Устройство для искажения радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны
Владельцы патента RU 2778939:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к технике создания помех радиолокационным системам с синтезированием апертуры антенны (РСА) и может быть использовано при разработке средств подавления РСА, в частности, установленных на БЛА. Техническим результатом изобретения является устранение зависимости эффективности скрытия отметки объекта прикрытия ложной отметкой от текущего положения носителя РСА в пространстве. Заявленное устройство для искажения радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны содержит последовательно соединенные приемную антенну, приемное устройство и ретранслятор, а также блок формирования модулирующей функции. При этом ретранслятор вынесен на заданное расстояние от объекта прикрытия. Кроме того, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы, блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы и блок вычисления ширины шумовой полосы, а также первое и второе запоминающие устройства и блок ввода данных. Ретранслятор состоит из последовательно соединенных модулятора, усилителя мощности, передающей антенны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к технике создания помех радиолокационным системам с синтезированием апертуры антенны (РСА) и может быть использовано при разработке средств подавления РСА, в частности, установленных на БЛА.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство (прототип) - Устройство для искажения радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны, содержащее последовательно соединенные приемную антенну, приемное устройство и ретранслятор, а также блока формирования модулирующей функции (см. патент RU 2622904, С1, МПК G01S 13/90 G01S 7/38, опубл. 21.06.2017 г., Бюл. №18).
Недостатком известного устройства является зависимость эффективности скрытия отметки от объекта прикрытия ложной отметкой, формируемой на радиолокационном изображении в РСА под воздействием помехи, от текущего положения носителя РСА в пространстве.
Техническим результатом изобретения является устранение зависимости эффективности скрытия отметки объекта прикрытия ложной отметкой от текущего положения носителя РСА в пространстве за счет внесения в непрерывный ретранслируемый сигнал модулирующей функции, отражающей значение девиации частотной модуляции, обеспечивающее формирование на радиолокационном изображении ложной отметки (шумовой полосы) требуемых размеров, и установки ретрансляции сигналов из вынесенной на заданное объекта расстояние вынесенной точки.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для искажения радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны, содержащем последовательно соединенные приемную антенну, приемное устройство и ретранслятор, а также блока формирования модулирующей функции, выход которого соединен со вторым входом ретранслятора, согласно изобретению, ретранслятор вынесен на заданное расстояние от объекта прикрытия, согласно изобретению, дополнительно введены последовательно соединенные блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы, блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы и блок вычисления ширины шумовой полосы, выход которого соединен с третьим входом блока формирования модулирующей функции, а также первое и второе запоминающее устройство, блок ввода данных, выход которого соединен с входом второго запоминающего устройства, первый, второй, третий и четвертый выходы второго запоминающего устройства соединены с третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока вычисления расстояния смещения шумовой полосы, пятый выход - со вторым входом блока вычисления ширины шумовой полосы, а шестой выход - с четвертым входом блока формирования модулирующей функции, первый выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом блока формирования модулирующей функции, второй выход - с первым входом блока вычисления расстояния смещения шумовой полосы и вторым входом блока формирования модулирующей функции, а третий выход - со вторым входом блока вычисления расстояния смещения шумовой полосы.
Указанный технический результат достигается тем, что ретранслятор состоит из последовательно соединенных модулятора, усилителя мощности, передающей антенны.
Сущность изобретения заключается в том, что до появления носителя РСА задают исходные данные, вычисляют расстояния смещения шумовой полосы для различных положений носителя РСА, среднее расстояние смещение шумовой полосы, одновременно являющееся расстоянием выноса ретранслятора от объекта прикрытия, размещают ретранслятор на расстоянии выноса в направлении предполагаемой области появления носителя РСА, вычисляют требуемые значения ширины шумовой полосы и девиации частотной модуляции ретранслируемого сигнала, а при появлении РСА - подвергают сигнал РСА частотной модуляции и переизлучению.
На фиг. 1 представлены результаты моделирования, проведенного в ВУНЦ ВВС «ВВА» (имени проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина) (г. Воронеж), в результате которого установлено, что под воздействием некогерентной ретрансляционной помехи с фиксированной временной задержкой и изменяющимся по заданному закону частотным сдвигом в РСА формируется ложная отметка в форме шумовой полосы, скрывающей отметку объекта прикрытия (точечного отражателя). На фиг. 1а представлено изображение с отметкой объекта прикрытия до воздействия ретрансляционной помехи, а на фиг. 1б - изображение с отметкой объекта прикрытия, скрытой шумовой полосой, сформированной под воздействием ретрансляционной помехи. Как видно из фиг. 1б, для эффективного скрытия объекта прикрытия необходимо, во-первых, обеспечить совмещение шумовой полосы и отметки объекта прикрытия, а во-вторых, ширина шумовой полосы не должна быть меньше размеров (протяженности) объекта прикрытия.
Суть совмещения шумовой полосы и объекта прикрытия поясняется на фиг. 2, где представлена зависимость положения шумовой полосы от положения ретранслятора относительно объекта прикрытия и РСА. Изображения на фиг. 2а (при отсутствии ретрансляционной помехи) и фиг. 2б (при воздействии ретрансляционной помехи) соответствуют случаю, когда ретранслятор размещен рядом с объектом прикрытия. Как видно из фиг. 2б шумовая полоса формируется на определенном расстоянии смещения от ретранслятора. Расстояние смещения шумовой полосы отражает величину разности времени поступления на вход приемной антенны РСА отраженного и переизлученного ретранслятором сигналов.
Задержка переизлученного сигнала заключается в наличии аппаратного времени задержки, необходимого для обработки сигнала в процессе ретрансляции. Очевидно, что для скрытия объекта прикрытия необходимо обеспечить совмещение шумовой полосы и отметки объекта прикрытия. Для этого ретранслятор предварительно выносят от объекта прикрытия в сторону предполагаемого района появления РСА на расстояние выноса, равное расстоянию смещения шумовой полосы. Результат изменения положения ретранслятора представлен на фиг. 2в, на которой шумовая полоса скрывает отметку объекта прикрытия.
Таким образом, обеспечивается скрытие объекта прикрытия неподвижным ретранслятором вне зависимости от положения носителя РСА в области пространства, в пределах которого ожидается его появление.
Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Схема устройства, обеспечивающего скрытие объекта прикрытия неподвижным ретранслятором, приведена на фиг. 3, где обозначено: 1 - приемная антенна; 2 - приемное устройство; 3 - блок ввода данных; 4 - запоминающее устройство; 5 - блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы; 6 - блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы; 7 - блок вычисления ширины шумовой полосы; 8 - блок формирования модулирующей функции; 9 - ретранслятор.
Назначение элементов приемная антенна 1, приемное устройство 2, ретранслятор 9 известны из их названия.
Блок ввода данных 3 предназначен для ввода пользователем параметров области пространства, в котором ожидается появление носителя РСА (максимальное и минимальное значения наклонных дальностей между объектом прикрытия и носителем РСА, максимальное и минимальное значения углов места носителя РСА относительно объекта прикрытия), протяженность объекта прикрытия, значение скорости внутриимпульсной перестройки частоты. Блок ввода данных 3 может быть исполнен в виде компактной клавиатуры с экраном индикации вводимых значений.
Например, так, как устроен блок электронный из комплекта малогабаритной навигационной аппаратуры потребителя КНС ГЛОНАСС/GPS 14Ц822 ("Грот-М") [orkkniikp.ru/catalog/navigatsionnoe-oborudovanie/14ts822].
Запоминающее устройство 4.1 предназначено для хранения значений скорости света в свободном пространстве, аппаратного времени задержки и числа π, записанных в память на заводе-изготовителе (недоступны для изменения пользователем). Запоминающее устройство 4.1 может быть выполнено на EEPROM постоянном запоминающем устройстве Microchip АТ28С256 [www.microchip.com/wwwproducts/en/AT28C256].
Запоминающее устройство 4.2 предназначено для хранения значений, введенных через блок ввода данных 2 пользователем. Запоминающее устройство 4.2 может быть выполнено на SRAM оперативном запоминающем устройстве Microchip 23А512 [https://www.microchip.com/wwwproducts/en/23A512].
Блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы 5 предназначен для вычисления расстояний, на которые смещается изображение шумовой полосы относительно отметки ретранслятора, формируемые на радиолокационном изображении под воздействием помехи, при различных положениях носителя РСА в пространстве. Блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы 5 может быть исполнен на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8], запрограммированного по методике
где rap = Rapcosξ; Rap = (cτзад)/2; X = ra - (rap + rp); ra = Ra cosξ; 
; Rp = Ra - Rap; 
; Ra, ra - наклонная и горизонтальная дальности от объекта прикрытия до РСА соответственно; Rap, rap - наклонная и горизонтальная дальности от объекта прикрытия в направлении на РСА соответственно, равные расстоянию, которое электромагнитная волна преодолевает в пространстве за время аппаратного времени задержки ретранслятора; Rp - наклонная дальность от РСА до ретранслятора (Rp' = Rp); ha - высота полета РСА; rвын - вынос ретранслятора перед объектом прикрытия, с - 3⋅108 м/с - скорость света в свободном пространстве.
Блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы 6 предназначен для вычисления расстояния смещения шумовой полосы, среднего из вычисленных в блоке вычисления расстояния смещения шумовой полосы 5. Данное расстояние одновременно является расстоянием выноса ретранслятора от объекта прикрытия, на котором он устанавливается пользователем до появления носителя РСА. Блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы 6 может быть выполнен, например, на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8], запрограммированного по методике
Блок вычисления ширины шумовой полосы 7 предназначен для вычисления требуемой ширины шумовой полосы, необходимой для скрытия на радиолокационном изображении отметки объекта прикрытия при размещении ретранслятора на расстоянии выноса, вычисленного в блоке вычисления расстояния смещения шумовой полосы 5. Блок вычисления ширины шумовой полосы 7 может быть исполнен на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8], запрограммированного по методике
Блок формирования модулирующей функции 8 предназначен для вычисления значения девиации частотной модуляции (модулирующей функции), вносимой в ретранслируемый сигнал в ретрансляторе 9, обеспечивающей формирование на радиолокационном изображении шумовой полосы требуемой ширины, вычисленной в блоке вычисления ширины шумовой полосы 7. Блок формирования модулирующей функции 8 может быть исполнен на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8], запрограммированного по методике
где b = 2πΔfc/T - скорость внутриимпульсной перестройки частоты,
ψ = arctg (Ra/ha) - угол падения зондирующего излучения.
Устройство работает в двух режимах:
режим «Подготовка»;
режим «Излучение».
Режимы работы устройства отличаются тем, что в режиме «Подготовка» с его помощью определяют оптимальное расстояние, на которое ретранслятор предварительно выносят от объекта прикрытия, а в режиме «Излучение» подавляют РСА противника.
Исходными данными для расчета оптимального расстояния выноса ретранслятора являются постоянные и переменные значения. К постоянным значениям, хранящимся в запоминающем устройстве 4.1, относятся: скорость света в свободном пространстве; аппаратное время задержки; число π. К переменным значениям, вводимым посредством блока ввода данных 3 и хранящимся в запоминающемся устройстве 4.2, относятся: параметры области пространства, в котором ожидается появление носителя РСА (максимальное и минимальное значения наклонных дальностей между объектом прикрытия и носителем РСА, максимальное и минимальное значения углов места носителя РСА относительно объекта прикрытия); протяженность объекта прикрытия; значение скорости внутриимпульсной перестройки частоты. Данные для переменных значений (кроме протяженности объекта прикрытия) могут быть получены по результатам разведки характеристик РСА. Протяженность объекта прикрытия определяется путем измерения расстояния между двумя крайними точками объекта прикрытия в направлении на область предполагаемого появления РСА.
Постоянные и переменные значения из запоминающего устройства 4 используют в блоке вычисления расстояния смещения шумовой полосы 5, где вычисляют расстояние выноса ретранслятора для различных положений носителя РСА в пространстве по формуле (1). Результаты вычислений используют в блоке вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы 6, в котором вычисляют среднее расстояние выноса ретранслятора по формуле (2). Ретранслятор устанавливают в районе объекта прикрытия на среднем расстоянии выноса ретранслятора в направлении ожидаемой области появление носителя РСА.
Результат вычислений используют в блоке вычисления ширины шумовой полосы 7, где вычисляют значение ширины шумовой полосы по формуле (3). Далее в блоке формирования модулирующей функции 8 вычисляют значение девиации частотной модуляции по формуле (4). С выхода блока формирования модулирующей функции 8 результат вычислений поступает на второй вход ретранслятора 9. На этом этап «Подготовка» заканчивается.
На этапе «Излучение» зондирующий сигнал РСА через приемную антенну 1 и приемное устройство 2 поступает на первый вход ретранслятора 9, где согласно модулирующей функции, предварительно поступившей с блока формирования модулирующей функции 8, его наделяют помеховой составляющей (моделируют), усиливают и излучают в направлении РСА.
Ретранслированный таким образом сигнал поступает на вход приемной антенны РСА, обрабатывается и отображается на радиолокационном изображении в виде шумовой полосы. Тем самым обеспечивается эффективное скрытие отметки объекта прикрытия вне зависимости от текущего положения носителя РСА в пространстве, что обеспечивает достижение технического результата.
Предлагаемое устройство практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области электроники и электротехники.
1. Устройство для искажения радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны, содержащее последовательно соединенные приемную антенну, приемное устройство и ретранслятор, а также блок формирования модулирующей функции, выход которого соединен со вторым входом ретранслятора, отличающееся тем, что ретранслятор вынесен на заданное расстояние от объекта прикрытия, дополнительно введены последовательно соединенные блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы, блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы и блок вычисления ширины шумовой полосы, выход которого соединен с третьим входом блока формирования модулирующей функции, а также первое и второе запоминающие устройства, блок ввода данных, выход которого соединен с входом второго запоминающего устройства, первый, второй, третий и четвертый выходы второго запоминающего устройства соединены с третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока вычисления расстояния смещения шумовой полосы, пятый выход – со вторым входом блока вычисления ширины шумовой полосы, а шестой выход – с четвертым входом блока формирования модулирующей функции, первый выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом блока формирования модулирующей функции, второй выход – с первым входом блока вычисления расстояния смещения шумовой полосы и вторым входом блока формирования модулирующей функции, а третий выход – со вторым входом блока вычисления расстояния смещения шумовой полосы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ретранслятор состоит из последовательно соединенных модулятора, усилителя мощности, передающей антенны.
