Способ защиты радиолокационной станции от противорадиолокационной ракеты на основе использования дополнительного источника излучения подъемного типа

Способ защиты радиолокационной станции от противорадиолокационной ракеты на основе использования дополнительного источника излучения подъемного типа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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, находящуюся на дальности от РЛС более 100 м, с одновременным снижением дороговизны применяемых технических решений, за счет использования рупорной антенны (РА) выдвижного типа.

В качестве известных ранее пассивных способов защиты 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. В случае самостоятельной разведки ГСН в ходе полета эта вероятность 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 ГСП 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 ПРР. 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 ПРР, V_прр - скорость ПРР.

Также известен способ защиты РЛС от ПРР на основе использования переизлучающего экрана [6], заключающийся в том, что при обнаружении противорадиолокационной ракеты с известными угловыми координатами и дальностью, заблаговременно на некотором базовом 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, ;

где ε_э - угол разворота переизлучающего экрана в вертикальной плоскости;

ε - угол места ПРР;

ξ - угол поворота продольной оси экрана относительно направления на РЛС;

D - расстояние от РЛС до ПРР;

γ - угол с вершиной в точке стояния РЛС между направлениями на экран и на проекцию ПРР на земную поверхность;

V_ппр - скорость полета ПРР;

Т_р - время разворота антенны РЛС 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 t_э, рассчитываемое по формуле

где с - скорость распространения радиоволн.

Недостатками данного способа являются:

трудность реализации синхронности попадания сигналов РЛС и переотраженных от УПИ сигналов в тракт приема ГСН ПРР (переотраженные сигналы будут запаздывать);

одноразовость применения УПИ в случае перезахвата и наведения на УПИ ПРР, что ограничивает эффективность способа;

для приведения УПИ в рабочее состояние необходимость дополнительного времени и трудозатрат, что в свою очередь не может не сказаться на мобильности используемых РЛС.

Главным недостатком указанного способа является снижение основных функциональных показателей и маневренности зенитного ракетного комплекса (ЗРК), постоянно меняющего свое местоположение (позицию), ведущего боевую работу в движении, а стрельбу с короткой остановки.

Задачей изобретения является увеличение надежности защиты РЛС от ПРР методом увода ПРР в удаленную более чем на 100 м точку фиктивного излучения и сохранением маневренности и автономности ЗРК.

Эффект защиты РЛС с помощью дополнительного источника излучения (ДИИ) с РА состоит в том, что РА ДИИ совместно с антенной, защищаемой РЛС, для радиолокационной ГСП ПРР представляют собой групповую сосредоточенную цель. По принятому сигналу в ГСП определяется направление на эффективный центр излучения (ЭЦИ) групповой сосредоточенной цели, среднее положение которого обычно находится в пределах цели. А при условии, что излучение РЛС и РА ДИИ когерентно и противофазно, ЭЦИ двухточечной цели будет выходить за геометрию групповой цели и находиться в пределах двух и более базовых расстояний РЛС - РА ДИИ в зависимости от соотношения мощностей излучаемых сигналов РЛС и РА ДИИ [7, 8, 9]. Проведенные в этом направлении исследования базируются на хорошо известном эффекте воздействия двухточечной когерентной помехи на угломерные пеленгаторы моноимпульсного типа [7, 9]. Этот эффект в целом описывается широко известной формулой Мида с уточнением Островитянова Р.В. [9]

где Θ - отклонение пеленгуемого направления (кажущегося центра излучения) от направления на центр базы между источниками, рад.;

Е₁, Е₂ - мощности сигналов от разных источников излучения на входе пеленгатора, Вт;

Δϕ - разность фаз сигналов от источников излучения на входе пеленгатора, рад;

ΔQ - угловой размер базы между источниками излучения из точки наблюдения, рад.

На фиг.1 изображены графические зависимости, показывающие отклонение кажущегося центра излучения двух когерентных источников от центра базы в зависимости от разности фаз при различных значениях соотношения амплитуд сигналов β=E₁/E₂ на входе пеленгатора.

Наибольшие значения tgΘ имеют место при Δϕ=π и β→1. Из формулы (1) и фиг.1 видно, что наибольшие отклонения кажущегося центра излучения от геометрического центра двухточечной цели возникают в том случае, когда сигналы источников близки по амплитуде и поступают на вход пеленгатора в противофазе [9]. Так, при различии мощностей источников в 5% и разности фаз Δϕ=180° отклонение пеленгуемого направления от геометрического центра составляет более 20 линейных размеров баз (расстояние от антенны РЛС до РА) в направлении источника большей мощности. При различии мощностей в 10% отклонение составляет более 10 линейных размеров баз.

Таким образом, при условии попадания в один импульсный объем ГСН элементов групповой сосредоточенной цели, наведение ПРР будет происходить на эффективный центр цели, что при соответствующем выборе расстояний между РЛС и РА ДИИ, мощностей источников излучения и фазовых соотношений между ними обеспечивает минимум вероятности поражения каждого из излучающих устройств, входящих в состав групповой цели [9, 10].

Для выполнения условий неразрешаемости в ГСН элементов групповой цели к параметрам сигнала ДИИ предъявляются достаточно жесткие требования, обусловленные высокими селекционными характеристиками ГСН. Сигналы ДНИ должны быть идентичными сигналам РЛС в пределах, определяемых диапазонностью селекторов ГСН. В частности, наличие в ГСН селекции по времени прихода импульсов с отсечкой длительностью 0,25...0,8 мкс вызывает необходимость синхронизации и совмещения импульсов РЛС и ДИИ на входе ГСН с высокой точностью. В противном случае ГСН будет всегда реагировать на первые импульсы из состава поступающих групп импульсов.

В диапазоне углов атаки ПРР 0...90° по углу места, при расстояниях между РЛС и РА ДИИ 25...50 м и более, процесс разрешения ГСН ПРР одного из излучающих объектов произойдет на дальности до ПРР, достаточной для того, чтобы динамика контура самонаведения ПРР обеспечивала наведение на отселектированный источник. В связи с этим предполагается уменьшить базовые расстояния между РЛС и ДИИ, а за счет противофазности сигналов обеспечить максимальный вынос геометрического центра за пределы базы двухточечной цели. Поэтому с целью устранения возможности селекции в ГСН импульсов РЛС импульсы последней запускаются по отношению к импульсам ДИИ с некоторым запаздыванием, не меньшим максимальной разности хода лучей от РЛС и от ДИИ, определяемого длиной линии передачи, а также разностью расстояний РЛС-ПРР, ПРР-ДИИ. При этом необходимо обеспечивать малую уязвимость ДИИ.

На фиг.2 схематически показано расположение ЗРК и выдвигающейся из него телескопической мачты высотой h_a и закрепленной на конце РА. Раскрыв РА должен быть развернут в направлении предполагаемого налета. Применение рупорной антенны обусловлено тем, что на ее раскрыве формируется диаграмма направленности, имеющая квазиравномерное излучение U(Θ) по сравнению с главным лепестком диаграммы направленности антенны (ДНА) РЛС, что упрощает процесс поддержания стабильного соотношения амплитуд сигналов β=E₁/E₂ на входе пеленгатора. На фиг.3 показаны ДНА РЛС и рупорной антенны, не учитывающие различия в уровнях мощности сигналов, излучаемых данными антеннами.

Внутри телескопической мачты предполагается наличие линии передачи СВЧ-энергии в виде коаксиального волновода. Из фиг.2 видно, что при совпадении по времени импульсов РЛС и ДИИ импульс ДИИ за счет прохождения по линии передачи расстояния h_a и существующей разности хода лучей Δl(t) запаздывает в точке ГСН ПРР относительно импульса РЛС на величину

где Δτ_h - запаздывание в линии передачи от РЛС к РА, расположенной на высоте h_a.

Для определения величины Δτ(t) рассмотрим соответствующий треугольник РЛС ЗРК - РА ДИИ - ГСН ПРР и определим величину разности хода лучей Δl(t) в момент времени t

В соответствии с фиг.2

где D₁(t) - расстояние от РА ДНИ до ПРР в момент времени t;

D(t) - расстояние от РЛС ЗРК до ПРР в момент времени t.

Поскольку дальность от РЛС ЗРК до ПРР известна, требуется найти величину D₁(t).

По теореме косинусов

где α(t) - угол между вертикалью и линией визирования ПРР в момент времени t.

Величина угла α(t) равна

α(t)=90°-ε(t),

где ε(t) - угол места ПРР в момент времени t.

Подставив выражение для α(t) в формулу (4), получим

С учетом (5), выражение (2) примет вид

Проведенные расчеты показывают, что при высоте подъема антенны h_a=25 м, наклонной дальности до ПРР 10 км в диапазоне углов места 10...60° время задержки Δτ должно составлять 0,0033...0,0266 мкс, а при наклонной дальности до ПРР 50 км в том же диапазоне углов - 0,0165...0,183 мкс. Время прохождения сигнала от генератора ДИИ с РА до раскрыва РА составляет 0,0833 мкс. Из полученных результатов видно, что при дальности до ПРР 10 км в диапазоне углов места 10...60° величина Δτ_h>Δlt)/c, а следовательно, в этом случае сигнал от РЛС должен задерживаться в передатчике станции относительно сигнала ДИИ путем применения перестраиваемой дисперсионной ультразвуковой линии задержки (ДУЛЗ). Для осуществления этого режима работы, необходимо иметь ДУЛЗ в канале передачи энергии в РА ДИИ.

Таким образом, в цифровой вычислительной системе (ЦВС) РЛС ЗРК в процессе сопровождения ПРР постоянно рассчитывают необходимую величину времени задержки зондирующего импульса основного канала относительно дополнительного.

ЦВС может вычислять не только разность расстояний Δl, но и на их основе - разность фаз двух сигналов на входе ГСН. В процессе сопровождения противорадиолокационной ракеты рассчитанная в ЦВС разность фаз постоянно устраняется путем сдвига фазы одного из излученных сигналов на величину Δϕ(t) в момент времени t, определяемая по формуле

где Δl(t) - запаздывание в линии передачи от РЛС к РА высотой h_a в момент времени t;

λ - длина волны излучения РЛС.

За счет использования ДИИ с РА подъемного типа осуществляется пролет ПРР через точку ЭЦИ, находящуюся над ЗРК на высоте, превышающей 10 линейных размеров баз "РЛС - РА ДИИ", при превышении мощностью сигнала РА и антенны РЛС на 10% и разности фаз сигналов π (фиг.2). Таким образом, подрыв радиовзрывателя ПРР любого типа произойдет в задней полусфере относительно защищающейся РЛС ЗРК. Противофазность двух сигналов от РЛС и PA ДИИ обеспечивается путем использования в антенно-волноводной системе РЛС ЗРК фазовращателя, на который поступает управляющий сигнал, поддерживающий постоянную разность фаз. Амплитуда управляющего сигнала пропорциональна величине Δϕ(t), определяемой из выражения (7). Таким образом, для обеспечения противофазности формула для расчета Δϕ(t) примет вид

Разность мощностей источников РЛС и ДИИ в 5, 10, 20% в сторону ДИИ обеспечивается путем применения в антенно-волноводной системе РЛС ЗРК направленных ответвителей, позволяющих разделить мощность ЭМИ в нужных пропорциях и направить ее в соответствующие антенны.

Это обеспечивает промах осколков боевой части ПРР, которые в этом случае будут поражать область Z, находящуюся в задней полусфере защищаемой РЛС.

Итак, взаимодействие защищающейся РЛС и ДИИ можно кратко представить следующей последовательностью действий:

1) на некоторой высоте h_a от защищаемой РЛС разместить ДИИ с РА и развернуть РА в направлении цели;

2) при обнаружении факта применения ПРР определить ее координаты, скорость и направление полета, оценив степень ее опасности для защищающейся РЛС;

3) перейти к излучению сигналов одновременно двумя источниками (РА и основной антенной РЛС) с разделением мощности генератора в требуемых соотношениях (55% - РА ДИИ и 45% - антенна РЛС);

4) осуществить задержку сигнала от РЛС до ПРР (от РА ДИИ до ПРР) на время t₃ для обеспечения одновременного пропуска селектором ГСП ПРР импульсов, излученных РА ДИИ и РЛС;

5) для направленного излучения сигналов от РА ДИИ в точку нахождения ПРР и обеспечения одновременного попадания сигналов РЛС и РА ДИИ на раскрыв головки самонаведения ПРР в бортовом вычислителе РЛС произвести расчет необходимого значения фазовых соотношений РЛС и ДИИ на основе знания пространственного положения ПРР и дальности от РЛС до ДИИ;

6) постоянно корректировать процесс подфазирования сигнала РЛС ЗРК под сигналы ДИИ с РА для поддержания необходимой задержки по времени Δτ(t) и разности фаз Δϕ(t) на основе измерения или расчета координат ПРР, т.к. метод наведения известен.

Положительный эффект, достигаемый за счет реализации предложенного способа, состоит в том, что его использование 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 ДИИ с РА, параметрам сигналов РЛС;

решается проблема, связанная с наличием в ГСН ПРР временной отсечки принимаемых сигналов, в результате чего сигналы РЛС и РА ДИИ поступают на вход приемника ГСН ПРР одновременно;

обеспечивается автономность работы и не снижается маневренность ЗРК, функционирующего в условиях применения 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 20.12.97 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 №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.

6. Патент РФ №2210089. Успенский С.А., Митрофанов Д.Г., Пономарев А.Н. Способ защиты радиолокационной станции от противорадиолокационной ракеты на основе использования переизлучающего экрана. МПК⁶ G 01 S 7/38. Заявка №2001103933. Приоритет 12.02.2001 г. Опубл. 10.08.2003 г. (прототип).

7. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Изд-во "Советское радио", 1968. - 448 с.

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

9. Леонов А.И., Фомичев К., И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Сов. радио, 1984. - 312 с.

10. Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. М.: Сов. радио. 1978. 608 с.

Способ защиты радиолокационной станции от противорадиолокационной ракеты на основе использования дополнительного источника излучения подъемного типа, заключающийся в том, что дополнительный источник излучения заблаговременно располагают на определенном расстоянии от радиолокационной станции, разворачивают его в направлении возможного появления носителя противорадиолокационной ракеты, при обнаружении противорадиолокационной ракеты переходят в режим ее сопровождения, измеряют ее координаты, излучают отвлекающие сигналы, причем период повторения излучаемых отвлекающих сигналов выбирают меньше постоянной времени контура управления наведением противорадиолокационной ракеты, а остальные параметры отвлекающих сигналов, кроме мощности излучения, выбирают идентичными параметрам сигналов защищаемой радиолокационной станции, отличающийся тем, что в качестве дополнительного источника излучения используют рупорную антенну, которую поднимают с помощью телескопической мачты на высоту h_a, при обнаружении противорадиолокационной ракеты в момент t производят расчет расстояний от основной антенны радиолокационной станции до противорадиолокационной ракеты D(t) и от рупорной антенны дополнительного источника излучения до противорадиолокационной ракеты D₁(t), определяют их разность Δl(t), по гибкому коаксиальному волноводу через направленный ответвитель часть мощности основного излучения отводят к дополнительному источнику излучения, причем указанная часть превышает на 5...20% мощность основного излучения, в цифровой вычислительной системе радиолокационной станции для обеспечения одновременного пропуска селектором головки самонаведения противорадиолокационной ракеты импульсов, излученных рупорной антенной дополнительного источника излучения и радиолокационной станцией, рассчитывают величину времени задержки зондирующего импульса основного канала относительно дополнительного источника излучения по формуле

где Δτ_h - время запаздывания сигнала в линии передачи от генератора радиолокационной станции к рупорной антенне на высоте h_a;

h_a - высота подъема рупорной антенны над радиолокационной станцией;

ε(t) - угол места противорадиолокационной ракеты в момент времени t;

с - скорость распространения радиоволн,

при этом для обеспечения направленного излучения сигналов от рупорной антенны дополнительного источника излучения в точку нахождения противорадиолокационной ракеты и одновременного попадания сигналов радиолокационной станции и рупорной антенны дополнительного источника излучения на раскрыв головки самонаведения противорадиолокационной ракеты рассчитывают разность фаз сигналов Δϕ(t), излучаемых антенной радиолокационной станции и рупорной антенной дополнительного источника излучения, в точке нахождения противорадиолокационной ракеты по формуле

где λ - длина волны излучения РЛС,

а на протяжении всего времени сопровождения противорадиолокационной ракеты постоянно устраняют разность фаз Δϕ(t) путем сдвига фазы одного из излученных сигналов на рассчитанную величину Δϕ(t).