения порождают различные деформации автокорреляционной функции сигнала. Анализ результатов расчета приводит к выводу о необходимости адаптивной коррекции искажений автокорреляционной функции широкополосных сигналов по результатам фазовых возмущений, вызванных в том числе и повреждениями антенно-фидерных трактов.
Пути адаптации РТС к повреждениям антенно-фидерного тракта
В этих целях предлагается устройство [6], структурная схема которого представлена на рис. 1. Изображенный на рис. 1 автоматический корректор амплитудно-частотной характеристики антенно-фидерного тракта РТС содержит: направленный НО1 и ненаправленный НО2 ответвители, линии задержки (ЛЗ1 и ЛЗ2), вентили (В1 и В2), дисперсионный анализатор спектра (ДАС), дискретизатор (Диск.) с n-выходами, запоминающее устройство (ЗУ), электронный коммутатор (К), формирователь управляющих сигналов (ФУС), управляемые входы согласователя (УВхС), собственно согласователи (Соглас.).
Рис. 1. Структурная схема корректора амплитудно-частотной характеристики антенно-фидерного тракта с повреждениями
Принцип работы автоматического корректора основывается на внесении согласователями (Соглас.) в фазочастотную характеристику антенно-фидерного тракта фазочастотных поправок по сигналам управления, вырабатываемым в формирователе управляющих сигналов (ФУС) устройством сравнения одноимённых n кодовых спектральных посылок искаженного в частично повреждённом антенно-фидерном тракте и неискаженного излучаемых сигналов. В качестве согласователей используются n электрически управляемых взаимных фазовращателей на основе сегнетоэлектриков.
Время срабатывания устройства (40–50) мкс и определяется как
T = 2τc + τизм + τАФТ + τcраб,
где τc – длительность зондирующего сигнала;
τизм – время измерения и преобразования спектра сигнала;
τАФТ – время прохождения зондирующего сигнала в тракте СВЧ;
τcраб – время срабатывания согласователей.
Автоматический корректор амплитудно-частотной характеристики антенно-фидерного тракта с повреждениями работает следующим образом.
Рассмотрим сначала случай коррекции амплитудно-частотной характеристики при малых искажениях сигнала антенно-фидерным трактом. Этот случай поясняется эпюрами (рис. 2) напряжений при использовании сигнала в виде радиоимпульса с прямоугольной формой огибающей.
Сверхвысокочастотный генератор в момент времени t0 прихода импульса запуска формирует опорный сигнал (рис. 2, (1) а), который со входа антенно-фидерного тракта через направленный ответвитель НО1 и вентиль В1, который может быть включен для улучшения развязки, поступает на вход дисперсионного анализатора спектра ДАС. На вход ДАС в момент времени t2 поступает также сигнал с выхода антенно-фидерного тракта через ненаправленный ответвитель НО2, первую линию ЛЗ1 задержки и вентиль В2, который может быть включен для улучшения развязки (рис. 2, (1) г). При этом момент времени t2 = t0 + τизм + τс, где τизм – время, необходимое для обработки сигнала в измерителе (в составе последовательно соединённых ДАС, Диск. и ЗУ) с учетом переходных процессов, τс – длительность опорного сигнала, а время задержки первой линии ЛЗ1 задержки равно τЛЗ1 = (τс – τАФТ) + τизм, где τАФТ – время задержки сигнала антенно-фидерным трактом. За время (t2 – t0) с выхода дисперсионного анализатора спектра ДАС на вход дискретизатора (Дискр.) поступает спектр опорного сигнала (рис. 2, (1) б). На выходе дискретизатора (Дискр.) образуется N амплитудных значений каждой из N частотно-временной дискреты в цифровом коде (рис. 2, (1) в), которые поступают в запоминающее устройство (ЗУ). С выхода запоминающего устройства (ЗУ) в момент времени t1 = t0 + τизм спектр опорного сигнала в цифровом коде поступает через электронный коммутатор (К) на вход второй линии (ЛЗ2) задержки. Аналогичным образом, в момент времени t3 = t2 + τизм = = t0 + τс + 2τизм начинает формироваться спектр сигнала, прошедшего антенно-фидерный тракт и через электронный коммутатор (К) поступает на 1, ..., N входы формирователя управляющих сигналов (ФУС) (рис. 2, (1) д, е). В этот же момент времени τ3 спектр опорного сигнала, задержанный второй линией (ЛЗ2) задержки на время τЛЗ2 = τс + τизм, поступает на (N + 1,..., 2 N) входы формирователя управляющих сигналов (ФУС) (рис. 2, (1) ж).
Формирователь управляющих сигналов (ФУС) настроен так, что при малых искажениях сигнала, а следовательно, и его спектра антенно-фидерным трактом амплитуды N дискрет на (1, ..., N) входах ФУС равны амплитудам соответствующих N дискрет на (N + 1,..., 2N) входах ФУС. Поэтому напряжение на выходе ФУС, а следовательно, и на выходе управляемых входах согласователя (УВхС) равно нулю (рис. 2, (1) и рис. 2, (2)), т.е. напряжение на управляющих входах блока N согласователей отсутствует и все согласователи (фазовращатели) остаются в исходном положении и коррекции амплитудно-частотной характеристики антенно-фидерного тракта не происходит.
Рассмотрим теперь случай коррекции амплитудно-частотной характеристики при больших искажениях сигнала антенно-фидерным трактом. Данный случай поясняется эпюрами рис. 2, (2) также при использовании сигнала в виде радиоимпульса с прямоугольной формой огибающей. Формирование спектров опорного сигнала и сигнала, прошедшего антенно-фидерный тракт, происходит аналогично рассмотренному выше случаю (рис. 2, (1) а – е), однако из-за больших искажений сигнала, амплитуды N дискрет на (1, ..., N) входах ФУС существенно отличаются от амплитуд соответствующих N дискрет на (N + 1,..., 2N) входах ФУС (рис. 2, (2) е и 2, (2) ж). Поэтому на выходе ФУС появляется напряжение (рис. 2, (2) з) в цифровом коде, пропорциональное разности амплитуд соответствующих – дискрет сравниваемых спектров, под действием которого управляемые входы согласователя (УВхС) выработает N управляющих напряжений таких величин и полярностей (рис. 2, (2) и) при которых последующая перестройка согласователей (фазовращателей) приводит к полному или частичному устранению искажений спектра сигнала, прошедшего антенно-фидерный тракт.
Предлагаемое устройство позволяет также устранить рассогласование между нагрузкой (антенной) и антенно-фидерным трактом, если параметры нагрузки изменяются.
Достоинством предлагаемого устройства является возможность коррекции фазочастотной и амплитудно-частотной характеристик антенно-фидерных трактов РТС в широкой полосе частот при наличии повреждений в виде вмятин и прогибов в элементах антенно-фидерных трактов.
Вместе с тем появление пробоин на элементах антенно-фидерных трактов (рис. 3) может привести к неоправданному увеличению потерь, связанных с паразитным излучением электромагнитной энергии.
Для существенного снижения последних предлагается адаптировать антенно-фидерный тракт РТС к механическим повреждениям в виде пробоин. При этом указанная адаптация заключается в восстановлении основных параметров частично повреждённого антенно-фидерного тракта до уровня, приближающегося к исходному уровню – неповреждённого антенно-фидерного тракта РТС (рис. 4).
Одним из путей такой адаптации является создание антенно-фидерных трактов РТС, открыто расположенная пассивная часть которых покрывается однослойными или многослойными оболочками, обладающими способностью самовосстанавливать электродинамические параметры антенно-фидерных трактов в местах осколочных и пулевых пробоин.
(1) (2)
Рис. 2. Эпюры напряжений, поясняющие принцип работы автоматического корректора амплитудно-частотной характеристики соответственно для случаев малых (1) и больших (2) искажений сигнала антенно-фидерным трактом
Рис. 3. Внешний вид элемента антенно-фидерного тракта с повреждением в виде пробоины в широкой стенке волновода
Рис. 4. Внешний вид неповреждённого элемента антенно-фидерного тракта
Простейшее устройство с элементами адаптации состоит из (рис. 5) металлического волновода 1 произвольной конфигурации, покрытого снаружи токопроводящей, эластичной оболочкой 2, обладающей способностью затягивать образующиеся в результате осколочно-пулевого воздействия механические пробоины и тем самым восстанавливать в местах повреждений электродинамические свойства антенно-фидерных трактов [7].
Рис. 5. Вид поперечного сечения предлагаемой конструкции элемента антенно-фидерного тракта: 1 – металлический волновод произвольной конфигурации; 2 – токопроводящая, эластичная оболочка, обладающая способностью затягивать образующиеся в результате осколочно-пулевого воздействия механические пробоины
Форма внешней токопроводящей оболочки 2 выбирается из условия обеспечения наилучшей обтекаемости устройства ударной волны. Достоинством предложенного технического решения является то, что, в отличие от известных, оно решает не только внутреннюю задачу, но и внешнюю, то есть не только поддерживает коэффициент стоячей волны по напряжению на заданном уровне, но и препятствует излучению электромагнитной энергии через пробоины антенно-фидерных трактов в пространство.
Заключение
Теоретические расчёты показали, что комплексное применение предлагаемых устройств [6, 7] может позволить увеличить отношение сигнал – помеха на величину до 10–15 дБ и существенно снизить степень искажения автокорреляционной функции широкополосных сигналов по сравнению с известными антенно-фидерными трактами РТС [1, 4, 8] в условиях осколочно-фугасного воздействия возможного противника. Новизна предлагаемых устройств подтверждается двумя патентами Российской Федерации на изобретения [6, 7].