Способ защиты рлс от противорадиолокационных ракет

 

Изобретение относится к пассивным способам защиты радиолокационных станций (РЛС) от самонаводящегося оружия, в частности от противорадиолокационных ракет (ПРР), оснащенных пассивными радиолокационными головками самонаведения (ГСН). Технический результат состоит в разработке способа противодействия ПРР для автономной и высокомобильной РЛС (ЗКР), ведущей боевую работу (функционирующей) в движении и на месте, при отсутствии взаимодействующих РЛС, времени и средств для размещения ДИИ. По предлагаемому способу на борту (на шасси) прикрываемой РЛС (ЗРК) необходимо устанавливать пусковое устройство ракет-ловушек, способное изменять угол старта ракеты-ловушки, определять направление на примененную противорадиолокационную ракету, ее дальность и скорость, с которого навстречу приближающейся ПРР с некоторым угловым смещением (угол α_см) относительно направления на нее необходимо произвести пуск неуправляемой ракеты-ловушки с размещенным на ней генератором СВЧ-сигнала. Параметры и уровень сигнала, вырабатываемого генератором и распространяющегося в направлении на ПРР, должны соответствовать параметрам сигнала защищаемой РЛС. За счет наличия угла смещения осуществляется увод ПРР от точки стояния РЛС. Это происходит вследствие того, что ГСН ПРР осуществляет перезахват сигнала ракеты-ловушки, поскольку в момент ее пуска излучение РЛС прекращается. При этом существует незначительная возможность попадания ПРР в ловушку, что не только не снижает эффективности применения ракеты-ловушки, а наоборот, обеспечивает преждевременный подрыв ПРР и, соответственно, сохранность РЛС. В противном случае ПРР продолжает движение, но уже с измененной траекторией, что в свою очередь приводит к промаху ПРР. После старта ракеты-ловушки излучение РЛС выключается. Это делается с целью исключения возможности захвата сигнала РЛС головкой ПРР после пролета ракеты-ловушки. Величина увода ПРР от точки стояния РЛС и, следовательно, вероятность защиты РЛС тем больше, чем больше угол смещения и время полета ракеты-ловушки. После пролета ПРР мимо ракеты-ловушки через время t = D_прр/V_прр излучение РЛС снова включается. 3 ил.

Изобретение относится к пассивным способам защиты радиолокационных станций (РЛС) от самонаводящегося оружия, в частности от противорадиолокационных ракет (ПРР), оснащенных пассивными радиолокационными головками самонаведения (ГСН).

В качестве одного из пассивных способов широко используется смещение точки наведения в сторону от подавляемой РЛС. Такое смещение может создаваться в известных способах путем использования дополнительных источников излучения (ДИИ) и различного рода переотражателей [1,2]. Смещение точки самонаведения может также создаваться за счет облучения подстилающей поверхности [3]. Этот способ эффективен и достаточно прост, но работает лишь в ограниченных условиях, так как угол облучения РЛС поверхности должен быть менее 15^o от нормали. Кроме того, существует способ селекции прямого сигнала на фоне сигнала, переотраженного от подстилающей поверхности [4].

Известен также способ использования N ДИИ [5], выполненных в виде передатчиков с антеннами, способными выдерживать воздействие взрыва боевой части ПРР. Такие передатчики могут быть когерентными и некогерентными. В случае использования некогерентного источника его сигналы имеют временные и частотные параметры, отличающиеся от параметров зондирующего сигнала РЛС, что дает возможность ГСН ПРР селектировать сигнал РЛС на фоне сигналов ДИИ по частотным и временным параметрам. Вероятность нацеливания ГСН ПРР на сигнал РЛС в случае предварительной разведки, например перед пуском ПРР, приблизительно равна 1, а в случае самостоятельной разведки ГСН в ходе полета 1/(1+N). При использовании когерентных источников параметры сигналов, излучаемых дополнительными источниками, совпадают с параметрами зондирующих сигналов (ЗС) РЛС. В таком случае сигналы от всех дополнительных источников будут изменяться вместе с изменением параметров ЗС РЛС, а ГСН ПРР будет производить повторный поиск временных и частотных параметров излучаемых сигналов. Вероятность того, что головка самонаведения противорадиолокационной ракеты выберет РЛС среди N ложных источников в вышеуказанных условиях равна 1/(1+N) [1,2].

Известен еще один способ защиты от ПРР [6], заключающийся в том, что для защиты М РЛС используются N ДИИ. При этом ДИИ располагаются от периметра группы М РЛС на расстояниях, не меньших радиуса поражения боевой части (БЧ) ПРР, и не больших расстояния прямой видимости РЛС. Группа из М РЛС должна иметь возможность программного обзора пространства. Временными и частотными параметрами ДИИ может управлять любая станция из состава группы, исключая возможность управления ДИИ одновременно двумя и более РЛС. При этом период излучения отвлекающих сигналов ДИИ должен быть меньше постоянной контура управления ПРР.

Данному способу присущи следующие существенные недостатки, снижающие его эффективность и себестоимость: антенны и элементы конструкции ДИИ должны выдерживать возможный близкий подрыв БЧ ПРР, что может быть достигнуто применением брони или уменьшением габаритов, а это в свою очередь ведет к дороговизне и усложнению конструкции ДИИ; для реализации способа необходимо обязательное изменение параметров зондирующих сигналов РЛС из состава группы с целью получения вариаций нормали к фазовому фронту суммарных излучаемых волн, что не позволяет применить способ для защиты одной РЛС; группа РЛС обязательно должна иметь возможность программного обзора пространства, что ведет к усложнению устройств излучения и обработки радиолокационной информации, что также повышает дороговизну способа; использование N ДИИ в качестве элементов защиты М РЛС будет оказывать ощутимое влияние на время развертывания и свертывания М РЛС на местности; для приведения ДИИ в рабочее состояние необходимо дополнительное время и увеличение людских затрат, что в свою очередь не может не сказаться на мобильности используемых РЛС; для рассматриваемого способа необходимо, чтобы защищаемые РЛС не меняли координаты точки стояния, что лишает их возможности перемещаться в процессе функционирования и повышает их уязвимость; все части устройства должны располагаться относительно друг друга на расстоянии, обеспечивающем электромагнитную совместимость [7], но не больше расстояния прямой видимости.

Главным недостатком указанного способа является невозможность его использования для автономной РЛС или зенитного ракетного комплекса (ЗРК), постоянно меняющих свое местоположение (позицию), ведущих боевую работу в движении.

Цель изобретения состоит в разработке способа противодействия ПРР для автономной и высокомобильной РЛС (ЗРК), ведущей боевую работу (функционирующей) в движении, при отсутствии взаимодействующих РЛС, времени и средств для размещения ДИИ.

Для достижения указанной цели авторы предлагают на борт автономной одиночной РЛС, способной функционировать в движении и на месте, устанавливать пусковое устройство ракет-ловушек и определять направление на противорадиолокационную ракету, ее дальность и скорость. Пусковое устройство ракеты-ловушки разворачивают на угол α_cм, равный половине ширины диаграммы направленности антенны ракеты-ловушки, и производят пуск неуправляемой ракеты-ловушки с включенным передатчиком отвлекающих сигналов, под углом α_cм относительно направления на противорадиолокационную ракету. Период повторения излучаемых отвлекающих сигналов должен быть меньше постоянной времени контура управления наведением противорадиолокационной ракеты. Одновременно с пуском ракеты-ловушки излучение РЛС выключают, которое включают через время t = D_прр/V_прр, где D_прр - дальность до противорадиолокационной ракеты, V_прр - скорость противорадиолокационной ракеты.

По предлагаемому способу (фиг. 1) на борту (на шасси) прикрываемой РЛС (ЗРК) необходимо устанавливать пусковое устройство ракет-ловушек, способное изменять угол старта ракеты-ловушки, определять направление на примененную противорадиолокационную ракету, ее дальность и скорость, с которого навстречу приближающейся ПРР с некоторым угловым смещением (угол α_cм ) относительно направления на нее необходимо произвести пуск неуправляемой ракеты-ловушки с размещенным на ней генератором СВЧ-сигнала. Параметры и уровень сигнала, вырабатываемого генератором и распространяющегося в направлении на ПРР, должны соответствовать параметрам сигнала защищаемой РЛС.

За счет наличия угла смещения осуществляется увод ПРР от точки стояния РЛС. Это происходит вследствие того, что ГСН ПРР осуществляет перезахват сигнала ракеты-ловушки, поскольку в момент ее пуска излучение РЛС прекращается. При этом существует незначительная возможность попадания ПРР в ловушку, что не только не снижает эффективности применения ракеты-ловушки, а наоборот, обеспечивает преждевременный подрыв ПРР и, соответственно, сохранность РЛС. В противном случае ПРР продолжает движение, но уже с измененной траекторией, что в свою очередь приводит к промаху ПРР. После старта ракеты-ловушки излучение РЛС выключается. Это делается с целью исключения возможности захвата сигнала РЛС головкой ПРР после пролета ракеты-ловушки. Величина увода ПРР от точки стояния РЛС и, следовательно, вероятность защиты РЛС тем больше, чем больше угол смещения и время полета ракеты-ловушки. После пролета ПРР мимо ракеты-ловушки, через время t = D_прр/V_прр, излучение РЛС снова включается.

Ранее предполагалось [8] в качестве источника излучения ракеты-ловушки применять ретранслятор-усилитель. В данном случае выбор в качестве источника СВЧ-колебаний генератора, а не усилителя, ретранслирующего сигналы РЛС, обусловлен рядом причин: предлагаемый в качестве генератора магнетрон по сравнению с другими приборами обладает наибольшим коэффициентом полезного действия и удельной мощностью на единицу веса; использование усилителя-ретранслятора в обязательном порядке вводит задержку фронта импульса РЛС на величину l/ΔF_д, где ΔF_д - ширина полосы пропускания усилительного тракта, что может привести к временному разрешению передних фронтов импульсов, излучаемых РЛС и ракетой- ловушкой;
в габаритах ракеты-ловушки сложно обеспечить необходимую развязку приемной и передающей антенн.

Уровень сигнала от ракеты-ловушки должен быть не менее сигнала, излучаемого РЛС в направлении на ПРР. Иными словами, должно выполняться неравенство
P_л · G_л ≥ P_рлс · G_рлс · g,
где P_рлс, G_рлс - мощность передающего устройства и коэффициент усиления антенны РЛС;
P_л, G_л - мощность передающего устройства и коэффициент усиления антенны ракеты-ловушки соответственно;
q = 0...1- значение множителя направленности излучения РЛС на ПРР.

Для обоснования необходимой мощности излучения ракеты-ловушки будем использовать известное выражение для коэффициентов усиления апертурных антенн [9, 10, 11,]:

где S_a = πR²_л - площадь раскрыва антенны ловушки;
λ - длина волны РЛС (ракеты-ловушки).

Требуемая средняя мощность передатчика ракеты-ловушки с учетом наведения ПРР на фоновое излучение РЛС выражается формулой

Поскольку размеры пускового устройства ЗРК ограничены размерами шасси, то и размеры пускового устройства ракеты-ловушки, как и сама ракета-ловушка, будут ограничены. Это в свою очередь накладывает жесткие требования на массу и калибр ракеты-ловушки. Диаметр антенны ракеты-ловушки при этом не может превышать 100-120 мм. С учетом этого, а также того, что уровень диаграммы направленности антенны в направлении на ПРР будет составлять 35-40 дБ, требуемая средняя мощность передатчика ракеты-ловушки в соответствии с (1) составит
при P_рлс = 1.9 кВт, G_рлс = 4300, q = 5·10^-4, λ = 4 см, R_л= 5.5 см, P_л ≥ 55 Вт.

Взаимодействие защищаемой РЛС, пускового устройства ракеты-ловушки и непосредственно ракеты-ловушки состоит в следующем. Как видно из (фиг. 1), цель 2 производит пуск ПРР 3 по функционирующей РЛС 1. РЛС 1 необходимо обнаружить и распознать ПРР с использованием известных способов. Один из них описан в [12]. Существуют также другие специальные алгоритмы распознавания ПРР. В качестве признаков, характеризующих атакующие ПРР, могут быть использованы:
поляризационная матрица рассеяния ПРР;
радиальная составляющая скорости ПРР;
протяженность ПРР в направлении излучения;
параметр движения ПРР.

После обнаружения и распознавания ПРР 3 на устройство управления пуском ракет-ловушек поступает информация о параметрах сигнала защищаемой РЛС 1 и координатах обнаруженной ПРР 3. На основе этой информации осуществляется привязка частоты следования импульсов, излучаемых ракетой-ловушкой к частоте следования импульсов излучаемых РЛС 1. Если в РЛС 1 применяется поимпульсная перестройка несущей частоты, то перед пуском ракеты-ловушки РЛС 1 переходит на частоту, на которой работает генератор ракеты-ловушки. После этого с РЛС 1 осуществляется запуск ракеты-ловушки 4 с некоторым смещением на угол α_cм относительно линии визирования D, (РЛС 1 - ПРР 3). В момент запуска ракеты-ловушки 4 излучение РЛС 1 выключается. ГСП ПРР 3 осуществляет перезахват сигнала ракеты-ловушки 4, в результате чего ПРР 3 меняет свою траекторию наведения с D на S. В случае использования РЛС импульсного сигнала период повторения излучаемых отвлекающих сигналов должен быть меньше постоянной времени контура управления наведением ПРР. Это необходимо для того, чтобы рули ПРР успевали отработать за ГСН ПРР при сопровождении ей ракеты-ловушки. Использование такого способа обеспечивает эффективную защиту РЛС от ПРР и устраняет ряд недостатков, присущих известным ранее способам:
пропадает необходимость применения ДИИ с бронированием узлов и элементов;
предлагаемый способ позволяет защищать как группу РЛС, так и отдельную станцию, которые в свою очередь могут и не иметь программного обзора;
отсутствие затрат времени на развертывание и свертывание пускового устройства позволяет решить проблему отрыва людских ресурсов от выполнения прямых обязанностей;
снимается вопрос, связанный с отвлечением времени на развертывание N ДИИ.

На фиг. 1 показано применение дополнительного источника излучения, выполненного в виде неуправляемой ракеты-ловушки. Ракета-ловушка применяется для защиты автономной и высокомобильной РЛС (ЗРК), ведущей боевую работу в движении и на месте, при отсутствии взаимодействующих РЛС, времени и средств для размещения вокруг N ДИИ. Вариант структурной схемы ракеты-ловушки представлен на фиг. 2. Импульсы синхронизации с защищаемой РЛС поступают на синхронизируемый генератор, который запитывается от электрохимического источника питания. Синхронизируемый генератор обеспечивает синхронную работу передающего устройства РЛС и ракеты-ловушки соответственно и вырабатывает сигналы, необходимые для работы преобразователя-модулятора. Преобразователь-модулятор создает импульсы запуска генератора СВЧ-сигнала. Далее через антенно-волноводный тракт импульсы генератора СВЧ-сигнала ракеты-ловушки, идентичные по своим параметрам импульсам генератора СВЧ-сигнала РЛС, излучаются в пространство.

Запуск ракеты-ловушки осуществляется в момент подлета ПРР к РЛС на расстояние, обеспечивающее надежный захват сигнала ракеты-ловушки ГСН ПРР. Поэтому для более длительного воздействия на ГСН ПРР запуск ракеты-ловушки должен происходить с таким расчетом, чтобы угол смещения старта ракеты-ловушки (от направления на ПРР) был равен половине ширины диаграммы направленности, (2Θ^o _0,5p) антенны ловушки. На фиг. 3 графически продемонстрировано обоснование угла старта ракеты-ловушки.

В случае (фиг. 3а) уменьшается кривизна траектории увода ПРР от подавляемой РЛС.

Для (фиг. 3в) воздействие излучения ракеты-ловушки на ГСН ПРР будет минимизировано.

Из фиг. 3б видно, что именно при достигается максимальный эффект воздействия сигнала, излучаемого ракетой-ловушкой на ГСН ПРР.

Для зеркальных антенн, наиболее часто применяемых в головных частях ракет, ширина диаграммы направленности (ШДН) равна

где m - коэффициент пропорциональности, учитывающий закон распределения амплитуд на раскрыве, равен 65-80^o;
λ - длина волны;
d -диаметр антенны ловушки.

Таким образом, зная необходимые параметры λ = 4 см, d = 11 см, можно вычислить 2Θ^o _0,5p = (23.6^o-29^o), и угол смещения α_cм = (11.8^o-14.5^o).

Главным достоинством указанного способа является возможность его использования для автономной РЛС (ЗРК), постоянно меняющей свое местоположение (позицию), ведущей боевую работу в движении и на месте.

Используемая литература
1. Головин С.А., Сизов Ю.Г., Скоков А.Л., Хунданов Л.Л. Высокоточное оружие и борьба с ним. М.: Издательство " Вооружение. Политика. Конверсия.", 1996.

2. Небабин В. Г., Кузнецов И.Б. Защита РЛС от ПРР //Зарубежная радиоэлектроника. 1991 N4. С. 67-81.

3. Волжин А.Н., Сизов Ю.Г. Борьба с самонаводящимися ракетами. М.,Воениздат, 1983.

4. Патент 3757326 (США), кл. G 01 S-9/32.

5. Патент 4698638 (США), кл. G 01 S-13/10.

6. Патент РФ N 2099734 от 20.12.97 г. Ивашечкин А. А., Леонов Г.А. Способ защиты группы радиолокационных станций от противорадиолокационных ракет с использованием дополнительных источников излучения и устройство для его осуществления. Заявка N 96103564/09. Приоритет 23.02.96 г. (прототип).

7. Комиссаров Ю.А., Родионов С.С. Помехоустойчивость и электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Киев, Техника, 1978.

8. Гусев В.П., Толкачев А. М. Использование неуправляемых ракет-ловушек для защиты объектов сухопутных войск от высокоточного оружия //Материалы научно-технической конференции. - Киев: КВЗРИУ, 1983. С.23-28.

9. Марков Г.Т. Антенны. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1975. - 528с.

10. Антенны и устройства СВЧ. Под ред. Д. И. Воскресенского - М.: Радио и связь, 1981. -432с.

11. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь. 1983. - 536 с.

12. Патент РФ N 2097782. Ермоленко В.П., Митрофанов Д.Г.. Устройство распознавания противорадиолокационных ракет. МПК⁶ G 01 S 13/02. Заявка N 96109815. Приоритет 21.05.96 г. Опубл. 27.11.97 г.

Формула изобретения

Способ защиты РЛС от противорадиолокационных ракет, заключающийся в том, что излучаются отвлекающие сигналы, причем период повторения излучаемых отвлекающих сигналов должен быть меньше постоянной времени контура управления наведением противорадиолокационной ракеты, отличающийся тем, что на борт автономной одиночной РЛС, способной функционировать в движении и на месте, устанавливают пусковое устройство ракет-ловушек, определяют направление на противорадиолокационную ракету, ее дальность и скорость, разворачивают пусковое устройство ракеты-ловушки на угол α_см, равный половине ширины диаграммы направленности антенны ракеты-ловушки, и производят пуск неуправляемой ракеты-ловушки с включенным передатчиком отвлекающих сигналов под углом α_см относительно направления на противорадиолокационную ракету и выключают излучение РЛС, которое включают через время t = D_прр/V_прр, где D_прр - дальность до противорадиолокационной ракеты, V_прр - скорость противорадиолокационной ракеты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3