Способ защиты радиолокационной станции от противорадиолокационной ракеты на основе использования переизлучающего экрана

 

Изобретение относится к пассивным способам защиты радиолокационных станций (РЛС) от самонаводящегося оружия, и в частности от противорадиолокационных ракет (ПРР), оснащенных пассивными радиолокационными головками самонаведения (ГСН). Техническим результатом изобретения является увеличение надежности защиты РЛС методом увода ПРР в точку фиктивного излучения большой мощности, находящуюся на дальности от РЛС более 100 м, с одновременным снижением дороговизны применяемых технических решений. Для достижения указанного технического результата предлагается на некотором удалении от защищающейся РЛС, превышающем радиус разлета осколков боевой части ПРР, размещать устройство переотражения излучения (УПИ) и разворачивать его таким образом, чтобы переотраженный им луч основного излучения РЛС попадал в угол зрения головки самонаведения ПРР. При обнаружении факта применения ПРР предлагается разворачивать антенну РЛС на УПИ и переводить РЛС в режим квазинепрерывного излучения для снижения скважности излучаемого сигнала. Разворот РЛС в направлении УПИ обеспечивает снижение уровня излучения РЛС в направлении ПРР до уровня боковых лепестков, т.е. до уровня так называемого фонового излучения, в то время как мощные сигналы основного лепестка диаграммы направленности РЛС будут переизлучаться в направлении ПРР предлагаемым УПИ. Перевод РЛС в режим квазинепрерывного излучения обеспечивает надежность превышения постоянной контура управления наведением ПРР периода повторения импульсов в РЛС. Перечисленные меры обеспечивают захват головкой самонаведения ПРР сигналов от УПИ и перенацеливание ПРР на точку стояния УПИ. Таким образом, после подрыва ПРР РЛС остается работоспособной и неповрежденной. 2 ил.

Изобретение относится к пассивным способам защиты радиолокационных станций (РЛС) от самонаводящегося оружия, и 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].

Известен также способ использования N ДИИ [3], 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 проведения предварительной разведки перед пуском ПРР приблизительно равна 1, а в случае самостоятельной разведки ГСН в ходе полета равна 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 ГСН ПРР выберет РЛС среди N ложных источников в вышеуказанных условиях, равна 1/(1+N) [1, 2, 4].

Известен способ защиты РЛС от противорадиолокационных ракет [5], заключающийся в том, что на борт автономной одиночной РЛС, способной функционировать в движении и на месте, устанавливают пусковое устройство ракет-ловушек. Затем 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. При этом период повторения излучаемых отвлекающих сигналов должен быть меньше постоянной времени контура управления наведением противорадиолокационной ракеты. Запуск неуправляемой ракеты-ловушки осуществляют под углом α_см относительно направления на противорадиолокационную ракету. Далее выключают излучение РЛС, которое включают через время t= D_прр/V_прр, где D_прр - дальность до противорадиолокационной ракеты; V_прр - скорость противорадиолокационной ракеты.

Недостатком данного способа является то, что он является дорогостоящим и недостаточно надежным, поскольку в зависимости от дальности пуска ПРР, времени ее обнаружения и параметров движения ПРР, ее увод от прикрываемой РЛС может составлять от 30 до 150 м. Принимая во внимание тот факт, что радиус разлета осколков боевой части ПРР составляет порядка 100 м, указанный выше увод ПРР не обеспечивает надежной защиты.

Целью изобретения является увеличение надежности защиты РЛС методом увода ПРР в точку фиктивного излучения большой мощности, находящуюся на дальности от РЛС более 100 м, с одновременным снижением дороговизны применяемых технических решений.

Для достижения указанной цели, предлагается на некотором удалении от защищающейся РЛС, превышающем радиус разлета осколков боевой части ПРР, размещать устройство переотражения излучения (УПИ) и разворачивать его таким образом, чтобы переотраженный им луч основного излучения РЛС попадал в угол зрения головки самонаведения ПРР. При обнаружении факта применения ПРР предлагается разворачивать антенну РЛС на УПИ и переводить РЛС в режим квазинепрерывного излучения для снижения скважности излучаемого сигнала. Разворот РЛС в направлении УПИ обеспечивает снижение уровня излучения РЛС в направлении ПРР до уровня боковых лепестков, т.е. до уровня так называемого фонового излучения, в то время как мощные сигналы основного лепестка диаграммы направленности РЛС будут переизлучаться в направлении ПРР предлагаемым УПИ. Перевод РЛС в режим квазинепрерывного излучения обеспечивает надежность превышения постоянной контура управления наведением ПРР периода повторения импульсов в РЛС.

Для точного переотражения излучения РЛС в направлении ПРР в бортовом вычислителе РЛС производится расчет необходимого угла места и азимута разворота УПИ на основе знания его пространственного положения и дальности УПИ от РЛС, а также знания дальности и скорости полета ПРР. УПИ разворачивается на необходимые углы по сигналам, передаваемым на угломестный и азимутальный приводы УПИ по линиям связи (проводным либо телекодовым). Необходимо также учитывать, что за счет разности расстояний, проходимых излучаемым РЛС импульсом по кратчайшему пути к ПРР и при переотражении от экрана, этот зондирующий импульс поступит на ГСН ПРР дважды. Для принятия однозначного решения в ГСН современных ПРР, применяется способ селекции по времени прихода импульса (стробирование по дальности) [1, 6].

Строб дальности запускается самим импульсом РЛС - цели. Спустя установленное время (0,1-0,5 мкс), приемник ГСН закрывается на время, несколько меньшее периода следования принимаемых импульсов РЛС, то есть блокирует сам себя, запирая приемник ГСН. Тем самым подавляются переотраженные поверхностью сигналы и импульсы других РЛС, поступающие на вход ГСН после временного строба. Поэтому без принятия дополнительных мер импульс, переотраженный экраном, будет игнорирован приемником ПРР, т. е. перенацеливания ГСН не произойдет. Селекция импульсов, как было показано выше, производится на временном интервале, равном (0,1-0,5 мкс), относительно положения импульса РЛС предшествующего периода излучения. Принимая во внимание дальности установки экрана (d=150-200 м), можно ориентироваться на задержку времени прихода импульса при переотражении от экрана на величину порядка (1-1,3 мкс), что исключает его прохождение в тракт приема. Указанная проблема может быть решена, за счет использования в передающем тракте РЛС перестраиваемой линии задержки [7, 8]. Применив необходимую задержку, начиная с одного из периодов повторения, можно обеспечить последующее проникновение в тракт приема ГСН именно переотраженных импульсов. При этом импульсы, приходящие на ГСН по кратчайшему расстоянию, будут отсекаться временным (дальностным) селектором.

Перечисленные меры обеспечивают захват головкой самонаведения ПРР сигналов от УПИ и перенацеливание ПРР на точку стояния УПИ. Таким образом, после подрыва ПРР, РЛС остается работоспособной и неповрежденной. Как менее эффективный вариант применения имитируемого центра излучения можно предложить использование неровностей земной поверхности: холмов, сооружений и т.п. Основной луч РЛС может направляться на эти неровности, соблюдая примерное равенство угла падения и отражения радиоволн. В этом случае мощность переизлученного сигнала в направлении ПРР будет меньше, однако она и в этом случае будет превышать мощность бокового излучения РЛС. Зато налицо явное преимущество такого способа - его дешевизна. Недостатком является обязательное наличие неровностей земной поверхности, что не всегда имеет место. Кроме того, вследствие априорной неизвестности точки переизлучения от земной поверхности, разрешение проблемы, применяемой в современных ПРР селекции по времени прихода импульса, технически трудно выполнимо.

Более подробно существо предлагаемого способа можно пояснить следующим образом. На некотором расстоянии d от прикрываемой РЛС устанавливают УПИ. Предлагаемое устройство переотражения излучения (см. фиг.1) может представлять собой экран из металлической (металлизированной) сети 2, которая натянута на прямоугольный металлический каркас 1. Каркас закрепляется в жестком кронштейне 3, связанном с устойчивой платформой 4 поворотным азимутальным соединением 6. Изменение угла места экрана осуществляется вращающимися сочленениями 5, связывающими каркас 1 и кронштейн 3. Применение экрана в виде сети снижает его парусность, т.е. обеспечивает его устойчивое состояние в приданном положении в любых климатических условиях. Для обеспечения хороших отражательных свойств и качественного зеркального переотражения радиоволн, размер ячейки сети 2 должен быть меньше половины длины волны излучения РЛС.

УПИ следует располагать на местности с учетом априорно известного направления действия авиации. Линия, соединяющая РЛС с УПИ, должна быть перпендикулярна возможному направлению применения ПРР. Это при прочих равных условиях обеспечивает наибольший увод ПРР от РЛС. УПИ также следует размещать с таким расчетом, чтобы на пути луча антенны РЛС в направлении УПИ не было местных предметов (холмов, деревьев, сооружений), препятствующих прямому распространению радиоволн.

Итак, расположив переотражающий экран (УПИ) на расстоянии d от РЛС (см. фиг.2) необходимо заблаговременно определить его азимут β_э. В момент применения ПРР 9 защищающаяся РЛС переводится в режим защиты от ПРР, подразумевающий разворот антенны РЛС 7 в направлении на экран 8, включение режима квазинепрерывного излучения (при наличии такового) и решение геометрической задачи для правильного разворота экрана 8.

Первоначально РЛС 7 необходимо обнаружить и распознать ПРР с использованием известных способов. Один из них описан в [9]. 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, скачки сигналов ошибок в канале угловой автоматики. После обнаружения и распознавания ПРР защищающаяся РЛС определяет ее угловые координаты и дальность. Обозначим дальность до ПРР через D, а угол места через ε. Поскольку ПРР наводится на РЛС, то известен ее вектор скорости . Абсолютная же скорость ПРР известна из многих источников [1, 6, 10] и приблизительно равна 700 м/с. Введем дополнительные обозначения: D₁ - проекция дальности от РЛС 7 до ПРР 9 на горизонтальную плоскость; D₂ - проекция дальности от ПРР 9 до экрана 8 на горизонтальную плоскость; V_прр - скорость полета ПРР; α - угол с вершиной в точке расположения экрана 8 и лучами в направлении на РЛС 7 и в точку, являющуюся проекцией ПРР на плоскость горизонта (на фиг. 2 - точка О); β - азимут ПРР; γ - угол с вершиной в точке стояния РЛС 7 между направлениями на экран 8 и точку О.

Задача правильного переотражения луча РЛС 7 от экрана 8 решается на основе равенства углов падения и отражения и фактически сводится к нахождению угла места экрана ε_э и угла поворота продольной оси экрана относительно направления на РЛС ξ.

Используя геометрические закономерности, устанавливаем, что 2ξ = 180°-α, откуда Значит для нахождения угла ξ необходимо рассчитать угол α. По теореме косинусов справедливо D₂ ² = D₁ ² + d² - 2D₁d cosγ. (2) Величина угла γ, определяется из выражения γ = β_э-β. Очевидно также, что D₁ = D cosε. (3)
Подставляя (3) в (2), получим

С другой стороны
D₁ ² = D₂ ² + d² - 2D₂d cosα, (5)
откуда

Подставляя (4) в (6), получим

После упрощения формулы (7), выразим угол α

Тогда выражение (1) примет вид

Используя закон отражения радиоволн от однородной изотропной плоскости (экрана 8), заключаем также, что необходимый угол места экрана определяется выражением
ε_э = ε/2. (10)
Таким образом, знание координат экрана 8 и ПРР 9 позволяет достаточно просто по формулам (9) и (10) рассчитать углы поворота и наклона экрана 8. По рассчитанным значениям углов вырабатываются соответствующие сигналы управления приводами УПИ, которые поступают по линиям связи на УПИ и разворачивают экран 8 в нужное положение.

Если время разворота антенны в направлении на экран 8 обозначить Т_p, то выражение (9) можно уточнить

Из (фиг.2) и выражения (10) следует

Используя (4) и (12) с учетом времени разворота РЛС в направлении на УПИ, получим

Таким образом, по предлагаемому способу, в одном из периодов повторения и в каждом последующем периоде время излучения сигналов должно быть задержано на t₃. При этом зондирующий импульс РЛС при прямолинейном распространении волн от РЛС к ПРР отстанет в каждом периоде на t₃ и будет отрезан применяемым временным стробом от проникновения в приемный тракт ГСH ПРР. В то же время задержанный на t₃, импульс, переотраженный экраном, попадая в строб селектора, будет в каждом последующем периоде восприниматься приемником ПРР, что обеспечит перенацеливание ПРР на новый источник излучения - переотражающий экран. Это произойдет тем более потому, что переотраженные УПИ импульсы будут обладать большей мощностью, по сравнению с импульсами бокового излучением РЛС.

Итак, взаимодействие защищающейся РЛС и УПИ можно кратко представить следующей последовательностью действий:
1) на некотором удалении от защищаемой РЛС, превышающем радиус разлета осколков боевой части ПРР, разместить устройство переотражения излучения (УПИ), причем линия, соединяющая РЛС и УПИ должна быть перпендикулярна ожидаемому направлению применения ПРР;
2) при обнаружении факта применения ПРР определить ее координаты и скорость, а затем развернуть антенну РЛС в направлении на УПИ;
3) для точного переотражения излучения РЛС в направлении ПРР в бортовом вычислителе РЛС произвести расчет необходимого угла места и азимута разворота УПИ на основе знания его пространственного положения и дальности УПИ от РЛС;
4) развернуть УПИ на необходимые углы по сигналам, передаваемым на угломестный и азимутальный приводы УПИ по линиям связи, обеспечивая попадание переотраженного экраном УПИ основного луча РЛС в поле зрения головки самонаведения ПРР;
5) задержать сигнал от РЛС до ПРР на время t₃, для обеспечения пропуска селектором ГСН ПРР импульсов, переотраженных экраном, и игнорирования импульсов бокового излучения РЛС, приходящих к ПРР по кратчайшему пути.

Использование предлагаемого способа обеспечивает эффективную защиту РЛС от ПРР и устраняет ряд недостатков, присущих известным ранее способам:
уменьшаются материальные затраты на реализацию данного способа;
повышается эффективность борьбы с ПРР, поскольку способ предусматривает точное соответствие параметров переизлучаемых сигналов УПИ, параметрам сигналов РЛС;
обеспечивается превышение мощности излучения имитирующего источника над мощностью РЛС;
решается проблема, связанная с наличием в ГСН ПРР временной отсечки принимаемых сигналов;
повышается надежность защиты РЛС от ПРР, поскольку удаление фиктивной точки излучения всегда превышает радиус разлета осколков боевой части ПРР.

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, 4. С. 67-81.

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

4. Патент РФ 2099734 от 20.12.97г. 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 96103564/09. Приоритет 23.02.96 г. (аналог).

5. Патент РФ 2153684. Успенский С.А., Чухлеб Ф.С., Друзин С.В., Скоков А. Л. , Пономарев А.Н., Пономарев Д.А., Митрофанов Д.Г. Способ защиты РЛС от противорадиолокационных ракет. МПК⁶ G 01 S 7/38. Заявка 99118338. Приоритет 24.08.99 г. Опубл. 27.07.2000 г. (прототип).

6. Буров С. В. , Чудненко В.Л. Противорадиолокационные ракеты. Учебное пособие - М., Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики, 1994. С.82-141.

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

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

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

10. Ефимов Е. А., Дворецкий А.А. Управляемые ракеты класса "воздух-поверхность". Зарубежное военное обозрение, 1995. 7, 8. С. 33-40.

Формула изобретения

Способ защиты радиолокационной станции от противорадиолокационной ракеты на основе использования переизлучающего экрана, заключающийся в том, что излучают отвлекающие сигналы, причем период повторения излучаемых отвлекающих сигналов выбирают меньше постоянной времени контура управления наведением противорадиолокационной ракеты, а остальные параметры отвлекающих сигналов выбирают идентичными параметрам сигналов защищаемой радиолокационной станции, отличающийся тем, что при обнаружении противорадиолокационной ракеты с известными угловыми координатами и дальностью заблаговременно на некотором расстоянии d от защищающейся радиолокационной станции (РЛС) устанавливают устройство переотражения излучения (УПИ), заранее определяют азимут β_э точки стояния УПИ, способного изменять по управляющим сигналам от РЛС угловое положение переизлучающего экрана, УПИ устанавливают с таким расчетом, чтобы линия, соединяющая его с РЛС, была перпендикулярна ожидаемому направлению применения противорадиолокационной ракеты с известными угловыми координатами и дальностью в бортовом вычислителе РЛС, рассчитывают необходимые углы разворота переизлучающего экрана, входящего в состав УПИ по формулам
ε_э = ε/2, γ = |β-β_э|;

где ε_э - угол разворота переизлучающего экрана в вертикальной плоскости;
ε - угол места противорадиолокационной ракеты;
ξ - угол поворота продольной оси экрана относительно направления на радиолокационную станцию;
D - расстояние от радиолокационной станции до противорадиолокационной ракеты;
γ - угол с вершиной в точке стояния радиолокационной станции между направлениями на экран и на проекцию противорадиолокационной ракеты на земную поверхность;
V_ПРР - скорость полета противорадиолокационной ракеты;
Т_р - время разворота антенны радиолокационной станции в направлении на экран;
β - азимут ПРР,
после чего формируют управляющие сигналы, пропорциональные углам ε_э и ξ, передают их по линиям связи на УПИ и одновременно проводят разворот переизлучающего экрана на углы ε_э и ξ, а антенны РЛС - на переизлучающий экран, затем в одном из периодов излучения зондирующий импульс задерживают на время ₃, рассчитываемое по формуле

где с - скорость распространения радиоволн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2