Радиоэлектронная маскировка

Пары диполей располагаются симметрично относительно центра пластины. Электрические длины кабелей, соединяющих симметричные диполи, одинаковы. Благодаря этому обеспечивается отражение электромагнитных волн в обратном направлении (рис. 28) [4, 20, 31]. Для того чтобы такая решетка могла отражать волны с любой поляризацией, каждая пара диполей располагается под углом 90° к соседней. Если, например, решетка образована из N полуволновых диполей, расположенных на л /2 друг от друга и на л/4 от металлической пластины, то ее ЭПР может быть определена по формуле [4, 20]

, (44)

где и - угол падения; S = Nл2/4 - площадь раскрыва решетки.

При и = 0 ЭПР решетки максимальна и равна .

Рис.28. Ответчик Ван-Атта

Решетка (ответчик) Ван-Атта обладает следующими преимуществами перед уголковыми и линзовыми отражателями [4]:

1. Диаграмма рассеяния шире, чем у уголкового отражателя.

2. Отраженный сигнал может быть промодулирован.

В решетке имеется возможность изменять направление рассеяния.

4. Значительное увеличение ЭПР может быть обеспечено за счет использования встроенных в соединительные линии усилителей.

5. Можно изменять поляризацию переизлученного сигнала.

6. Может быть обеспечено угловое сканирование диаграммы рассеяния.

Очень часто вместо диполей применяют печатные плоские спирали. В этом случае за счет диапазонных свойств спиралей расширяется и рабочий диапазон частот решетки.

Расчет решеток Ван-Атта ведется с помощью приближенных методов [31]. В работах [41] _ [44] впервые получено строгое решение задачи рассеяния плоской волны на двумерной модели решетки Ван-Атта, образованной плоскопараллельными волноводами. Решение получено методом интегральных уравнений [37].



Рис.29. Решетка Ван-Атта из плоскопараллельных волноводов

Проведенные численные исследования [41] _ [44] показали, что при создании решеток Ван-Атта следует добиваться участия в формировании диаграммы рассеяния как можно большего числа распространяющихся волн, то есть увеличением размера раскрыва излучателей. При этом на практике можно ограничиться размером раскрыва излучателя , что обеспечивает существование в волноводах четырёх распространяющихся типов волн , которые волны должны складываться в раскрывах синфазно [41] _ [44] (то есть иметь одинаковые фазовые скорости в трактах ),

В качестве иллюстрации к сказанному на рис.30 приведена решетки с пятью парами излучателей при ; и длине волноводов , обеспечивающей практически одинаковый набег фаз всех четырех распространяющихся типов волн. Кривая 1 соответствует строгому решению задачи, кривая 2 -- строгому решению, но с учетом в трактах только основного типа волны и кривая 3 -- приближенным расчетам [31].

Такая решетка (см.рис.29) обеспечивает максимально возможный рабочий сектор углов (см.рис.30) относительно нормали к решетке. Основная сложность реализации предложенной в работах [41] _ [44] решетки является обеспечение синфазности сложения распространяющихся в трактах волн в раскрывах излучателей в широкой полосе частот.

Рис. 30. Моностатические диаграммы ЭПР

Анализ решеток Ван-Атта на основе многомодовых линий передачи [41] _ [44] показал, что они обладают в раз более широкими моностатическими диаграммами рассеяния, чем широко используемые в настоящее время - одномодовые [31].

4.6 Усилители - ретрансляторы

Усилители - ретрансляторы [4] могут быть выполнены в соответствии со структурной схемой, представленной на рис. 31. Принятые антенной А1 сигналы усиливаются в ЛБВ и модулируются по амплитуде шумовым напряжением, поступающим от генератора шума (ГШ). Далее сформированный помеховый сигнал излучается антенной А2, обеспечивая имитацию флюктуации ЭПР реальной цели.

Рис. 31. Структурная схема усилителя-ретранслятора

Необходимое значение коэффициента усиления ретранслятора можно определить из уравнения РЭП. В частном случае, если расстояние между ловушкой и прикрываемым самолетом является малым по сравнению с дальностью «ракета - самолет», коэффициент усиления определяется

, (45)

где kП - коэффициент подавления РЛС; - ЭПР реальной цели; GП -коэффициент усиления приемной антенны ретранслятора.



5. Особенности радиоэлектронного подавления некогерентных импульсных РЛС обнаружения целей пассивными помехами

5.1 Общие положения

Для создания искусственных пассивных маскирующих помех широко используют дипольные отражатели, которые исторически являются родоначальниками таких помех [14]. Поскольку отражение от диполей является некогерентным [4], то они особенно эффективны для противодействия некогерентных импульсных РЛС, которые при обработке сигналов не учитывают доплеровский сдвиг частоты отраженных ЭМВ от цели и от облака дипольных отражателей. В результате на выходе амплитудного детектора спектры полезного сигнала и сигнала помехи перекрываются, затрудняя обнаружение и селекцию цели.

Цель не обнаруживается в облаке дипольных помех, если мощность помеховых сигналов (отраженных от диполей, распределенных в импульсном объеме) превышает в определенное число раз мощность полезного сигнала (отраженного от цели). Отношение мощности помехового сигнала к полезному на входе приемника равно [4]

, (46)

где - ЭПР цели.

Задача выделения полезного сигнала на фоне пассивных помех имеет много общего с проблемой обнаружения сигнала в гауссовом шуме. Сигналы, отраженные от облака диполей при достаточно большой его плотности, в силу центральной предельной теоремы могут рассматриваться как гауссов шум, однако в отличие от белого шума автокорреляционная функция этого шума не будет совпадать с д-функцией [4].

Вследствие коррелированности шума, порождаемого облаком диполей, коэффициент подавления пассивными помехами будет зависеть от параметров спектральной плотности сигналов, отраженных от облака диполей. Это особенно важно учитывать при определении коэффициента подавления РЛС, имеющих приставки для компенсации сигналов, от пассивных помех.

Минимально необходимое отношение , при котором вероятность обнаружения цели на фоне дипольных отражателей, для заданной вероятности ложной тревоги, меньше некоторого значения [4] (0,1--0,5), называется коэффициентом подавления импульсной РЛС пассивными помехами.

5.2 Дипольные отражатели

Дипольные отражатели [20] выполняются из металлизированных: бумаги, стекловолокна или капрона. Минимальная толщина металлического покрытия определяется толщиной рабочего поверхностного слоя, образующегося за счет скин-эффекта. Глубина проникновения тока в проводящий слой зависит от частоты электромагнитных колебаний. В сантиметровом диапазоне глубина проникновения может быть очень малой (). Это позволяет выполнять диполи в виде очень тонких металлизированных полосок или волокон диаметром в несколько десятков микрон. Практически приходится учитывать вопросы прочности и технологии изготовления. Длина диполей и их толщина выбираются из условия обеспечения эффективного рассеивание радиоволн в широком диапазоне частот. Как правило, их длина примерно равна половине длины волны подавляемой РЛС. Для расширения полосы рабочих частот применяют диполи, длина которых значительно превышает длину волны РЛС.

Дипольные отражатели комплектуются в пачки. Раскрываясь после выбрасывания с летательного аппарата, такая пачка создает облако дипольных отражателей, отраженный сигнал от которого наблюдается на экране индикатора кругового обзора (ИКО) в виде яркого пятна. Если последовательно сбросить достаточно большое количество пачек, то на ИКО образуются засвеченные полосы значительной протяженности.

Количество диполей в пачке в зависимости от диапазона составляет десятки тысяч и миллионы единиц. В силу некогерентности полей, рассеянных отдельными диполями, ЭПР облака отражателей одинаковой длины будет в среднем равна сумме ЭПР каждого диполя, т. е. [20]

, (47)

где _ средняя ЭПР облака диполей; _ средняя ЭПР одного диполя; N _ число диполей в пачке.

Формула (47) справедлива в идеальном случае, когда все до единого диполя используются эффективно. Практически из-за спутывания (слипания) диполей и их поломок ЭПР облака будет меньше, чем , определяемая формулой (47). Обычно ЭПР облака дипольных отражателей рассчитывают по формуле, учитывающей реальное число действующих диполей в пачке:

,

где з - коэффициент действующего числа диполей (коэффициент разлета).

Величина эффективной площади рассеяния (ЭПР) одного полуволнового диполя () в общем случае зависит от ориентации его относительно вектора Е падающей волны. Вследствие турбулентности атмосферы и аэродинамических свойств диполи ориентируются в облаке, как правило, произвольно друг относительно друга. Более того, для обеспечения равновероятной ориентации при изготовлении диполей стремятся к тому, чтобы центр тяжести каждого отражателя был смещен на случайную величину от его середины.

Поэтому ЭПР всего облака () определяют по среднему значению ЭПР одного диполя (), ориентированного в пространстве произвольно. Значение будет найдено ниже.

5.3 Эффективная площадь рассеяния полуволнового диполя

Согласно определению ЭПР диполя равна [20]

(48)

где - отношение полной переизлучаемой диполем мощности (P2) к плотности потока мощности (П), падающей на диполь плоской волны;

G1- коэффициент направленного действия диполя.

Для диполя, ориентированного под углом и к вектору падающей волны (рис. 32), переизлучаемая мощность P2 равна

P2= P20cos2и, (49)



где P20- мощность, излучаемая диполем при нормальном падении волны (и=00).

Как известно [20], значение мощности Р20 может быть найдено по формуле

,

где I - амплитуда тока в пучности; - сопротивление излучения диполя.

Для полуволнового диполя

,

где Е - амплитуда электрического поля принимаемой плоской волны; = =73,3 Ом - сопротивление излучения полуволнового диполя;

_ действующая длина полуволнового диполя.

Рис. 32. Полуволновый диполь, произвольно ориентированный в пространстве

В результате мощность, рассеиваемая полуволновым диполем, равна

[вт]. (50)

Таким образом, из (48) _ (50) с учетом и для полуволнового диполя окончательно получим

. (51)

При совпадении поляризаций диполя и нормально падающей волны ЭПР полуволнового диполя будет максимальной

.

В общем случае и представляет собой случайную величину [20]. С достаточной для практики точностью можно считать, что случайная величина и распределена с равномерной плотностью.

Для определения среднего значения ЭПР диполя у1 необходимо найти параметры закона распределения случайной величины и.

Предположение о равновероятной ориентации диполей означает, что в пределах любого элементарного телесного угла (рис. 33) число диполей примерно одинаково. Элементарный телесный угол может занимать любое положение с одинаковой вероятностью в пределах всего телесного угла 4р. В сферической системе координат угол места и характеризует положение каждого элементарного телесного угла и соответственно плотность распределения равна

.

Будем считать, что поляризаций приемной и передающей антенн одинаковы. Тогда вероятность нахождения диполя в пределах элементарного телесного угла , будет равна .

Рис. 33 Элемент поверхности в сферической системе координат

Усредним величину (см. формулу (51)) по всему телесному углу Щ=4р

. (52)

В сферической системе координат элемент поверхности сферы единичного радиуса равен

.

Интегрируя (52), получим среднее значение ЭПР диполя

.

Отсюда

.. (53)

Таким образом, средняя ЭПР пачки диполей будет равна

,

где - число эффективно действующих диполей в пачке.

5.4 Общее выражение ЭПР импульсного объема

Для оценки действия пассивных помех, создаваемых с помощью дипольных отражателей импульсным РЛС, важно знать ЭПР, порождаемую дипольными отражателями, находящимися в импульсном объеме [20]. Для этого необходимо подсчитать число диполей, попадающих в импульсный объем РЛС (рис.34).

Границы импульсного объема V определяются длительностью импульса и шириной луча антенны подавляемой РЛС, т. е.

,

где D - удаление импульсного объема от РЛС; и0.5, ц0.5 - ширина диаграммы направленности подавляемой РЛС соответственно по углу места и по азимуту на уровне половинной мощности; ф - длительность импульса подавляемой РЛС; с - скорость света в свободном пространстве.

Рис. 34. Импульсный объем РЛС

Если диполи распределены в облаке равномерно со средней объемной плотностью , то ЭПР диполей, находящихся в импульсном объеме , может быть определена [20] по формуле

. (54)

Выражение (54) показывает, что эффективность пассивных помех зависит от разрешающей способности подавляемой РЛС по углам и дальности.

При выводе формул (52) - (54) полагалось, что диполи распределены в облаке в среднем равномерно. Однако на практике [20] плотность диполей в облаке меняется во времени в соответствии с законами турбулентной диффузии. Они совершают случайные перемещения. Размеры облака с течением времени растут, а средняя плотность диполей в нем падает.

Зная закон распределения диполей в пространстве p(V), можно определить число диполей в импульсном объеме V

,

где - число эффективно действующих диполей в пачке; - число одновременно выброшенных пачек.

ЭПР диполей, находящихся в импульсном объеме (ЭПР импульсного объема), находится по формуле

.

Более точный расчет ЭПР импульсного объема требует учета формы диаграммы направленности в обеих плоскостях (по и и ц), а также формы зондирующего импульса ф(t). Число диполей в импульсном объеме в этом случае определяется из интеграла по и, ц и ф(t) от плотности распределения p(V), умноженной на соответствующие весовые функции и ф(t), учитывающие реальную форму импульсного объема.

5.5 Методы расчета ЭПР импульсного объема

Определение ЭПР импульсного объема - довольно громоздкая задача, требующая больших вычислительных работ. На практике иногда целесообразно пользоваться более простыми методами расчета ЭПР отражающего импульсного объема [20].

Важной характеристикой облака дипольных отражателей является его эффективная ширина lпэ. Эффективная ширина облака определяется областью, в пределах которой содержится 70% всех выброшенных диполей.

Если считать закон распределения диполей по какой-либо координате для данного момента времени нормальным, то эффективная ширина облака lпэ равна (рис. 35)

,

где - дисперсия плотности распределения р(х) диполей по данной координате х.

Рис. 35. Процесс развития облака диполей в пространстве

Как правило, на практике эффективная ширина облака часто не превышает всех или части размеров импульсного объема подавляемой РЛС. Чаще всего

и ,

где , - линейная разрешающая способность подавляемой РЛС соответственно по азимуту и углу места.

Пусть [20] прикрываемый самолет ПС1 летит в полосе дипольных отражателей в направлении на подавляемую РЛС (рис.36,а). Полет в указанном направлении часто является неблагоприятным с точки зрения радиопротиводействия, так как при этом величина ЭПР импульсного объема может быть наименьшей по сравнению со всеми другими направлениями полета. Например, при полете самолетов (ПС2 и ПП2) под некоторым курсовым углом к РЛС величина ЭПР импульсного объема будет больше (рис. 36,б) по сравнению с предыдущим случаем (рис. 36,а), что облегчает условия маскировки.

Пусть также [20] пачки дипольных отражателей сбрасываются постановщиком помех (ПП) равномерно с интервалом . Постановщик помех летит с постоянной скоростью и каждый раз одновременно сбрасывает nп пачек. В результате на единицу пути после установления процесса диффузии будет приходиться диполей в среднем

,

где _ число эффективно действующих диполей в пачке.

Рис. 36. Действие на РЛС помех, создаваемых полосами дипольных отражателей:

а _ «продольная» полоса диполей; б - «поперечная» полоса диполей

Если условие и выполнено, и отражатели вдоль полосы распределены в среднем равномерно, то среднее число диполей в импульсном объеме определится как произведение протяженности импульса, выраженной в единицах длины cф/2, на среднюю удельную плотность диполей в полосе

.

Соответственно ЭПР импульсного объема равна

. (55)

Необходимо отметить, что эта формула справедлива при условии равномерного сбрасывания диполей с самолета-поставщика помех и при движении самолета в направлении на подавляемую РЛС.

Зная коэффициент подавления kП конкретной импульсной РЛС пассивными помехами, можно определить необходимое количество дипольных отражателей для маскировки прикрываемого самолета.

Для маскировки [20] самолета ЭПР импульсного объема должна быть равна

, (56)

где _ ЭПР прикрываемого самолета.



6 Особенности радиоэлектронного подавления когерентных импульсных РЛС обнаружения целей пассивными радиопомехами

Изменение пространственного положения облака ПРЛО в целом приводит к доплеровскому смещению частоты помехового сигнала, а случайные блуждания дипольных отражателей в облаке вызывают амплитудные и фазовые флюктуации, расширение спектра сигнала, отраженного от облака.

В когерентной импульсной РЛС [4] с большой скважностью для защиты от пассивных помех принимают специальные меры. Например, доплеровское смещение частоты, обусловленное движением облака, учитывается регулировкой частоты когерентного генератора с помощью устройства компенсации ветра, исходный сигнал в которое поступает со специального датчика. Амплитудные и фазовые колебания помехового сигнала ослабляются использованием в РЛС схемы череспериодной компенсации (СЧК). Подавление когерентных импульсных РЛС с СЧК пассивными радиопомехами вызывает определенные трудности [4].

Рассмотрим кратко принцип функционирования этих РЛС при отсутствии и в условиях воздействия пассивных радиопомех. Структурная схема когерентной импульсной РЛС изображена на рис. 37 [4].

В модуляторе передатчика РЛС под действием тактовых импульсов синхронизатора образуется последовательность прямоугольных видеоимпульсов длительностью фи и периодом следования Тп для запуска генератора радиочастоты (ГРЧ) и формирования в нем зондирующих радиоимпульсов, которые через антенный переключатель (АП) поступают в антенну и излучаются в окружающее пространство. В качестве ГРЧ часто используется магнетронный генератор [4].



Рис.37. Структурная схема когерентной импульсной РЛС ОНЦ

Сигналы, отраженные от цели и облака дипольных отражателей (ДО), улавливаются антенной, преобразуются на промежуточную частоту пр=0 _ гм (гм - частота колебаний местного гетеродина), фильтруются и усиливаются усилителем промежуточной частоты УПЧ1 [4]. В результате на его выходе при раздельном наблюдении образуются сигналы с центральными частотами пр ±Щдц и пр ±Щдп, где Щдц=4рVрц/л, Щдп- доплеровские сдвиги цели и помехи.

В приемнике РЛС осуществляется когерентная обработка отраженных сигналов. В качестве опорного сигнала используется гармоническое колебание, вырабатываемое когерентным гетеродином (КГ). Фазирование колебаний КГ осуществляется преобразованным на промежуточную частоту зондирующим сигналом РЛС. Благодаря этому достигается когерентность отраженных сигналов и колебаний КГ на интервале времени nТп?tп ?(n+1)Тп [4].

Компенсация сдвига частоты помехового сигнала за счет движения облака ДО происходит путем изменения частоты КГ на величину Щдп=4рVрв/л, с помощью устройства компенсации ветра.

В фазовом детекторе (ФД) осуществляется перемножение подаваемых на его входы сигналов, получаемый результат усредняется низкочастотным фильтром.

Для борьбы с пассивными радиопомехами в когерентных импульсных РЛС используется схема череспериодной компенсации (СЧК) [4]. Она включается на выходе ФД и содержит линию задержки на период Тп и устройство вычитания.

Амплитудно-частотная характеристика такой схемы имеет вид

.

Из выражения видно, что СЧК подавляет составляющие спектра на нулевой частоте и частотах F=mFп, m=1,2….

Полезный сигнал на выходе СЧК представляет собой результат вычитания двух смежных импульсов, поступающих в моменты времени (n-1)Тп. и nТп .

Особенностью когерентных импульсных РЛС является то, что при Fдц>Fп/2 огибающая видеоимпульсов на выходе ФД изменяется с частотой Fм? Fдц. Зависимость частоты модуляции Fм импульсов на выходе ФД от доплеровского смещения Fдц показана на рис.38. Видно, что диапазон однозначной связи частот Fм и Fдц равен Fп/2.

Рис.38. Зависимость частоты модуляции импульсов на выходе фазового детектора от доплеровского смещения частоты



На качество подавления пассивных помех в РЛС с СЧК оказывают влияние нестабильности частоты передатчика и местного гетеродина, длительности и частоты следования зондирующих импульсов, а также флюктуации принимаемых сигналов.

Все эти факторы приводят к ухудшению работы СЧК и возрастанию уровня некомпенсированных остатков [4]. Это снижает эффективность функционирования СЧК. Для подавления РЛС необходимо увеличить плотность ДО в облаке.

Более подробное описание особенности радиоэлектронного подавления когерентных импульсных РЛС обнаружения целей пассивными радиопомехами можно найти в [4].



7. Особенности радиоэлектронного подавления РЛС автоматического сопровождения целей пассивными радиопомехами

Проблема защиты РЛС от пассивных помех является весьма актуальной [4], поскольку ДО в настоящее время нашли широкое применение в авиации как для групповой, так и для индивидуальной маскировки самолетов.

Пассивные радиопомехи могут [4] успешно применяться для подавления некогерентных импульсных РЛС обнаружения. Применение когерентных импульсных РЛС ОНЦ с СЧК позволяет существенно ослабить их действие. Однако увеличение мощности помехового сигнала может обеспечить условия, при которых РЛС с СЧК будет подавлена пассивными радиопомехами.

Применение в РЛС систем управления оружием непрерывных и квазинепрерывных зондирующих сигналов позволяет осуществить непосредственную селекцию движущихся целей за счет отличия доплеровских скоростей реальных целей и облака ДО. Такие РЛС хорошо защищены от воздействия пассивных помех.

В настоящее время успешно ведутся работы по дальнейшему повышению эффективности подавления пассивными помехами РЛС с непрерывными и квазинепрерывными сигналами.

Так, пусть цель и облако ДО движутся в направлении РЛС с непрерывным излучением с радиальными скоростями Vрц и Vрв, отличающимися, к примеру, в 10-20 раз. Тогда [4] различие в положении спектров сигнала, отраженного от цели Gc(f) и помехового сигнала Gп(f) на частотной оси, будет составлять десятки килогерц (рис.39).



Рис.39. Спектры полезного и помехового сигналов

Сигнал, отраженный от цели, после обработки в приемном тракте РЛС выделяется ФДЧ и фильтруется узкополосным фильтром (УФ) системы АСС. Для эффективного воздействия помехи на РЛС с непрерывным излучением необходимо, прежде всего, чтобы ее спектр попал в полосу пропускания фильтра системы АСС, то есть необходимо добиться совмещения спектров помехового и полезного сигналов. Достигается это уменьшением радиальной составляющей скорости цели Vрц в результате выполнения ею маневра относительно направления на подавляемую РЛС [4]. В этом случае радиальные составляющие скоростей цели и облака отражателей становятся близкими по величине Vрц ?Vрв и условие Fдп?Fдц будет выполняться в течение некоторого времени. Если мощность помехи , то РЛС теряет цель и переходит из режима автосопровождения по скорости в режим поиска.

Основной целью создания пассивных помех импульсным бортовым РЛС является недопущение захвата цели при работе систем АСД и АСН в режиме поиска или, если захват произошел, срыв режима автосопровождения по дальности и углам [4].

Если цель совершает полет в сплошной полосе ДО, созданной самолетом-ПП, или создает ее своими средствами, то в режиме поиска цели условия эффективного подавления бортовых РЛС практически те же, что и при воздействии пассивных помех на импульсные РЛС обнаружения.

В том же случае, когда цель не прикрыта полосой помех, бортовая РЛС атакующего истребителя захватывает цель и переходит из режима поиска в режим сопровождения ее по дальности и направлению. Для нарушения режима автоматического сопровождения цели, срыва атаки или, по крайней мере, внесения ошибки при стрельбе необходимо обеспечить в разрешаемом объеме РЛС такое количество ДО, при котором ЭПР этого объема была бы больше ЭПР цели в несколько раз [4]. Достигается это в зависимости от ракурса атаки цели путем сбрасывания пачек ПРЛО в заднюю полусферу или выстреливания снарядов, снаряженных отражателями, в переднюю полусферу с временными интервалами tп. Величина tп. определяется разрешающей способностью РЛС и скоростью полета цели. При различии временных интервалов tп, потребных для срыва автосопровождения по дальности и направлению, выбирается меньший из них.



8. Маскировка объектов с помощью ложных целей и ловушек

8.1 Ложные цели

Одним из способов радиопротиводействия является создание ложной информации в контурах целераспределения, наведения и самонаведения [4, 20]. Наиболее просто эта задача может быть решена применением радиолокационных ловушек или ложных целей, запускаемых при преодолении ПВО противника с летательных аппаратов или с земли.

Основными задачами применения ложных целей [20] в контурах целераспределения являются:

· дезориентация операторов РЛС и перегрузка вычислительных устройств контура (системы обработки информации);

· увеличение времени на опознавание образа цели (определение истинных целей);

· отвлечение ударных средств ПВО (истребителей, ракет) на поражение ложных целей.

В качестве ложных целей применяются ракеты, оснащенные стартовыми или маршевыми двигателями, наличие которых позволяет осуществлять автономный управляемый или неуправляемый полет в течение длительного времени (до нескольких десятков минут). Чтобы ракета-ложная цель создавала такой же по интенсивности и спектру сигнал, как и защищаемый летательный аппарат, она оборудуется соответствующими средствами - активными и пассивными ретрансляторами. Ложные радиолокационные цели могут быть также созданы в результате ионизации локальных областей сжиганием в атмосфере легких металлов (натрия, цезия).

Эффективность ложных целей может быть оценена снижением вероятности поражения прикрываемых самолетов.

В случае массового применения ложных целей вероятность поражения самолета, прикрытого группой ложных целей, может быть вычислена по формуле [20]

,

где п - общее количество целей (ложных и реальных) в группе; т - число выпущенных ракет; Р - вероятность поражения цели за один выстрел.

Вышеприведенная формула справедлива при следующих предположениях:

· m ? n;

· выбор целей (ложных или реальных) системой целераспределения для обстрела равновероятен;

· по каждой цели производится один пуск ракеты (одна атака истребителя) независимо от того ложная эта цель или реальная.

Рис.40. Зависимость вероятности поражения одной истинной цели Рт(п),прикрытой n - 1 ложными целями, после m выстрелов (пусков)

Зависимость вероятности поражения одной истинной цели Рт(п), прикрытой п-1 ложными целями, после т выстрелов, приведена на рис.40 [20]. Кривые построены для вероятности поражения цели одной ракетой Р = 0,8.

Для указанных условий применение ложных целей существенно снижает вероятность поражения самолетов. Так, в случае прикрытия самолета одной ложной целью (n = 2) вероятность его поражения одной ракетой (т = 1) снижается в два раза (Рт(п) = 0,4) по сравнению с вероятностью поражения неприкрытого самолета (n = 1). Однако снижение эффективности действий ПВО практически до нуля (Рт(п) ? 0,05 ч 0,1) обеспечивается применением относительно большого количества ложных целей (10 ч 20). Это является одним из недостатков применения ложных целей в контурах целераспределения.

Воспроизведение амплитудной компоненты вектора признаков ложной цели обеспечивается либо с помощью усилителей-ретрансляторов, либо пассивными рассеивателями электромагнитной энергии.

Активные усилители-ретрансляторы могут быть эффективны в метровом и дециметровом диапазонах волн и на больших расстояниях до подавляемых РЛС в связи с их ограниченными энергетическими возможностями. На малых расстояниях мощность сигнала, создаваемого ретранслятором на входе подавляемого устройства, будет меньше мощности полезного сигнала, отраженного от прикрываемого самолета, вследствие чего оператор может опознать среди ложных целей реальную.

Пассивные рассеиватели (различного рода отражатели) обеспечивают получение достаточно большой эффективной площади рассеяния ловушки, соизмеримой с ЭПР прикрываемого самолета в сантиметровом диапазоне волн.

В отдельных случаях [20] на ракетах-ловушках могут быть установлены передатчики активных помех и устройства сбрасывания дипольных отражателей.

Схема, поясняющая принцип действия генератора ложных целей, приведена на рис.41 [29, 40].



а в

Рис. 41. К принципу действия генератора ложных целей

Передатчик РЛС обнаружения в точке 1 создает и излучает зондирующий сигнал частоты f0 . Этот сигнал достигает цели (ЛА) и отражается от нее (импульс D на рис.41,б). Амплитуда отраженного импульса , задержка , а частота отличается от номинальной на частоту доплеровского сдвига .

Более слабый сигнал В попадает на ложную цель и отражается от нее с амплитудой .

Пришедшие на радиоприемник РЛС в точке 2 сигналы имеют удвоенные задержки и доплеровские сдвиги частоты, а их амплитуды различны. Такое различие по параметрам позволяет распознать ложную цель на фоне истинной. Чтобы избежать этого, на ЛЦ ставят генератор ложных целей, излучающий ответный импульс помехи С с амплитудой, примерно равной .

В результате из точки 2 (рис.41,в) в радиоприемник поступают импульсы от истинной и ложной цели, мало отличимые по амплитуде. Это создает эффект размножения целей [29, 40]. При этом необходимо обеспечить подобие импульсов от истинной и ложной целей по своим параметрам и по флуктуациям, обусловленным отражением от протяженной цели.

Проще всего генератор ложных целей выполнить по схеме ретранслятора с дополнительным усилением и модуляцией запросного сигнала РЛС.

8.2 Радиолокационные ловушки

Применение ловушек в контуре наведения или самонаведения должно [20] приводить, как правило, к замыканию его на ложную цель. Время замыкания должно быть соизмеримо со средним временем наведения (самонаведения) средств поражения ПВО. Пуск (сброс) ловушки в этом случае целесообразно производить после замыкания контура наведения (самонаведения) на реальную цель. Удачное применение ловушки приводит [20] к срыву атаки зенитной управляемой ракеты (истребителя) или к получению промаха, безопасного для прикрываемого самолета.

Вектор признаков ловушки должен [20] иметь компоненты, обеспечивающие захват ее на сопровождение, с учетом амплитудных (энергетических) характеристик, скорости и ускорения. Помеховый сигнал, порождаемый ловушкой на входе подавляемой системы автоматического сопровождения, должен превышать полезный сигнал, чтобы обеспечить возможность переключения простейших следящих систем на ловушку.

По способу применения радиолокационные ловушки подразделяются на управляемые, буксируемые и сбрасываемые.

Управляемые радиолокационные ловушки подобны [20] управляемым ложным радиолокационным целям и представляют собой ракеты, на которых устанавливаются активные или пассивные рассеиватели электромагнитной энергии.

На ракетах-ловушках могут устанавливаться как стартовые, так и маршевые двигатели, обеспечивающие управляемый полет («по радио» или по программе) в течение времени от нескольких секунд до нескольких минут.

Ракеты-ловушки обеспечивают срыв наведения (самонаведения) за счет увода за собой атакующей ракеты (или истребителя).

Направление пуска ракеты-ловушки определяется направлением атаки и соотношением векторов скорости цели, ловушки и атакующего снаряда. Для успешного применения ракеты-ловушки прикрываемый самолет должен одновременно с запуском ловушки осуществлять маневр по скорости и направлению.

В качестве буксируемых радиолокационных ловушек могут [20] использоваться металлические сети, пассивные или активные рассеиватели, буксируемые самолетами на длинных тросах. Ловушка может исполнить свою роль, если она не выделяется на экране РЛС по угловым координатам.

Будучи привязанной к носителю, ловушка будет иметь по существу ту же самую скорость и доплеровскую частоту. Этого достаточно, чтобы создать желаемый имитационный или шумовой сигнал с эффективной мощностью, достаточной чтобы быть захваченным следящими стробами угрожаемого средства. Однако буксируемая ловушка всегда сталкивается с проблемой перекрытия по углам.

Удаление буксируемой ловушки от самолета в основном [20] определяется разрешающей способностью подавляемой системы по скорости и углу (рис.42).



Условие неразрешения самолета и ловушки по углу:

,

где - разрешающая способность подавляемой РЛС по углу, q - ракурс ловушки.

Буксируемая ловушка очень эффективна против полуактивных ракетных систем, поскольку создаваемая ею эффективная мощность достаточна для обеспечения соответствующей защиты против большинства используемых в настоящее время систем

Буксируемые ловушки вероятно менее эффективны против ракет с командным наведением, так как оператор таких систем может легко отличить самолет от ловушек. В общем случае трудно обеспечить буксируемую ловушку высокой эффективной мощностью, достаточной для того, чтобы заставить РЛС командного управления ракетой перейти в режим сопровождения по помехе. Другой проблемой буксируемой ловушки является ее потенциальная неприемлемость для пилотов, которые вынуждены мириться с ухудшением аэродинамики самолета и принимать это во внимание при совершении маневрирования.

Сбрасываемые (расходуемые) ловушки не имеют двигателей и представляют собой активные или пассивные рассеиватели электромагнитной энергии. В частном случае ловушкой может быть пачка, ракета или снаряд, начиненные дипольными отражателями.

Эти системы РЭП базируются на выбросе малогабаритных объектов, полезная нагрузка которых позволяет генерировать имитирующие сигналы с целью перенацеливания следящих стробов угрожаемой системы.

Две проблемы, которые при этом должны быть решены, связаны с доплеровской частотой и продолжительностью их эффективного действия.

Доплеровская проблема может быть решена путем излучения в направлении ловушки соответствующим образом рассчитанной частоты, которая должна излучаться, чтобы увести стробы скорости противосамолетной ракеты, или соответствующим образом откорректированной непосредственно на борту ловушки.

Вторая проблема заключается в том, что после выброса расходуемой ловушки очень трудно поддерживать долго ее эффективность, так как она будет тотчас же отделяться от самолета. Поэтому перед ее пуском необходимо быть уверенным, что ракета уже приближается и находится на правильной дальности. При отсутствии этой информации необходимо запускать расходуемые ловушки через определенные интервалы, начиная с момента обнаружения непрерывного излучения, по всей вероятности являющемся облучением полуактивной ракеты. С этой целью самолет должен быть оснащен большим количеством ловушек.

Для того, чтобы увеличить эффективность этих устройств, разработаны системы, базирующиеся на выбросе активных ловушек в направлении приближающейся ракеты, что увеличивает продолжительность их эффективного действия.

В любом случае должны быть решены проблемы по развязке принимаемых и излучаемых сигналов на столь малом объекте, каким является ловушка.

Защита морских и воздушных носителей должна быть различной вследствие ряда принципиальных особенностей:

· при защите воздушных носителей с помощью внебортовых систем РЭП необходимо, прежде всего, преодолеть проблему имитации доплеровской частоты отраженного сигнала от самолета. Поскольку почти все противосамолетные системы используют мощные доплеровские фильтры, система РЭП, не способная обеспечить вхождение сигнала помехи в доплеровский фильтр, является неэффективной.

· в случае защиты морских объектов основной проблемой, требующей разрешения, является создание сигнала с соответствующей эффективной мощностью, способной замаскировать высокую ЭПР корабля. Требуемая эффективная мощность может быть получена либо с помощью усиления антенны, либо с помощью высокочастотной мощности, генерируемой ЛБВ. Однако в первом случае весьма сомнительно, что ложная цель ограниченного размера сможет нести очень направленную антенну и бортовую систему ее наведения. В последнем случае, с другой стороны, ложная цель должна нести довольно тяжелую нагрузку, состоящую из электронных схем, мощного источника питания и ЛБВ с соответствующей системой охлаждения.

Если ложная цель представляет собой буксируемый бакен, весовых проблем не возникает, но остается проблема с ее правдоподобием, поскольку противокорабельные ракеты обладают высоким разрешением по дальности.

Если угроза состоит из двух ракет, то можно предположить, что ловушка может быть разрушена первой ракетой; в этом случае наличие второй буксируемой ловушки в соответствующем месте будет решающим.

Применительно к выбрасываемой морской ловушке, кроме проблемы, связанной с ограниченностью объема и веса для размещения полезной нагрузки, должны быть разрешены проблемы, связанные с кинематикой ракетной ловушки и ее правдоподобием. Ловушка должна выбрасываться в соответствующий момент времени, чтобы привлечь внимание противокорабельной ракеты и отклонить ее на курс, не представляющий угрозы для корабля.

В этом случае также должна быть рассмотрена дополнительная проблема, создаваемая скоординированным пуском двух противокорабельных ракет.

По принципу действия радиолокационные ловушки подразделяются на пассивные ловушки, осветительные ракеты, активные системы.

Пассивные ловушки [10]. Основная идея, подчеркивающая целесообразность использования пассивных ловушек, заключается в простоте выбрасываемого устройства, способного создавать радиолокационный образ (сигнатуру), для военных систем противника, аналогичный сигнатуре носителя, подлежащего защите.

Применительно к морской ситуации следует упомянуть уголковые отражатели, которые могут быть надувными, располагаться подобно бакенам, быть буксируемыми или в свободном движении.

Одним из первых методов радиопротиводействия РЛС являлось рассеивание дипольных отражателей. Диполи могут использоваться как для создания коридоров скрытного проникновения объектов, так и для самозащиты носителей, выбрасывающих их. При использовании диполей для самозащиты наиболее широко используемыми методами являются методы перенацеливания и маскировки.

При перенацеливании стараются создать ложные цели с расположением, отличающимся от положения защищаемого носителя (рис.43). Основная цель при этом - ввести в заблуждение систему захвата цели РЛС сопровождения. В основном диполи выбрасываются согласованно после того, как с помощью передатчика помех достигнут срыв режима сопровождения или перед захватом цели ракеты.

Маскировка включает в себя распределение диполей в элементе разрешения РЛС, где находится цель. Это может использоваться, когда ЭПР, создаваемая диполями, много больше, чем ЭПР носителя.

Положительной стороной дипольных помех [10] является простота и легкость их создания. Отрицательной стороной такой защиты самолета является то, что при выбросе дипольные отражатели почти мгновенно замедляют скорость перемещения. Этот недостаток может быть частично устранен, если перед выбросом дипольных отражателей пилот сманеврирует таким образом, что создастся очень низкий доплеровский сдвиг частоты отраженного от самолета сигнала относительно РЛС.

Применительно к морской ситуации отрицательной стороной является требование создания более высокой ЭПР ложной цели с помощью диполей, чтобы защитить большие объекты (корабли).

Рис.43 Перенацеливающие (отвлекающие) диполи

Для РЭП оптикоэлектронных средств применяются тепловые (пиропатроны, противоинфракрасные снаряды и др.) и оптические ловушки (макеты объектов), предназначенные для отвлечения на себя ракет, авиационных бомб с системами самонаведения.

Очень хорошим средством радиопротиводействия средствам вооружения с ИК наведением являются [10] пуски осветительных ракет (рис. 44).



Рис.44. Пуски осветительных ракет

Осветительные ракеты содержатся в специальных патронах, обычно складируемые в тех же самых пусковых устройствах, которые используют для выброса дипольных отражателей. После выброса они могут в течение нескольких секунд генерировать излучение с интенсивностью более высокой, чем защищаемый объект. Ракета увлекается светящейся ракетой и наводится на нее, забывая об истинной цели.

Проблемой противодействия данного типа является то, что защищаемый объект не может нести неограниченное количество патронов, поскольку неизвестно, приближается ракета или нет и неизвестно, когда следует пускать осветительные ракеты.

Для разрешения отмеченной проблемы можно использовать систему предупреждения о пуске ракеты или систему предупреждения о приближении ракеты.

Активные системы. Основной целью таких систем является перенацеливание угрожаемого средства на ложную цель, выбрасываемую с защищаемого носителя, путем рассеяния сигнала, подобного отраженному, но более притягательного, чем отраженный сигнал от истинной цели, или путем создания столь сильной шумовой помехи, что приводится в действие помехозащита и РЛС переходит в режим сопровождения помех. К активным системам помимо прочих относят наземные ложные цели-ловушки, представляющие собой мощные источники рассеяния энергии радиоволн. Установленные на некотором удалении от защищаемых объектов, они могут отвлекать на себя управляемые ракеты с радиолокационными ГСН.



9. Противорадиолокационная маскировка

9.1 Методы противорадиолокационной маскировки объектов

Следуя хорошо известному принципу, что наилучшей защитой [10] является устранение обнаружения, защищаемый воздушный или морской объект должен в первую очереди минимизировать свою заметность (видимость) по отношению к поисковым системам противника, которые могут быть радиочастотного (РЧ), инфракрасного (ИК) и оптического типа.

Для снижения радиолокационной заметности могут [10] использоваться следующие методы:

использование поглощающих материалов;

- использование композитных материалов;

- уменьшение острых кромок, неровностей поверхности и уголковых отражателей;

- отклонение отраженных сигналов в сторону от направления на РЛС;

- отклонения отражений в соответствующие направления;

- устранение уголковых переходов;

- снижение ЭПР антенны;

- радиопоглощающие композитные материалы.

Эти методы направлены на снижение ЭПР защищаемого объекта.

9.2 Снижение ЭПР путем выбора формы отражающего объекта [4]

Значение ЭПР во многом определяется формой объекта, а также соотношением его геометрических размеров и длины волны [45]. Так, установлено, что наименьшую ЭПР имеет конус при его облучении со стороны вершины.

По соотношению геометрических размеров объекта и длины падающей волны цели разделяются на 3 группы:

1) цели с размерами много меньше длины волны (l<<л),

2) цели с размерами одного порядка с длиной волны (l?л),

3) цели с размерами много больше длины волны (l>>л).

При l<<л ток, наводимый падающим полем на поверхности тела, имеет одинаковую фазу по всей поверхности. В этом случае форма объекта и наличие малых по сравнению с максимальным размером цели lmax частей не влияет на значение ЭПР. Таким образом, мы можем заменить тело элементарным диполем размером lmax.

ЭПР такого диполя [4]

. (57)

Такое же значение ЭПР имеет куб с размером ребер lmax. Если обозначить объем куба V, то из выражения (57) получим

. (58)

Формула (58) показывает, что для рассматриваемой группы целей ЭПР зависит лишь от объема объекта.

Если l?л, то характерным является осциллирующая зависимость ЭПР от длины волны. Цель имеет максимальную ЭПР при lmax= 0,5л.

При l>>л имеет место оптическое рассеяние. Оно порождается поверхностными токами, наводимыми падающей волной на многочисленных элементах цели. Каждый элемент вносит свой вклад в суммарную ЭПР цели, значение которой определяется по формуле [4]



(59)

где S - часть освещенной поверхности тела; dS' - проекция элемента поверхности dS на плоскость, нормальную к направлению падения волны, ?r-разность хода лучей в точке приема от двух элементов поверхности S.

ЭПР зависит от кривизны тела. Для плоских объектов характерно отсутствие зависимости ЭПР от длины волны.

Плоская поверхность имеет ЭПР, обратно пропорциональную квадрату длины волны:

, (60)

где S - площадь поверхности.

В оптической области рассеяния (l>>л) плоские поверхности, нормальные направлению падения волны, имеют значительные ЭПР. Так, при л = 10 см и S = l м2 получим у = 1,25·103 м2.

Все реальные цели (самолеты, танки, корабли и др.) имеют сложную геометрическую форму. Отраженный от таких объектов сигнал представляет собой векторную сумму элементарных полей , создаваемых отдельными характерными частями цели

, (61)

где rn - расстояние от n-ro отражающего элемента, создающего в раскрыве приемной антенны поле .

Выражение (61) показывает, что суммарная ЭПР сложной цели зависит от длины волны л.

Основной вклад в суммарное поле EУ вносят поля сигналов, отраженных от так называемых блестящих точек цели.

Блестящими точками (областями) цели являются части выпуклых поверхностей, различные стыки, сочленения и другие элементы, действующие как пассивные рассеиватели. Положение блестящей точки на цели зависит от направления паления волны к поверхности цели.

Из-за большого вклада в ЭПР объекта блестящих точек часто можно заменить цель её эквивалентом, составленным только из блестящих точек. Очевидно, что для снижения радиолокационной заметности объекта необходимо по возможности заменять участки тела с резкими переходами на элементы с малыми радиусами кривизны (удалить кромки) и с двойной кривизной, а плоские участки тела развернуть так относительно предполагаемого направления падения волны на цель, чтобы зеркально-отраженные лучи не возвращались обратно в антенну РЛС.

9.3 Противорадиолокационные покрытия

Противорадиолокационными покрытиями (ПРЛП) называются материалы (со специальными химическими и физическими свойствами), предназначенные для нанесения на маскируемые объекты в целях существенного снижения ЭПР или искажения характеристик отраженного поля [4]. Принцип действия ПРЛП основан на явлениях интерференции, дифракции и поглощения волн в материалах, имеющих сложную физическую и химическую структуру. В настоящее время известны следующие виды ПРЛП [4]:

1) интерференционные,

2) поглощающие,

3) неотражающие структуры,

4) комбинированные.

9.4 Интерференционные покрытия

Действие интерференционных покрытий основано на эффекте снижения интенсивности отражённой энергии ЭМВ за счёт интерференции нескольких когерентных пучков волны, прошедших различные расстояния от облучателя к приёмнику. В результате суммирования таких пучков получается интерференционная картина. Расстояния между максимумами и минимумами интерференционной картины в дальней зоне велико. Таким образом удаётся ослабить отражённый сигнал в направлении минимумов интерференционной картины.

Различают два основных вида интерференционных покрытий: двухлучевые и многолучевые.

В основе конструирования двухлучевых покрытий лежит явление двухлучевой интерференции. Рассеяние от этих покрытий формируется за счет интерференции луча, отраженного от внешней границы раздела, и луча, отраженного от границы раздела «покрытие - объект» (рис.45,а). Антенная система Ан фокусирует луч в точке Р. За счет интерференции двух монохроматических волн Е1 и Е2, отличающихся постоянной фазой д, интенсивность IР результирующего поля зависит от разности фаз д:

, (62)

где - интенсивности интерферирующих пучков (косые скобки означают усреднение по времени);

. (63)

а б

Рис.45. К пояснению принципов действия интерференционных покрытий: а - двухлучевого; б - многолучевого

В выражении (63) п1 - коэффициент преломления покрытия; л0 - длина волны в свободном пространстве; h - толщина покрытия; и' - угол преломления.

При нормальном падении (и'=0?) минимум интенсивности переизлучаемой волны имеет место при д=(2m+1)р, т = 0, 1, 2, т. е. при толщине покрытия

. (64)

Минимальная толщина эффективно действующего покрытия

hmin= л/4n1.

Под многолучевым интерференционным покрытием понимается [4] однослойная или многослойная структура одинаковой толщины, переотражающая поле, состоящее из суммы пучков, испытавших многократное отражение (рис.45,б). Все отраженные лучи С1,С2,..., Ср порождены падающим лучом S1 и после отражения взаимно параллельны.

На рис.46 штриховой линией показаны диаграмма рассеяния металлической пластины, а сплошной линией - диаграмма рассеяния той же пластины, защищенной интерференционным покрытием. Из рисунка видно, что в направлении падения волны отражение отсутствует [4]. Однако в других направлениях интенсивность отраженных сигналов может быть значительной. Это является недостатком, ограничивающим применение интерференционных покрытий при решении задач ПРЛМ объектов, обнаружение которых возможно многопозиционными радиолокационными системами. Другим недостатком интерференционных покрытий является их малая диапазонность.