Лекция: "Методы и техника противодействия радиолокационному распознаванию объектов".

Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.cplire.ru/joined/alt/lection4/text.html
Дата изменения: Wed Jan 16 13:49:47 2002
Дата индексирования: Tue Oct 2 09:11:15 2012
Кодировка: Windows-1251
Поисковые слова: п п п п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п

МЕТОДЫ И ТЕХНИКА ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОМУ РАСПОЗНОВАНИЮ ОБЪЕКТОВ

Р.П. Быстров, А.Б. Борзов, А.В. Соколов

В проблеме обнаружения малозаметных объектов может значительную роль играть противодействие средствам радиолокационного обнаружения. Как показывает опыт локальных войн на Ближнем Востоке, Южной Атлантике, в районе Персидского залива, на Балканах, а также анализ научно-технической и патентной литературы вопросам противодействия радиолокационному распознаванию уделяется большое внимание. В связи с этим ниже рассматривается вопросы о том, какие меры преднамеренно применяются для создания трудностей радиолокационному обнаружению и распознаванию объектов.

Существующие методы противодействия радиолокационному распознавания делятся на активные и пассивные.

Активные методы - включают в себя методы уменьшения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) целей можно реализовать формированием СВЧ излучения на борту летательного аппарата (ЛА), амплитуда и фаза которых подстраиваются так, чтобы максимально скомпенсировать отраженный в сторону РЛС сигнал с одновременной постановкой маскирующих шумовых помех; имитацию большой ЭПР малоразмерными целями; имитацию спектральных характеристик реальных целей; имитацию временной структуры радиолокационных портретов реальных целей, а также комплексную имитацию различных излучений (ИК, оптического, радиолокационного). Имитация спектральных характеристик реальных целей может включать имитацию различных летательных аппаратов или имитацию гидрометеообразований и турбулентных неоднородностей атмосферы.

Пассивные методы включают: постановку маскирующих помех (дипольные отражатели), уменьшение ЭПР целей и искажение диаграммы обратного вторичного излучения целей. Уменьшение ЭПР целей производится путем выбора соответствующей формы цели, путем применения слабоотражающих композиционных материалов и поглощающих покрытий.

Рассмотрим более подробно указанные методы.

1. Активные методы и техника противодействия.

А. Имитация большой ЭПР малоразмерными ложными целями.

Необходимо отметить, что при имитации реальных целей радиолокаторами, использующими частоты ниже 1 Гц, пассивные средства, например уголковые отражатели, должны иметь очень большие размеры, и их использование на малоразмерных ложных целях (ЛЦ) невозможно. Поэтому для имитации крупноразмерных целей в области частот 50-1000 МГц применяются активные средства имитации-передатчики ответных помех с сигналами, отраженным от реальных целей [1].

В качестве ЛЦ для имитации объектов с большой ЭПР, например, кораблей, может использоваться также устройство, которое конструктивно представляет собой летающий синтетический баллон из майлара, заполненный легким газом, , на поверхности которого по типу антенной решетки Ван-Атта равномерно расположены дипольные отражатели. Они выполнены в виде печатных схем и соединены кабелями связи. Такая летающая цель (ЛЦ) вследствие своей цилиндрической формы является всенаправленной. За счет ортогонального расположения диполей не создается помехи между самими диполями.

Достоинством такой ЛЦ по сравнению с обычными пачками дипольных отражателей является также то, что время ее развертывания гораздо меньше времени разлета облака диполей.

Известны и другие, например, надувные резиновые конструкции, армированные стеклотканью, а также ЛЦ в виде головной части баллистической ракеты, на которых для увеличения ЭПР устанавливаются специальные отражатели из медной проволоки.

Б. Имитация спектральных характеристик реальных целей..

В качестве цели, имитирующей большую ЭПР, которая изменяется в полете по закону, близкому к реальному, предлагается использовать специальную ЛЦ. Для ее запуска применяется дистанционно пилотируемый летательный аппарат-носитель (ДПЛАН) нескольких ложных радиолокационных целей. Ложные цели в исходном состоянии на ДРЛАН укрыты съемными радиопоглощающими кожухами, которые удаляются перед пуском. Это исключает их преждевременное обнаружение. На хвосте ЛЦ устанавливаются направляющие стабилизаторы со скошенными плоскостями, которые обеспечивают ее продольное вращение вокруг оси для изменения ЭПР в полете. Внутри ЛЦ расположены крестообразные уголковые отражатели из алюминия, которые ограничены в продольном направлении поперечными круглыми дисками. Вращение таких отражателей обеспечивает изменение величины ЭПР во время полета ЛЦ.

В настоящее время для имитации бомбардировщика предложена пассивная ЛЦ в виде ракеты, которая движется со скоростью бомбардировщика. Она имитирует: рысканья, вращения, линейные продольные размеры имитируемого бомбардировщика.

В литературе дано описание ЛЦ с рулевыми и несущими винтами, буксируемой вертолетом с помощью троса. Цилиндрический корпус обычно выполняется из армированного пенопласта, покрытого стекловолокном. В результате отражения от корпуса очень малы по сравнению с отражениями от винтов.

Применение беспилотных дистанционно- пилотируемых летательных аппаратов (ЛА) (ДПЛА) в качестве ЛЦ, имитирующих средства постановки помех, противорадиолокационные ракеты и другие реальные воздушные цели, позволяет по мнению зарубежных специалистов, противодействовать радиолокационному распознаванию и отвлекать значительную часть активных средств ПВО для борьбы с ЛЦ (см. таблицу). Это подтвердил опыт войн на Ближнем Востоке, Южной Атлантике и на Балканах.

Для имитации таких целей, как бомбардировщики, могут использоваться специальные беспилотные ЛЦ дальнего и ближнего радиуса действия. По мнению зарубежных специалистов, требуется 3-5 ложных целей - ловушек, имитирующих бомбардировщик. Такое количество ЛЦ вынуждает рассредоточивать истребители - перехватчики вдоль рубежа перехвата.

Из анализа данных [2,3] следует, что эти ЛЦ, могут иметь различные модификации и большинство из них являются малоскоростными (примерно скорость вертолета).

Известны устройства, имитирующие сигналы, отраженные от гидрометеообразований и турбулентных неоднородностей атмосферы [4].

Имитация ложных целей естественного происхождения.

По мнению иностранных специалистов спектр сигналов ЛЦ естественного происхождения ( рис. 1) (отражения от земли, гидрометеообразований, 'ангелов', птиц) находится в диапазоне частот D F=0-500 Гц [5]. Там же описан генератор (1), который формирует шум в диапазоне от 'нулевой' частоты до нескольких мегагерц. С выхода фильтра низких частот (2) с полосой пропускания D F сигнал поступает на усилитель низкой частоты (УНЧ) (3) с регулируемым коэффициентом усиления. При этом коэффициент усиления УНЧ подбирается в соответствии с результатами визуального контроля спектра шума по анализатору спектра (5), подключенного с выхода усилителя мощности на ЛБВ (4). На второй вход ЛБВ поступает СВЧ сигнал, который модулируется по частоте так, чтобы на сигналы ЛЦ был бы подобен сигналу естественного происхождения.

Рис1.Структурная схема генератора радиолокационных целей естественного происхождения

Таблица

Тип ДПЛА (страна- разработчик)	Масса, кг	Размах крыла, м	Длина, м	Диаметр фюзеляжа, м	Скорость, км/ч	Дальность, км, время полета,ч	Высота полета, м	Особенности боевого применения	Приме- чание
AQM-34 Q (США)	11970	44,42	77,92	00,94	11000	900.	660-15 х10³	Функция противо- радио- локационной ракеты	Двигатель турбореак- тивный
AQM-34 H (США)	11700	44,42	77,92	00,94	11000	900.	660-15 х10³	Постановка активных и пассивных помех
AQM-34 (США)	22040	44,42	77,92	00,94	11000	900.	660-15 х10³
YMQNJ-105, Aquila (США)	1113	33,96	22,08	00,66	1190	50/3	33600	Постановка активных помех, имитация самолетов и вертолетов, может оснащаться РЛС ММД	Скорость вращения винта 133 об/с
YGQM-121А, Пейв Тайгер (США)	1113	22,5	22,15	00,61	1185	./0.8		Постановка активных и пассивных помех
CL-227, Канадиер (Канада)	1154	22,57	11,64	00,64	70	56/0,75	3000	Оснащение РЛС S диапазона (несущая частота 2,3 ГГц)	Имеет два соосных винта
Scout, Скаут (Израиль)	1138		336		1175
Todiran Mastiff, Мастиф (Израиль)	1111	44,25	33,3	00,89	1183	200/7,5	11525	Постановка активных помех и уничтожение РЛС

								СНР с помощью боеголовки пассивной радиолокац- ионной системы наведения
МСМ-107 (США)					1000		113х1 10³ выходе ЛБВ имитировались	Могут устанавливаться на борту противоради- олокационные отражатели
Мирак-10 (Италия)	559-600	33,8	33,6			./2
Сибил (Англия)						8,5/ .		Варианты*

Примечание: *)отклонение от курса противорадиолокационных ракет; постановка активных помех; постановка пассивных помех; комбинированные радиолокационные и ИК ЛЦ; постановка аэрозольной помехи; пуск воздушных шаров с подогретым газом.

Предполагается использовать данное устройство для срыва наведения ракет. Известно аналогичное устройство, отличающееся тем, что через ФНЧ (2) пропускаются только частоты в диапазоне D F= 0-5 кГц, создавая спектр, плотность распределения спектральных составляющих которого изменяется по случайному закону.

Комбинированная ложная цель (оптическая и пассивная радиолокационная).

Известны комбинированные ЛЦ, содержащие, в частности, источник видимого света для противодействия оптическим системам обнаружения и распознавания и металлический светопрозрачный отражатель для радиолокационной имитации цели - противодействия радиолокационным системам. Радиолокационный отражатель выполнен из проволочной сетки с плотностью восемь ячеек на 2,54 см², т.е. с размерами ячеек . Величина ЭПР отражателя:

(1)

где а - размер ребра тетраэдра радиолокационного отражателя; - длина волны РЛС.

Ширина главного лепестка диаграммы обратного вторичного излучения отражателя как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях составляет + 20њ . Вместо пассивного излучателя в подобной ЛЦ может использоваться активный переизлучатель в виде ретранслятора на ЛБВ.

При имитации ИК излучения для более достоверной имитации бомбардировщика предлагается использовать сжигание топлива для реактивных двигателей. Пламя может быть и невидимым, так как оно может нагревать поверхность с высокой эмиссионной способностью, например, нержавеющую сталь.

В. Имитация временной структуры радиолокационных портретов реальных целей.

Один из способов имитации временной структуры радиолокационных портретов реальных целей предлагается в [6]. Он позволяет имитировать дальностные радиолокационные портреты целей для РЛС с широкополосными сигналами, в которых осуществляется сжатие сигналов по длительности. На рис. 2а показана структурная схема устройства, реализующего этот способ, на рис. 2б вариант размещения нескольких антенн в точках (А,В,С,D,E) для имитации заданного контура цели (самолета).

Рис 2а. Устройство для имитации радиолокационных портретов реальных целей

Рис 2б. Контур имитируемой цели с антеннами А, В, С, D, E.

Зондирущий импульс от РЛС, для которой создается имитируемый радиолокационный портрет, поступает через приемную антенну, усилитель (1), устройство грубой задержки (2) на устройство точной задержки (3). Устройство грубой задержки обеспечивает обеспечивает задержку по времени t соответствующую расстоянию R до ближайшей блестящей точки имитируемой цели: t = 2R/c, где с - скорость распространения электромагнитных волн. Линия задержки с отводами обеспечивает имитацию остальных блестящих точек цели. Амплитудная и фазовая модуляции обеспечиваются с помощью модулятора (4), на вторые входы которых через цифроамплитудные преобразователи (5) поступают соответствующие управляющие напряжения из блока эталонов характеристик целей (7). В блоке эталонов записаны коды радиолокационных дальностных портретов имитируемых целей на всех ракурсах от 0 до 360њ . С выхода модуляторов сигналы, имитирующие соответствующие блестящие точки, поступают на сумматор (7) и затем с помощью передающих антенн излучаются в направлении на РЛС.

Автор [6] считает, что данное устройство позволяет имитировать не только одномерные, но и двумерные, а также трехмерные радиолокационные портреты целей Для этого необходимо иметь на платформе несколько разнесенных в пространстве антенн, (например, в точках A,B,C,D,E, см. рис. 3.)

Рис 3 . Устройство для искажения ДОВИ самолета

2. Пассивные методы и техника противодействия.

А. Уменьшение величины ЭПР реальных целей.

Этот метод реализуется по программе Stealts выбором формы ЛА, исключающей наличие 'блестящих точек', которые образуются стыками, острыми кромками, уголковыми отражателями, большими участками малой кривизны, а также применением композиционных и поглощающих материалов.

В [7] высказывается предположение, что внутренняя структура корпуса и крыльев ЛА, разрабатываемых по программе Stealts, спроектирована по принципу, аналогичному "безэховым камерам". При этом сами покрытия элементов крыла и фюзеляжа изготовляются из композиционных материалов.

Для уменьшения ЭПР наземных объектов в широком диапазоне излучения электромагнитных волн в качестве поглощающих покрытий используются специальные маскировочные покрытия. Они предназначены для маскировки военных объектов в диапазоне волн от ультрафиолетовых до СВЧ, включая ИК диапазон. При этом затухание достигает до 20дБ [4, 8].

Такие покрытия представляют многослойные структуры с металлизированными поверхностями, причем каждый слой обеспечивает маскировочный эффект для своего диапазона. Уменьшение ИК излучения достигается не только с помощью соответствующих покрытий, но и продуванием горячих газов по специальным каналам, окруженным ламинарными потоками холодного воздуха.

Однако применение таких композиционных материалов, как кевлар, стекловолокно, графито-кевларовое волокно и др. имеет ряд недостатков. В частности, ухудшается экранировка бортового электро- и радиооборудования от внешнего электромагнитного поля и атмосферного электричества, а также от электромагнитного импульса, образующегося при ядерных взрывах. Это важно, так как на борту ЛА имеется большое количество устройств цифровой обработки сигналов. К недостаткам композитов также относятся: высокая стоимость изготовления и обработки, недостаточная усталостная прочность, малая термостойкость, в результате чего происходит их выгорание на сверхзвуковых скоростях полета; высокий коэффициент трения и большая удельная масса покрытия. Кроме того, в метровом диапазоне волн, сигналы от планеров самолетов будут иметь большую величину, несмотря на применение композитов [8]. Это обусловлено резонансными явлениями.

Необходимая толщина поглощающих покрытий зависит от несущей частоты РЛС. При уменьшении мощности отраженного сигнала до 1% от падающей мощности толщина D определяется по формуле [8]:

(2)

где - диэлектрическая постоянная поглощающей среды; f - несущая частота; - постоянная затухания.

В области высоких частот при f=94 ГГц для 1% -го отражения мощности требуемая толщина поглощающего покрытия должна быть =3 мм; f=35 ГГц толщина D =1 см. таким образом, использование поглощающих покрытий в области высоких частот эффективно. Для более низких частот: при f=10 ГГц, D = 3 см , а при f= 1 ГГц, D = 30 см, что уже сделать практически нереально.

Из рассмотренного следует, что многочастотные или широкополосные сигналы наряду с низкочастотными узкополосными могут быть применены в РЛС для повышения качества обнаружения радиолокационных целей с поглощающими покрытиями.

Б. Искажение диаграммы обратного вторичного излучения реальных целей.

Такой метод противодействия распознаванию может осуществляться с помощью нанесения на ЛА проводящих и поглощающих покрытий, образующих распределенный колебательный контур с управляемыми параметрами [9]. Эти покрытия располагаются так, чтобы параметры полученного колебательного контура не зависели от поляризации зондирующих сигналов РЛС. Подключая дополнительно регулируемые элементы в такой колебательный контур, осуществляют регулировку затухания контура по определенному закону. При этом изменяются величина и закон флуктуаций ЭПР реальной цели, чем противодействуют ее распознаванию.

Возможна также постановка на борту ЛА устройств, которые искажают диаграмму обратного вторичного излучения (ДОВИ) по определенному закону. В [10] описывается следующая конструкция. На несущей оси укреплены радиопрозрачные газонаполненные контейнеры с боковыми стенками, образующими уголковые отражатели 1-4 (рис. 3). Число таких контейнеров может быть больше четырех. Эти контейнеры с помощью проводников соединены с выходами соответствующих модуляторов (7), каждый из которых предназначен для модуляции с определенной частотой коэффициента отражения поверхности раздела между уголковыми отражателями и ионизируемым газом. Частоты модуляторов отличаются друг от друга. Информацию, которая определяет закон изменения коэффициентов отражения, снимают с задающих устройств системы управления самолетом (10) и через мультиплексор (9) и шифратор (8) передают на соответствующие модуляторы. Зондирующие колебания, излучаемые наземной РЛС (5) поступают на один или несколько уголковых отражателей. В результате отражений импульс будет дополнительно промодулирован изменением коэффициента отражения от поверхности раздела. На рис. 3 обозначено: (6) устройство обработки информации. Считается, что можно осуществлять фазовую (тогда ионизированный газ должен находиться в контакте с отражающей поверхностью уголкового отражателя) и амплитудную модуляции (тогда ионизированный газ должен находиться от отражающей поверхности на расстоянии не более чем на 0,175 ).

Заключение .

1. Вопросы, связанные с исследованиями методов и разработкой техники противодействия радиолокационному распознавания являются важными и актуальными.

2. Существующие в настоящее время активные (имитация большой ЭПР ложным целям, имитация спектральных характеристик реальных целей, имитация временной структуры радиолокационных портретов целей и др.) и пассивные (уменьшение величины ЭПР целей, искажение диаграммы обратного вторичного излучения целей и др.) методы и техника противодействия радиолокационному распознаванию нашли широкое применение при защите военной техники от поражения во время их функционирования. При этом необходимо отметить, что все эти методы и технологии пока являются дорогостоящими и не в полной мере эффективными.

3. При распознавании ЛЦ от истиной можно использовать следующие приемы:

-определение дальности обнаружения вновь обнаруженных целей, их угловых размеров и сравнение их с тактико-техническими возможностями РЛС по данному виду цели;

-сравнение эхо-сигналов целей радиолокаторов разных диапазонов волн, а также сигналов от бистатических РЛС для распознавания целей и получение зависимости ЭПР цели от длины волны;

-определение наличия ИК излучения цели и анализ его спектров;

-использование данных, получаемых радиотехнической разведкой, при анализе параметров бортовых РЛС, навигационного радиоэлектронного оборудования, бомбоприцелов, станций постановки помех;

-анализ статистических характеристик отраженных радиолокационных сигналов, в частности определение закона изменения мощности сигнала от дальности ( 1/ [R]¼, а не 1/[R]½). Мощность сигнала от реальной цели должна изменяться обратно пропорционально корню в четвертой степени от дальности до цели, а мощность сигнала от имитируемой цели, если при имитации мощность излучаемой помехи на борту не изменяется, будет обратно пропорциональна корню квадратному от дальности до имитируемой цели;

-анализ тонкой структуры сигнала, его спектра флуктуаций ЭПР с ракурсом целей, поляризационных характеристик и т.д.

4. Практика применения современных методов и техники противодействия радиолокационному обнаружению воздушных целей показывает, что можно снизить ЭПР таких целей практически на порядок. Так, например, самолеты, не имеющие такой защиты, имеют ЭПР: отечественный самолет Миг-21 - s = 2 м², американский самолет F-16 - s = 2,5 м² и американский самолет 'невидимка' F -117 -s = 0,2 м².

Литература.

Небабин В.Г., Белоус О.И. Методы и техника противодействия радиолокационному распознаванию. Зарубежная радиоэлектроника, ? 2, 1987, с.38- 47.

Wanstal B. - Interavia,1984,v.33,No 7.
Grahnam W. - Flight Intern., 1982, v. 122, ? 3830.

Хайкин С., Кеслер С., Карри С. - ТИИЭР, 1979,т.67, ?2.

Пат. 3774208 /США/. НКИ 343/18.

Пат. 2134740 /Великобритания/. НКИ Н4Д.

Brosselin S. - Science & Vie,1985,v.8,? 815.

Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. - М.: Радио и связь,1985,с.82.

Wanstall - Interavia, 1884, v.33,? 7.

Пат. 3371345 /США/. НКИ 343/18.

Студенты могут задавать лекторам вопросы по электронной почте:

профессор Соколов Андрей Владимирович - sokolov@mail.cplire.ru