Введение в теорию радиолокационных систем

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 
 
СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М. И. Ботов, В. А. Вяхирев, В. В. Девотчак 
 
 
ВВЕДЕНИЕ  В  ТЕОРИЮ 
РАДИОЛОКАЦИОННЫХ  СИСТЕМ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
Под редакцией М. И. Ботова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2012 
 

УДК 621.396.967 
ББК  68.52 
Б861 
 
Рецензенты:  
кафедра радиоэлектронных систем ФГБОУ «Санкт-Петербургский 
государственный университет гражданской авиации» (протокол № 7 от 
04.05.2012, зав. каф., канд. техн. наук, доц. В. К. Кульчицкий); 
Д. Г. Митрофанов, ст. науч. сотр. НИЛ систем управления войсковой ПВО Военной академии войсковой ПВО Вооруженных сил 
Российской Федерации им. маршала Советского Союза А. М. Василевского, заслуженный изобретатель Российской Федерации, д-р техн. 
наук, проф. 
 
 
 
Ботов, М. И. 
Б861 
 
Введение в теорию радиолокационных систем : монография / 
М. И. Ботов, В. А. Вяхирев, В. В. Девотчак ; ред. М. И. Ботов. – 
Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2012. – 394 с.  
ISBN 978-5-7638-2740-8 
 
В первом разделе монографии рассматриваются вопросы теории и методологии радиолокационных систем, приводится краткая характеристика послереформенного состояния радиолокационной системы радиотехнических 
войск, обобщенной структуры и функций Единой системы организации воздушного движения на этапе ее преобразования в Аэронавигационную систему страны. Излагаются принципы совершенствования и развития Единой автоматизированной радиолокационной системы, обосновываются ее показатели качества, критерии эффективности, предлагаются информационная 
и статистическая модели. 
Во втором разделе предпринимается попытка построения концептуальной модели радиолокационной науки, фундаментальной схемы теории радиолокации, основ статистической теории радиолокационной системотехники. Проводится синтез и анализ помехозащищенных высокоточных алгоритмов и устройств измерения угловых, времячастотных и поляризационных 
параметров радиолокационных сигналов. 
Монография предназначена для научных работников, преподавателей, 
аспирантов и магистрантов, исследующих актуальные проблемы теории 
и методологии радиолокационных систем и радиолокационной системотехники. Может быть полезна студентам вузов, обучающимся по укрупненным 
группам направлений подготовки специальностей «Электронная техника, 
радиотехника и связь» и «Аэронавигация». 
 
УДК 621.396.967 
ББК  68.52 
 
 
ISBN 978-5-7638-2740-8 
 
     © Ботов М.И., Вяхирев В.А., Девотчак В.В., 2012 
© Сибирский федеральный университет, 2012 

 
Предисловие 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
 
Технические научные теории, как и теории вообще, рождаются 
в сознании людей. Однако рождаются они не тогда, когда люди этого захотят, и не так, как это им вздумается, а тогда, когда для этого возникают 
объективные (исторические, логико-методологические, научно-организационные, технико-технологические, социально-культурные и другие) 
предпосылки и основания и в соответствии с определенными закономерностями объективного характера. И уж если отмеченные предпосылки 
и основания возникли, то никакие догматические представления и предубеждения относительно необходимости теоретического описания того 
или иного явления не остановят самодвижение новой технической теории 
и ее проникновение в передовую инженерную практику. Теория радиолокационных систем как особый технико-технологический феномен в радиотехническом научно-дисциплинарном комплексе не является исключением. 
Современные радиолокационные (сокращенно – РЛ) системы представляют собой сложные информационно-управляющие системы реального 
масштаба времени, включающие совокупность средств радиолокации 
(СРЛ), комплексов средств автоматизации (КСА), средств приема, обработки, отображения и передачи информации, а также средств и технологий 
управления компонентами этой системы, предназначенные для информационного 
обеспечения 
широкого 
круга 
военно-технических, 
научноэкспериментальных и социально-экономических задач.  
Длительное время принципы построения, функционирования и развития таких систем разрабатывались в рамках методологии классической научной рациональности, ориентированной на познание целого посредством 
познания его частей. Не случайно содержание большинства современных 
теоретических разработок и учебных изданий, посвященных теории и методологии радиолокационных систем, ограничено, в основном, проблемами 
разработки элементов этих систем: радиолокационных станций и средств 
связи, высокопроизводительных комплексов автоматизации процессов сбора, обработки, отображения и передачи радиолокационной информации, 
других радиолокационных и информационно-вычислительных комплексов, 
включенных в контур управления информационными потоками. Это ограничение основывается на неявном допущении о детерминированном характере связей элементов (структуры) РЛ системы, второстепенности этих связей относительно вклада элементов системы в суммарный эффект ее функционирования в различных условиях внешней среды. С этой точки зрения 
3 

 
Предисловие 
не стала исключением и соответствующая обзорная статья известных специалистов1, в которой сущность и содержание РЛ систем мыслится в контексте принципов и специфики построения того или иного радиолокатора, 
пусть даже самого совершенного. 
В то же время технико-технологическая сложность, финансоресурсо- и энергоемкость, существенная пространственно-временная гибкость и мобильность такой системы, а также государственный характер решаемых ею задач привели к необходимости анализа протекающих здесь 
процессов не только под углом зрения качества отдельных элементов, но 
с точки зрения качества ее структурной организации и уровня информационной неопределенности относительно текущего и ожидаемого состояния (поведения) системы. Даже радиолокационная подсистема Единой 
системы организации воздушного движения (ЕС ОрВД), решающая сугубо мирные задачи текущей организации и управления воздушным движением гражданской авиации (ГА), с интеграцией ее в Единую автоматизированную радиолокационную систему (ЕАРЛС) Российской Федерации 
приобрела явно выраженные признаки системы двойного назначения. Соответственно и подход к исследованию таких систем уже не может базироваться только лишь на практико-ориентированном фактуальном базисе 
и методе проб и ошибок2, не может быть сведен только лишь к эклектическому набору частных рецептов, отдельных рекомендаций или инженерных методик, а должен включать совокупность развитых теоретических 
представлений об исследуемом объекте и эффективные средства и принципы организации современной научно-технической деятельности, то 
есть представлять собой диалектическое единство передовой технической 
теории и современной научной методологии. Одно из важнейших направлений развития такой методологии представлено системным подходом. 
Системный подход является вершиной развития междисциплинарной 
методологии неклассической научной рациональности и обеспечивает познание частей на основании знания закономерностей целого и свойств целостности. Он позволяют проводить глубокий и всесторонний анализ основных показателей качества функционирования сложных РЛ систем, стро                                                 
1 Особенности развития радиолокационных систем / Р.П. Быстров [и др.] // Радиотехника. 2010. №9. С. 71–90. 
2 О живучести такого подхода свидетельствует, например, современный опыт реформирования Вооруженных сил Российской Федерации. С этой точки зрения значительный интерес 
представляет статья С. Волкова с символичным названием «Путем проб и ошибок». Как пишет 
автор, «проводимая реформа Вооруженных сил России заставляет вновь и вновь возвращаться 
к вопросу научного обоснования рациональной структуры Вооруженных сил нашего Отечества. Эта проблема актуализируется еще и потому, что ни подходы к проведению реформы, ни 
авторы осуществляемых в армии и на флоте масштабных преобразований широкой военной 
общественности неизвестны». См.: ВКО. 2010. № 2. С. 40–53. 
4 

 
Предисловие 
ить долгосрочный адекватный прогноз наиболее вероятных направлений 
развития, а также проводить комплексное всестороннее исследование одной 
из важнейших составляющих этих систем – средств радиолокации, включая 
сущность заложенных в них актуальных и перспективных технических решений. Значение системной методологии, как и полученных на ее основе 
результатов, тем более существенно, что речь идет о системах государственного масштаба, построение которых, с одной стороны, направлено на 
эффективное выполнение задач народно-хозяйственного и оборонного характера3, а с другой – связано с огромными финансовыми затратами, неоправданные масштабы которых могут поставить под сомнение целесообразность создания этой системы, экономически не менее разрушительной, чем, 
например, внешняя военная агрессия. 
В то же время рассматриваемая системная методология, какой бы 
развитой она ни была и как бы грамотно она ни применялась, способна 
эффективно решать возложенные на нее научно-технические и технологические задачи применительно к сложным системам, находящимся в стационарном (относительно устойчивом, асимптотическом) или близкому 
к нему состоянии. Однако по-настоящему сложные системы возникают 
и самоподдерживаются на тонкой границе хаоса и порядка: выше порогового значения система становится неустойчивой, и любое микроскопическое движение (флуктуация) может вызвать быстрый лавинообразный 
процесс нарастания изменений, вплоть до формирования новой макроструктуры или простого распада. Современные радиолокационные системы, включая РЛ системы Радиотехнических войск (РТВ) и ЕС ОрВД, относятся к классу именно таких систем. Они могут определенное время находиться в относительно устойчивом (равновесном) состоянии. Однако 
в значительно более продолжительные отрезки времени, особенно при 
функционировании в особый (угрожаемый) период или в период ведения 
боевых действий, такие системы проявляют явно выраженные нелинейные 
свойства, пребывая далеко от равновесного состояния. В этом нелинейном 
мире принцип классической суперпозиции утрачивает актуальность: целое 
больше не равно сумме своих частей, оно не больше и не меньше, а качественно иное. Понятно, что для адекватного теоретического описания та                                                 
3 Необходимость применения системного подхода к решению актуальных проблем гражданской авиации нашла свое отражение в Транспортной стратегии Российской Федерации до 
2030 г., где, в частности, отмечается: «Уже в ближайшее время должна быть реализована Государственная программа обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской 
авиации, которая в соответствии с рекомендациями Международной организации гражданской 
авиации по внедрению системного подхода к управлению безопасностью полетов определяет 
первоочередные цели и мероприятия с целью повышения безопасности полетов». – См.: Распоряжение Правительства РФ №1734-р от 22. 11. 2008 г. С. 148. 
5 

 
Предисловие 
ких систем арсенала методологических средств традиционного системного 
подхода уже недостаточно. 
Вместе с тем актуальные запросы практики в адекватных моделях 
теоретического описания того или иного фрагмента реальности или схемы 
проектно-инженерной деятельности недолго остаются без ответа. Общая 
теория и методология науки обычно достаточно скоро находят соответствующие концептуальные схемы и методы. Не стал исключением и класс 
сложных (нелинейных или диффузных) систем, весьма распространенный 
в повседневной действительности. Поэтому в рамках современной (постнеклассической) научной рациональности возникла и стала успешно развиваться новая отрасль междисциплинарного научного знания – синергетика. 
Если традиционный системный подход при изучении линейных моделей 
различной природы интересовали процессы поддержания системного гомеостаза 
(сохранение 
или 
реконструкция 
постоянного 
состояния) 
с помощью обратных связей, то в рамках синергетического подхода стали 
изучаться существенно неравновесные системы с точки зрения проблемы 
выбора дальнейшего направления развития в точках бифуркации (ветвления) и роли случайностей в этих процессах. Если традиционный системный подход базируется на линейных приближениях с медленно изменяющимися параметрами, то в рамках синергетического подхода сложные системы исследуются за пределами состояния равновесия. В них изучаются 
существенно нелинейные, в том числе быстро развивающиеся процессы, 
которые при определенных условиях флуктуации (внутренней или внешней) могут привести систему к качественным изменениям – простому распаду или формированию новых относительно устойчивых структур. При 
этом упомянутые гомеостатические процессы охватываются синергетикой 
как частный случай эволюционирования сложных структур. В этой связи 
перед идеологами и методологами РЛ систем различного назначения возникает не только онтологическая задача исследования этих систем с точки 
зрения теории нелинейных процессов, но и науковедческая задача синтеза 
некоторого эффективного междисциплинарного подхода к их изучению. 
В то же время, хотя целенаправленное выявление способов упорядочения связей компонентов РЛ системы, обеспечивающих достижение 
системного (сверхсуммарного) эффекта, важно и самоценно, однако не 
менее важным и ценным является совершенствование и развитие уровня 
технической организации самих компонентов (элементов) системы. Речь 
идет о теории радиолокации, ее методологии и применении этих отраслей 
науки к решению масштабных задач синтеза перспективных радиолокационных станций (РЛС) с тем, чтобы наиболее адекватно отразить не только 
системную форму организации (структуру), но и радиолокационно6 

 
Предисловие 
информационную (технико-технологическую) сущность рассматриваемой 
системы. 
Радиолокация на протяжении относительно непродолжительной истории своего становления и развития строилась преимущественно как эмпирическая научная дисциплина с преобладающим в ней методом индуктивного анализа и синтеза концептуальных положений и схемных решений на 
основе поэтапного перехода от детерминированного к квазидетерминированному или стохастическому сигналу. При этом преодоление возникающих фундаментальных проблем обработки сигналов на фоне внешних помех сопровождалось последовательным усложнением исходных теоретических конструктов и соответствующей идеальной модели объекта, которые, 
тем не менее, оставались эмпирическими. Не случайно методологическая 
проблема соотношения статистической теории радиолокации и статистической теории радиолокационных систем до сих пор остается одной из наиболее актуальных. Ограниченность такой модели, как и связанного с ней метода синтеза радиолокационных систем, проявилась уже при обработке сигналов в сложной помеховой обстановке, когда априорная неопределенность 
относительно мешающих параметров сигналов и внешних помех оказалась 
существенной, а информативные параметры сигнала (например, угловое направление на объект локации или доплеровский сдвиг по частоте) на фоне 
соответствующих видов помех стали носить энергетический характер. 
В наибольшей степени ограниченность отмеченной теоретической модели 
проявилась на этапе измерения параметров объектов локации после адаптации пространственных, поляризационных и времячастотных характеристик 
измерительного комплекса к соответствующим видам помех, сопровождающегося существенными систематическими и флуктуационными ошибками измерения как на уровне отдельного радиолокатора, так и в рамках 
самой РЛ системы. 
Традиционно обработка сигналов и измерение их параметров на фоне помех с пространственной, временной или поляризационной корреляцией относились к комплексу проблем специальной радиолокации и решались преимущественно в интересах национальной обороны. В рамках этого 
комплекса проблем и осуществлялся анализ РЛ систем оборонного характера с точки зрения их функционального качества. Для авиационной радиолокации, связанной преимущественно с радиотехническим обеспечением полетов (РТОП) ГА, этот комплекс проблем носил второстепенный, 
общетеоретический или ориентационный характер. Однако с интеграцией 
подсистемы РТОП ГА в ЕАРЛС и, следовательно, с приобретением ею дополнительного функционального качества (качества системы двойного назначения) ситуация принципиально изменилась. Адаптация и измерение 
параметров сигналов на фоне пространственно коррелированных помех, 
7 

 
Предисловие 
наряду с адаптацией к пассивным помехам, прочно вошли в комплекс проблем авиационной радиолокации в качестве наиболее приоритетных. Соответственно приоритетными оказались и задачи анализа подсистемы 
РТОП с точки зрения ее структуры и организации. 
В этой связи материал монографии представлен двумя разделами. 
В первом рассматриваются основы теории и методологии РЛ систем, которые в силу их системной формы и радиолокационной сущности носят явно 
выраженный междисциплинарный характер. Эти теоретические и методологические основы посредством рассуждений частного характера с привлечением конкретных расчетов, простых эмпирических схем и математических 
формул развертываются далее в некоторые теоретические представления 
о содержании и структуре конкретных радиолокационных систем. Поскольку такой методологический прием отражает традиционный метод движения 
и развития радиолокационного знания от чувственно-конкретного к абстрактному (метод научной индукции), постольку полученные здесь знания, 
выводы и рекомендации не содержат фундаментальных обобщений, а носят 
вероятностно-достоверный, рекомендательный характер. Они нарастают, 
как снежный ком, и подлежат пересмотру или существенной коррекции, как 
только меняются начальные условия функционирования системы, то есть 
очень быстро устаревают. Понятно, что многие фундаментальные проблемы 
функционирования и развития радиолокационных систем выпадают из поля 
зрения такого методологического подхода, а для их удовлетворительного 
решения требуется разработка дополнительных частнометодических схем, 
последующее применение которых, тем не менее, полного успеха не гарантирует. Во втором разделе монографии предпринята попытка разработки 
концептуальной модели радиолокационной науки, обобщенной структурной 
схемы ее теории и применения полученных теоретических обобщений и методологических средств для дедуктивного синтеза ряда важнейших в инженерной практике систем адаптивного обнаружения и измерения параметров 
радиолокационных сигналов в условиях априорной неопределенности относительно условий функционирования РЛ системы и параметров внешней 
среды. 
В центре этого методологического подхода находится идея об образе 
радиолокационной науки как сложной исторически развивающейся системы, которая представляет собой особый тип системной организации. Такая 
система хотя и сохраняет саморегуляцию в качестве одного из своих компонентов, однако историческое ее развитие сопровождается появлением 
новых уровней организации, которые воздействуют на ранее сложившиеся 
уровни, трансформируют их, видоизменяя предшествующую организацию. 
В этом развитии система научного радиолокационного знания всякий раз 
приобретает новую целостность, несмотря на увеличение ее разнообразия 
8 

 
Предисловие 
относительно 
автономных 
подсистем. 
Поэтому 
выбор 
системносинергетического подхода, в том числе и к проблеме концептуализации 
радиолокации, вполне очевиден. Наука, выработав на определенном этапе 
своего развития системную методологию, не может не осознавать себя 
в качестве сложной, саморазвивающейся системы, характеризующейся переходом от одного типа саморегуляции к другому и созданием уровневой 
иерархии входящих в нее элементов. 
Подобный подход позволил представить радиолокационную науку 
в виде двух научных радиолокационных систем: а) системы, направленной 
на выявление и адекватное отражение специфики, сущности и основных 
закономерностей радиолокационного взаимодействия (теоретическая 
радиолокация); б) системы методологических нормативов, методических 
схем и приемов системотехнической деятельности, основанной на закономерностях радиолокационного взаимодействия (радиолокационная системотехника). 
Рассмотренные компоненты радиолокационной науки, сохраняя 
свою относительную самостоятельность и подчиняясь внутренним законам 
функционирования и развития, оказываются охваченными сложной системой диалектических взаимопереходов, в которой научное теоретическое 
знание в виде логически упорядоченной совокупности теоретических фактов, обобщений, законов, следствий и утверждений, соответствующих 
критериям истинности, трансформируются в методологические принципы и нормы системотехнической деятельности, а эмпирическое знание, 
снятое в процессе разработки, экспериментальной проверки и доводки новых радиолокационных систем, технологий или методик, соответствующее 
критериям эффективности, трансформируется в эмпирическую основу 
научной радиолокационной теории. Этот сложный, исторически противоречивый процесс взаимодействия и диалектических взаимопереходов двух 
относительно самостоятельных форм существования радиолокационной 
науки отражает бесконечную спираль ее функционирования и развития. 
Очевидно, что новый уровень развития радиолокационной науки, и особенно ее «нижнего этажа» (радиолокационной системотехники), позволяет 
придать сложившимся эмпирическим методам синтеза и исследования РЛ 
систем любого назначения новое методологическое качество. При этом 
теория и методология таких систем постепенно складывается в некоторую 
междисциплинарную отрасль научно-технического знания, позволяющую 
в процессе их разработки и исследования оперировать всей информацией 
одновременно. 
Содержание монографии могло быть раскрыто на основе дедуктивного подхода (движение и развитие радиолокационного знания от абстрактного к мысленно конкретному). При этом исходной для рассуждений 
9 

 
Предисловие 
и выводов должна была стать фундаментальная (абстрактная) схема теории 
радиолокации, из которой те или иные эмпирические схемы и частные 
технические решения вытекали бы как закономерное следствие. Однако 
индуктивная логика развертывания материала, по мнению авторов, является и методологически, и методически обоснованной. 
Во-первых, современная теоретическая радиолокация только лишь 
проходит стадию концептуализации, то есть стадию формирования своего 
общетеоретического ядра. Столь же проблематичным является формирование более или менее четких теоретических представлений о РЛ системах 
вообще. Поэтому дедуктивное изложение материала, без предварительного 
описания сущности междисциплинарной методологии и специфики фундаментальной схемы теоретической радиолокации, оказалось бы достаточно трудным для восприятия и понимания. 
Во-вторых, такая логика построения монографии отражает историю 
становления и развития радиолокации как относительно самостоятельной 
научной дисциплины в радиотехническом научно-дисциплинарном комплексе. Без учета истории развития идей радиолокации невозможно глубоко разобраться и в современном состоянии теории радиолокационной науки, и в теоретических проблемах РЛ систем. С этой точки зрения упомянутая логика имеет самостоятельную теоретическую и методологическую 
ценность. 
В-третьих, такая логика изложения материала представляет собой, 
с одной стороны, классический пример использования в решении сложных 
проблем теории РЛ систем научных методов восхождения от чувственноконкретного к абстрактному и нисхождения от абстрактного к мысленноконкретному в их диалектическом единстве, а с другой – такой же классический пример реализации принципа единства исторического и логического 
в познании этих систем. Без учета истории развития радиолокации в самом 
деле невозможно глубоко разобраться в современном состоянии радиолокационной теории. Однако если прежние теории сопоставляются только с теми историческими фактами, на основе которых они были созданы, а не анализируются с точки зрения современных теоретических представлений, как 
это предполагает принцип единства исторического и логического, то история становления и развития радиолокационной науки оказывается не только 
бесконечно и неоправданно разнообразной, но и сугубо индивидуализированной. Само же исследование будет представлять собой своеобразное накопление «сырого» материала, вехами в котором выступают не те или иные 
потребности развивающегося общества, не внутренняя логика функционирования и развития научно-технического знания, а деятельность различных исторических персонажей. Понятно, что такое индивидуализированное разнообразие, столь характерное для современной методологии 
10